強制振動の理解
定義: 強制振動とは何ですか?
強制振動 振動とは、機械系に周期的な外力が作用することによって生じる振動運動である。振動は作用力の周波数（外力周波数）で発生し、振幅は外力関数の大きさに比例し、その周波数における系の運動抵抗に反比例する。 振動 回転機械における強制振動は、一般的な強制発生源として以下が挙げられる。 アンバランス （回転遠心力）、, ずれ (結合力)、および空気力学的/油圧的な脈動。.
強制振動は、 自励振動 （システムが自ら持続的な振動を生成する場合）と自由振動（インパルス後の過渡応答）があります。強制振動の原理を理解することは不可欠です。なぜなら、振動振幅が故障の深刻度とどのように関係し、強制力を低減したりシステム応答を変更したりすることでどのように振動を制御できるかを説明できるからです。.
強制振動の特性
周波数マッチング
- 振動周波数は強制周波数に等しい
- 30Hzで強制すると30Hzで振動する
- 固有振動数で発生する自励振動とは異なり
- 強制源に基づいて予測可能な周波数
振幅比例性
- 振動振幅は強制力の大きさに比例する
- 力を2倍にする → 振動を2倍にする（線形システム）
- 強制を解除→振動が止まる
- 力の低減により制御可能
位相関係
- 明確 段階 力と反応の関係
- 位相は固有振動数に対する周波数に依存する
- 共振点以下：力と同位相の振動
- 共振時：90°位相遅れ
- 共振点以上：180°位相遅れ
安定性
- システムは安定しており、振動は制限されている
- 際限なく成長しない
- 振幅は強制とシステム応答によって制限される
- 不安定な自励振動とは対照的である
機械における一般的な強制機能
1. アンバランス（1×強制）
- 力： 質量偏心による回転遠心力
- 頻度： 1回転につき1回（シャフト速度の1倍）
- 大きさ: F = m × r × ω²（速度の2乗に比例）
- 最も一般的なもの: ほとんどの回転機器の主な振動源
2. ミスアライメント（2×強制）
- 力： 角度/平行オフセットからの結合力
- 頻度： 1回転あたり2回（シャフト速度の2倍）
- 特性： 高い軸方向成分
3. 空力/油圧（ブレード/ベーンの通過）
- 力： ブレードとステータの相互作用による圧力脈動
- 頻度： ブレード数×シャフト速度
- 例: ファン、ポンプ、コンプレッサー
4. ギアメッシュ力
- 力： 歯のかみ合いにより周期的な負荷が生じる
- 頻度： 歯数×軸回転速度
- 大きさ: 伝達トルクと歯の品質に関係
5. 電磁力
- 力： モータ/発電機の磁場脈動
- 頻度： 2倍のライン周波数（120/100 Hz）
- 独立した： 機械速度（非同期強制）
強制への対応：システムの動作
固有振動数以下（剛性制御）
- 振動振幅 ≈ 力 / 剛性
- 強制と同位相の応答
- 速度依存の力の場合、振幅は速度とともに増加する
- ほとんどの剛性ローターの典型的な動作領域
固有振動数（共振）
- 振動振幅 ≈ 力 / (減衰 × 固有振動数)
- Q係数によって増幅された振幅（通常10～50倍）
- 90°位相遅れ
- 小さな力が大きな振動を生み出す
- 減衰は唯一の制限要因
固有振動数以上（質量制御）
- 振動振幅 ≈ 力 / (質量 × 周波数²)
- 180°位相遅れ（力の方向と反対の振動）
- 周波数が増加すると振幅は減少する
- 臨界速度を超えるフレキシブルローターの動作領域
強制振動と他の種類の振動
強制振動と自由振動
- 強制： 強制周波数での継続的な強制、持続的な振動
- 無料： インパルス応答、固有振動数での振動減衰
- 例： バンプテストは自由振動を発生し、ランニングマシンは強制振動を発生する
強制振動と自励振動
- 強制： 外力、振幅は力に比例し、安定
- 自己興奮： 内部エネルギー源、非線形性により振幅が制限され、不安定
- 例: アンバランスが強制されます。; オイルワール 自己興奮している
制御と緩和
強制力を減らす
- バランスを取る： 不均衡力を直接的に軽減
- アライメント ずれ力を軽減
- 欠陥の修復: 力を生み出す機械的な問題を修正
- 最も効果的: 強制源を排除または最小限に抑える
システム応答の変更
- 硬さの変更: 固有振動数を強制振動数からシフトする
- 減衰を追加: 共鳴増幅を減らす
- 質量の変更: 固有振動数を変更する
- 分離： 構造への力の伝達を低減
共鳴を避ける
- 強制周波数が固有周波数と一致しないことを確認する
- 分離マージンは通常±20-30%
- 設計段階の分析による検証
- 共振が避けられない場合の速度制限
実用的な意義
ほとんどの機械振動は強制振動である
- アンバランス、ミスアライメント、ギアのかみ合いなど、強制振動
- 強制削減により予測可能かつ制御可能
- 標準的なメンテナンスアクション（バランス、調整）は強制に対処する
診断アプローチ
- スペクトルから強制周波数を特定する
- 既知の強制ソース（1×、2×、ギアメッシュなど）に一致させる
- 強制発生源の診断
- 適切なメンテナンスで強制力を軽減
強制振動は、回転機械における基本的な振動の種類であり、システムに作用する外部の周期的な力によって発生します。強制振動の原理（周波数整合、振幅比例、応答特性）を理解することで、振動源の適切な診断、適切な是正措置（強制力の低減または応答の修正）、そして強制力の低減と共振の回避を通じて振動を最小限に抑える設計戦略が可能になります。.
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