早期故障検出のためのエンベロープ解析（復調）

定義: エンベロープ分析とは何ですか?

エンベロープ分析としても知られている。 復調 高周波エンベロープ解析（高周波エンベロープ解析）は、振動解析において転がり軸受やギアボックスの早期故障検出に用いられる強力な信号処理技術です。微細な亀裂や剥離といったこの種の故障は、転がり軸受が欠陥部を通過するたびに、低エネルギーで高周波の一連の応力波、すなわち「衝撃」を発生させます。エンベロープ解析は、機械全体の背景振動からこれらの反復的な衝撃信号を抽出する手法です。

標準 FFT ではなぜ不十分なのでしょうか?

これらの微小な初期衝撃によるエネルギーは、多くの場合、標準振動スペクトル（FFT）では確認できないほど低く、高周波数で発生します。この信号はノイズフロアに埋もれたり、アンバランスやミスアライメントなどの発生源から発生する、より大きく低周波数の振動に圧倒されたりすることがあります。これらの衝撃は、機械の固有共振周波数の*変調器*として作用します。包絡線解析は、この信号を復調し、根本的な故障周波数を明らかにするように設計されています。

エンベロープ分析プロセス

この技術は、高周波信号を分離し、その繰り返し周波数を調べることで機能します。このプロセスはいくつかのステップで構成されます。

1. バンドパスフィルタリング: 生の振動信号はまずハイパスフィルターまたはバンドパスフィルターを通過します。これにより、強い低周波振動（例えば1kHzまたは5kHz未満）がすべて除去され、衝撃に伴う高周波リンギングと応力波が分離されます。
2. 整流： フィルタリングされた高周波信号は整流され、信号の負の部分が正の部分に反転されます。これにより、信号はエンベロープ処理の準備が整います。
3. エンベロープ（ローパスフィルタリング）: 整流された信号にはローパスフィルターが適用されます。これにより高周波の搬送信号が平滑化され、「エンベロープ」のみが残ります。エンベロープとは、元の衝撃の繰り返し周期である振幅変調パターンを表す波形です。
4. エンベロープのFFT: 最後に、この新しいエンベロープ信号に高速フーリエ変換（FFT）を施します。その結果得られる「エンベロープスペクトル」は、反復衝撃の周波数を明確に示します。

エンベロープスペクトルによる障害診断

包絡線スペクトルのピークは、ベアリングの計算値に対応しています。 故障頻度スペクトルのピークをこれらの既知の周波数と比較することで、分析者は障害の正確な位置を特定できます。

• BPFO（ボール通過周波数、アウターレース）： ベアリングの固定外側レースの欠陥を示します。
• BPFI（ボール通過周波数、インナーレース）： 回転する内輪に欠陥があることを示します。欠陥が負荷ゾーンに出入りするため、このピークには1回転あたりにサイドバンドが現れることがよくあります。
• BSF（ボールスピン周波数）： 転動体 (ボールまたはローラー) の 1 つに欠陥があることを示します。
• FTF（基本列車周波数）: 最も遅い周波数は、ローラーを固定するベアリング ケージに障害があることを示します。

同様に、ギアボックスの場合、エンベロープ スペクトルは、ひび割れや破損した歯を持つギアの動作速度でピークを明らかにし、1 回転ごとに 1 回の繰り返し衝撃を示します。

早期発見の力

エンベロープ解析の主な利点は、その感度です。標準的な速度スペクトルで明らかになる、あるいは赤外線サーモグラフィーで検出できるほどの熱を発生するよりも、数か月、あるいは1年も前にベアリングやギアの故障を検出できます。これは非常に貴重な早期警告となり、最小限の混乱でメンテナンスを計画・スケジュールし、壊滅的な故障や二次的な損害を防ぐことができます。

← メインインデックスに戻る