振動解析における周波数の理解
周波数 これは、特定の時間単位において反復的な事象がどれほどの頻度で発生するかを示す指標であり―― 振動解析、これは物体がどのくらいの速さで振動しているかを数値化したものです。これは、機械のトラブルの根本原因を特定する上で、最も重要なパラメータです。一方で 振幅 を教えてくれる 深刻度 振動において、周波数は ソース振幅の値を測れば、問題の深刻さがわかります。周波数を測れば、問題の正体がわかります。
1. 定義：振動周波数とは何か？
周波数とは、周期的な動きの速度、すなわち振動する部品が単位時間あたりに完了する完全な振動サイクルの回数を指します。1,800 rpmで回転するローターは1秒間に30回転するため、1回転ごとに発生する力は1秒間に30回繰り返されます。機械の内部に潜むあらゆる周期的な要素は、 時間波形 それぞれ固有の周波数を持っており、これらの成分を分離することが、あらゆる診断作業の基礎となる。
重要なのは、周波数が振幅とは無関係であるという点だ。まったく同じ周波数であっても、振動は激しいものもあれば、ほとんど感知できないものもある。断層が拡大する際に変化するのは通常、振幅であり、周波数はそれを生み出す物理的メカニズムに固定されたままである。その安定性こそが、周波数をこれほど信頼性の高い「指紋」にしているのだ。
2. 周波数による診断力
その基本原則は 振動診断 それは、機械や電気部品が故障し始めると、特定かつ予測可能な周波数で振動を発生させるという事実です。機械の振動特性に含まれる周波数と、それぞれの強さを特定することで、分析担当者は問題の原因となっている部品を正確に特定することができます。これは、医師が聴診器を使って、さまざまな病状を示す特有の音を聞き分ける方法とよく似ています。
それぞれの潜在的な故障には、特徴的な周波数特性があります：
- アンバランス: 回転系全体に関する問題、例えば アンバランス、シャフトの回転数と同じ頻度で現れる―― 1× 運転速度.
- ずれ: 2つのシャフト間の連結部における問題、例えば ずれ、通常は走行速度の2倍の速度で現れる（2×)、多くの場合、盛り上がった 3×.
- ベアリングの欠陥: 転がり軸受の欠陥により、整数でない値が生じる 軸受欠陥周波数 そのレースウェイとボールの形状、および軸の回転速度によって決まる。
- ギアに問題がある： 噛み合う歯がエネルギーを生み出す ギア噛み合い周波数 (GMF) — 歯数にギアの回転数を掛けた値 — しばしばその両側に サイドバンド.
これらの特性は重なることがほとんどないため、解像度の高いスペクトルデータ1つがあれば、機械を開けることなく、不平衡や位置ずれ、さらにはベアリングの故障を区別することができる。
3. 周波数の単位
周波数はいくつかの単位で表され、実務に携わるアナリストはそれらすべてを熟知している必要があります。
ヘルツ（Hz）
国際単位系（SI）の単位。1ヘルツは1秒あたりの1サイクルに相当する。これは科学分野やほとんどの計測機器において標準的な単位であり、FFTの周波数軸で使用される単位でもある。
1分あたりのサイクル数（CPM）
回転数（RPM）と直接関連しているため、産業用メンテナンスの分野で広く用いられています。1分は60秒であるため、換算は単純に CPM = Hz × 60したがって、30 Hzの振動は1,800 CPMに相当します。また、1,800 rpmで稼働している機械の場合、そのピークはまさに回転数と一致するため、Hz単位よりもCPM単位の方が認識しやすいことがよくあります。
オーダー
次数は機械自体の回転速度の倍数となります。つまり、回転速度が1次、その2倍が2次、というように続きます。この方式の利点は、機械の回転速度が変わっても次数が一定であることです。シャフトの回転数が900 rpmであっても3,600 rpmであっても、不平衡は1次として存在し続けますが、その周波数（Hz）は変化します。このため、可変速機器において次数は不可欠な要素であり、これが 次数分析フリー 高調波周波数計算機 RPMを1×から10×の周波数に一括で変換し、そして 振動単位換算ツール Hz–CPMの記録管理を行います。
4. 周波数の決定方法
振動信号の中に隠された周波数は、以下の方法で抽出される。 高速フーリエ変換（FFT）アン 加速度計 生の時間波形を捕捉し、FFTアルゴリズムによってそれを 周波数スペクトル — 複雑な振動を構成する個々の周波数をすべて表示したグラフで、各ピークの高さはそこにどれだけのエネルギーが存在するかを示しています。その後、解析担当者はそれらのピークを上記の欠陥の特徴と照合します。現場では、次のような携帯型の2チャンネル計測器が バランセット-1A このFFTをその場で実行し、およそ5 Hzから1000 Hzまでのスペクトルを測定するため、回転速度のピークとその高調波を機械上で直接読み取ることができます。また、1回転ごとに発生するタコジェネレーターパルスにより、どのピークが1×であるかを正確に特定できます。
5. 周波数、速度、加速度の関係
ある振動エネルギーのレベルにおいて、振幅は 変位, 速度、 そして 加速度 周波数に大きく依存するため、各ユニットがそれぞれ異なる帯域を担当しています：
- 低周波数： 変位が最大となるため、シャフトのゆっくりとした動きにおいては自然な単位となる。
- 中音域： 速度が最大かつ最も一定であるため、 振動強度 次のような基準 ISO 20816 （ISO 10816の後継規格）は、mm/s単位の速度を用いて機械全体の健全性を評価する。
- 高周波： 加速度が最大となるため、ベアリング音やギア音にはこの単位が最適である。
周波数帯域に対して不適切な単位を選択すると、本来の不具合がノイズフロアに埋もれてしまうことがあります。一方、適切な単位を選択すれば、同じ不具合でもグラフ上で一目でわかるようになります。このように考えると、周波数は振動解析の診断能力を引き出す鍵であり、生々しく入り組んだ信号を、具体的なメンテナンス情報へと変換してくれるのです。
