回転機械の偏心を理解する
で ローターダイナミクス, 偏心 これは、ローターの質量中心（重心の位置）と幾何学的中心（シャフトの真の中心）との間の半径方向のずれです。完全にバランスが取れたローターであれば、これら2つの中心は一致することになりますが、製造上の不完全さや材料密度の不均一さにより、ほとんどの場合、何らかの偏心が残ることになります。偏心のあるローターが回転すると、中心からずれた質量によって 遠心力、そしてその力が根本的な原因であり、 アンバランス 振動。つまり、偏心とは、機械の故障の中で最も一般的なものの背後にある幾何学的要因です。
1. 定義：偏心とは何か？
偏心とは、回転軸に対して垂直に測定される距離（通常は数マイクロメートル）のことで、質量の実際の中心と軸が回転する位置との間の距離を指します。 これは表面の形状ではなく質量の分布に関する特性であるため、真の質量偏心は目視では確認できず、静止したローターに対してダイヤルゲージを用いて測定することもできません。ローターが回転し、偏心した質量が1回転ごとに遠心力を外側へ発生させ始めたときにのみ、その存在が明らかになります。
2. 偏心と不均衡の直接的な関係
偏心と不均衡は、表裏一体の関係にある。 不平衡とは、特定の速度における偏心による影響の度合いを示すものであり、偏心こそがその物理的な原因である。 不均衡の量は、ローターの質量およびその偏心量に正比例する：
不釣合い（U）＝質量（M）×偏心（e）
このシンプルな積が、偏心がなぜそれほど重要なのかを説明している。それが生み出す遠心力は、 四角 回転速度に比例するため、重量があり高速で回転するローターにおいて、わずか数マイクロメートルの偏心でも莫大な力が発生し、深刻な 振動 そして迅速 ベアリング摩耗. 質量、偏心率、速度がどのようにしてその力を急激に増加させるかは、 不平衡による遠心力計算機.
3. 偏心性の種類
真の偏心と、それと混同されがちな関連する幾何学的欠陥とを区別することが重要である。
質量偏心率
上記で定義した真の偏心量とは、質量中心と幾何学的中心との間のずれを指す。これが不均衡の原因であり、あらゆるバランス調整作業の目標となる。これは、静止したローターに対してダイヤルゲージを用いて直接測定することはできず、回転ごとに一度生じる力として動的にのみ現れる。その方向（重心の角度）は、 位相 1×振動の。
幾何学的偏心（振れ）
ローター表面が完全な円から逸脱している度合い――シャフトやローターの「真円度」を示す指標であり、別名 機械的な振れ. ジャーナルはわずかに楕円形であったり、シャフト上で中心からずれて加工されたプーリーであったりする。質量の偏心とは異なり、これは できる 低速回転中にダイヤルゲージで測定できる。これは質量の不均衡を直接表すものではないが、偏心した形状が不均衡の原因となることは非常によくある。これとは区別されるものの、密接に関連する概念として ローターの偏心 モーターとエアギャップのクリアランスという観点から、この幾何学的オフセットについて説明しています。
電気的振れ
物理的な欠陥というよりは、非接触測定特有の測定誤差です 近接プローブ. シャフト表面の透磁率や電気伝導率が変化している箇所では、プローブは幾何学的振れを模倣した誤った信号を出力します。このノイズを特定し、除去する必要があります。通常は、 ケーブルの補償 およびスローロールランアウトの差し引き — ローター動的試験中にこれを行わないと、実際のシャフトの動きと見なされてしまう。
4. 偏心が生じる原因
質量の偏心は、いくつかの経路を通じてローターに生じます：
- 製造公差： 機械加工、鋳造、組み立てのどの工程も完璧なものはなく、わずかな誤差が生じるのは避けられません。
- 材料密度の不均一性： 鋳物や鍛造品に含まれる介在物、空隙、または気孔は、材料の均質性を損ない、重心をずらす原因となる。
- 非対称デザイン： クランクシャフトなどの一部の部品は、その構造上、非対称である。
- 組み立てエラー： シャフトの中心から完全に外れた位置にあるプーリーやベアリングは、偏心質量を生じさせる。
- 熱歪み： 加熱や冷却が不均一だと、ローターが反り、その重心が一時的にずれてしまう―― サーマルボウ、その大きさも方向も重要であるため、しばしば「熱ベクトル」と呼ばれる。
5. 偏心性の対処法
質量の偏心は不均衡の原因となるため、これを修正するには バランシング. 技術者は、わずかな質量を追加または除去することで、反対方向の遠心力を発生させ、これによりローターの質量中心線を幾何学的中心線へと引き戻し、結果として生じる合力と振動を最小限に抑えます。組み立て済みの機械では、この作業はその場で実施されます。例えば、 バランセット-1A 機械自身の軸受における1×成分の振幅と位相を測定し、その量を計算する 修正重量 何をどこに追加するかを確認し、 残留アンバランス その後。なお、バランス調整を行うと、 効果 偏心によるものですが、これは幾何学的表面を移動させるわけではないため、幾何学的振れが大きいローターであっても、バランスは良好であっても、依然として摩擦が生じたり、近接プローブで高い値を示したりすることがあります。
