フレーム共振を理解する
定義: フレーム共振とは何ですか?
フレーム共振 特定の種類の 構造共鳴 機械自体の構造フレーム、ハウジング、ケース、または筐体が、 固有振動数 回転部品からの励起に反応して発生します。支持構造が関与する基礎や台座の共振とは異なり、フレーム共振は機械本体、つまり回転部品を囲む鋳鉄製または鋼製の構造体に関与します。.
フレーム共振は、ファン、ブロワー、ポンプ、モーターなど、比較的軽量で大型のハウジングを備えた機械でよく見られます。通常、過剰な騒音、カバーやパネルの目に見える振動、そして高い振動として現れます。 振動 フレーム上の読み取り値は、実際のローターの振動とは不釣り合いです。.
一般的なフレーム共振の状況
モーターと発電機のフレーム
- 固有振動数: サイズと構造に応じて通常50～400 Hz
- 励起： 1×（不平衡）、2×ライン周波数（60Hzモーターの場合は120Hz）、電磁力
- 症状： フレームの振動がベアリングの振動よりもはるかに大きい。ハム音やブザー音が聞こえる。
- 重大度： フレームの振動はベアリングの5～10倍になる可能性がある
ファンおよびブロワーハウジング
- 固有振動数: 一般的な産業用ファンの場合、20～200 Hz
- 励起： ブレード通過頻度 （ブレード数×回転数）
- 症状： 住宅パネルが激しく振動し、大きな空力騒音が発生する
- 特性： 特定の速度または流れの条件でのみ発生する可能性があります
ポンプケーシング
- 固有振動数: 筐体設計に応じて30～300 Hz
- 励起： ベーン通過周波数、油圧脈動
- 症状： ケーシングの振動、騒音、疲労亀裂の可能性
- 油圧カップリング: 流体充填ケーシングはローターとケーシングの振動を結合することができる
ギアボックスハウジング
- ギアメッシュ周波数励起
- フレームの固有振動数はメッシュの振動数と重なることが多い
- 共振時に特徴的な大きなギアの鳴き声
振動シグネチャと検出
特徴的な症状
- 場所によって異なります: 振動はフレーム表面全体で劇的に変化する（10倍の差が一般的）
- ベアリングとフレーム: フレームの振動 >> ベアリングの振動（3～10倍になる場合があります）
- 周波数特有: 共振周波数のみ、他の周波数は正常
- 速度に敏感: 狭い速度範囲（共振速度の±10-20%）で深刻
- ビジュアルモーション: フレームの動きは肉眼でよく見える
診断テスト
衝撃（バンプ）テスト
- ゴム製の槌または計器付きハンマーを備えた打撃フレーム
- 反応を測定する 加速度計
- 周波数応答のピークからフレームの固有周波数を特定する
- 動作周波数（1×、2×、ブレード通過など）と比較します
移動式加速度計調査
- 動作中にフレーム全体の多くのポイントで振動を測定
- 高低領域を示す振動マップを作成する
- パターンはモード形状（曲げ、ねじり、パネルの屈曲）を明らかにします
- 腹（最大運動）と節（最小運動）を識別します
伝達関数測定
- ベアリング振動（入力）とフレーム振動（出力）の一貫性を測定
- 特定の周波数での高いコヒーレンスは共鳴を裏付ける
- 伝達関数は増幅率を示す
解決策と緩和策
補強の変更
構造リブまたはガセットを追加する
- フレームの曲げ剛性を高める
- 固有振動数を励起範囲以上に上げる
- 比較的経済的で効果的
- 既存の機器に後付け可能
材料の厚さを増やす
- フレームの壁やパネルを厚くする
- 剛性と頻度を大幅に向上
- 設計変更や新たな鋳造/製造が必要になる場合があります
構造タイとブレース
- フレームの反対側を接続してたわみを防ぎます
- クロスブレースによりねじり剛性が向上
- 内部の変更なしで外部から追加可能
質量追加
- 低い固有振動数: 質量を追加して周波数を励起範囲以下に下げる
- 戦略的配置: 最大の効果を得るために腹の位置に質量を追加する
- 調整質量: 特定のモードをシフトするために慎重に計算された質量追加
- トレード・オフ： 重量が増加するため、すべての用途に適しているわけではない
制振処理
拘束層減衰
- 金属層の間に挟まれた粘弾性材料
- 大きな平らな表面（パネル、カバー）に適用
- 共振ピーク振幅を50-80%減少
- 20～500 Hzの範囲で有効
自由層減衰
- 振動面に直接接着された制振材
- 制約層よりもシンプルだが効果は劣る
- アクセシビリティが制限されたアプリケーションに最適
運用上の変更
- 速度変更: 共振が発生しない速度で動作する
- 強制力を減らす: バランスとアライメントを改善して励起振幅を減らす
- プロセスの変更: 流量、圧力、または負荷を変更して励起周波数をシフトする
デザインにおける予防
設計原則
- 適切な剛性: 固有振動数＞最高励起周波数の2倍のフレームを設計する
- 質量分布: 低周波モードを生み出す集中質量を避ける
- リブと補強: 最初から補強機能を組み込む
- モーダル解析: 設計中にFEAを使用して固有振動数を予測し最適化する
設計検証
- 衝撃解析によるプロトタイプテスト
- 最初のユニットの動作たわみ形状測定
- 共振が見つかった場合は生産前に設計を修正する
事例
状況： 75HPモーター駆動の遠心ファン、過度の騒音と振動
- 症状： モーターフレームの振動は12 mm/s、ベアリングの振動はわずか2.5 mm/s
- 頻度： 120 Hz（60 Hzモーターの場合はライン周波数の2倍）
- 衝撃試験: フレームの固有振動数は118 Hz
- 根本的な原因： 電磁力周波数で共振するフレーム
- 解決策 モーターの脚とエンドベルを接続する4つのアングル鉄ガセットを追加しました
- 結果： フレームの固有振動数は165 Hzにシフトし、振動は3.2 mm/sに低下しました。
- 料金： 材料費$200とモーター交換費$8,000
フレーム共振はよくある振動問題ですが、誤診されることも少なくありません。特徴的な症状（ベアリング振動に比べてフレーム振動が大きい、周波数特性が特定、場所依存）を認識し、適切な診断手法（衝撃試験、ODS分析）を適用することで、低コストで振動を大幅に低減できる的確なソリューションを実現できます。.
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