回転機械におけるアンバランス（不均衡）の理解
不均衡 — 以下と互換性がある アンバランス — とは、ある ローターその重心が回転軸と一致していない。質量が軸の周囲に不均一に分布しているため、ローターが回転すると、偏心した質量によって正味の 遠心力 これにより、ローターが中心から外側に引っ張られ、機械全体が振動する。この幾何学的中心からの質量中心のずれが、ローターの 偏心、そしてそれが引き起こす振動により、不均衡は回転機械において最も一般的な不具合となっており、通常、診断担当者が最初に確認する項目でもあります。
1. 定義：力が生じる原因
作用する力は遠心力である：F = m·r·ω²、ここで m-r は不均衡（偏心質量に半径を掛けた値）であり、 ω は角速度である。ここから、すぐに2つの結果が導かれる。第一に、この力はシャフトとともに回転するため、1回転ごとにベアリングを押すことになる。第二に、この力は 四角 速度の問題――手でゆっくり回すと問題ないと感じるローターでも、最高回転数になると手にくることがある。だからこそ バランス品質 回転速度が上がるにつれて、要求される精度が急激に高まる。不均衡は質量に半径を掛けた値として定量化され、通常はグラム・ミリメートル（g・mm）で表される。これは、中心からずれている質量の大きさと、軸からの距離の両方が力を決定づけるためである。
2. 不均衡の診断：典型的な兆候
不均衡は、その性質上、比較的容易に特定できる。 振動 その署名は非常に一貫性がある――それが、これが自然な出発点となる主な理由である 振動解析:
- 頻度： 振動はちょうど 回転速度の1倍 (その 運転速度）。機械の速度を上げたり下げたりしても、ピークは完璧に追従します。
- 方向： エネルギーは主に ラジアル — 水平方向と垂直方向 — 通常はわずかな 軸方向 （推力）振動。
- 振幅： 回転速度の二乗に比例するため、速度を2倍にすると、不均衡力とそれに伴う振動はおよそ4倍になります。
- フェーズ 1× 段階 測定値は安定しており、再現性が高いため、濃縮スポットの位置を特定できる。
支配的な1×ピークは、以下の原因によっても生じ得るため ずれ, a ベントシャフト または 共振…ある慎重な分析者は、その…によって不均衡が確認される 全体 パターン：ハイ 1回、ロー 倍音、主に半径方向のエネルギー、および定常位相。対照的に、大きな2×成分は、診断を位置ずれや 機械的な緩み.
3. 3つの不均衡のタイプ
静的不均衡
「力の不均衡」とも呼ばれるこのタイプは最も単純なもので、質量が単一の平面上で偏っている状態を指します。薄い円盤の特定の箇所に重心が偏っている様子を想像してみてください。これは静的な現象であり、静止状態でもその性質が現れます。摩擦のないナイフの刃の上に載せると、ローターは重心が下に来るまで回転し続けます。重心の反対側、180°の位置に単一の重りを置くと、この不均衡は解消されます。これは 単面バランス.
カップルの不均衡
ローターの両端、互いに180°離れた位置にある2つの等しい重心が、合力としては相殺されるが、 カップル — ローターを軸を中心に回転させるような、揺さぶるようなモーメント。このようなローターは静的バランスが取れている（刃先上で転がらない）にもかかわらず、回転時には激しい振動を生じ、そのモーメントを打ち消すには、2つの異なる平面に2つの補正ウェイトを配置する必要がある。
動的不均衡
実機ではほぼすべてに見られる現象である動的不平衡は、静的不平衡とトルク効果を併せ持っています。これを是正するには、ローターに沿った少なくとも2つの平面において質量の調整が必要となります―― 動的（2面）バランス調整静的成分とカップリング成分がたまたま角度的に一致する場合、この特殊なケースは 準静的アンバランス.
4. 一般的な原因
不均衡は製造時に生じている場合もあれば、使用中に発生する場合もあります。主な原因としては、次のようなものが挙げられます：
- 製造上の欠陥： 鋳造品の多孔性、材料密度の不均一性、および機械加工公差。
- 組み立てエラー： コンポーネントの取り付けミス、ボルトの締め付けムラ、またはキーの位置ずれ。
- 消耗が激しい： 不均等な浸食、, 腐食 または 着る ファンブレードおよびポンプ インペラ.
- 材料の蓄積： ファン、送風機、遠心分離機のローターに付着した汚れ、ほこり、または製品。
- コンポーネントの故障： バランスウェイトが飛んだり、ブレードが破損したりすると、即座に深刻な不均衡が生じます。
5. 不均衡を是正することがなぜ重要なのか
著しい不均衡のある状態で機械を稼働させ続けると、回転ごとに構造体に周期的な力が加わるため、徐々に損傷が生じます：
- ベアリングの早期破損： ベアリングは高い動的荷重を受け、すぐに摩耗します。
- 疲労と亀裂： 繰り返されるストレスが蓄積される 倦怠感 シャフト、基礎および周辺部への損傷。
- 効率の低下： エネルギーは、有用な出力としてではなく、振動や熱として失われてしまう。
- 安全上のリスク： 極端な場合、深刻な不均衡は壊滅的な故障を引き起こす可能性があります。
6. 現場における不均衡の是正
不均衡は、体系的な取り組みによって解消される バランシング 手順 — 機械の信頼性を向上させるための最も効果的な単一の対策の一つです。その目的は、不均衡をゼロにすることではなく、小さく、明確な 残留アンバランス 許容範囲内。この許容範囲は、 G級 システム ISO 21940-11 （旧ISO 1940-1を統合したもの）。その結果生じる振動は、 ISO 20816 （ISO 10816の後継規格）。無料の 残留アンバランス計算機 (ISO 21940-11) 選択した傾斜角度と運転速度を、1面あたりの許容g・mmに変換します。
組み立て済みの機械では、作業は工場内ではなく現場で行われます。 バランスマシン. 以下のようなポータブルな2チャンネルアナライザ バランセット-1A 1×の振幅と位相を測定し、ローターの 影響係数 より 試用重量、そしてそれぞれの質量と角度を計算する 修正重量 単一平面または2平面用 フィールドバランシング. これは、機械のベアリング内で稼働速度で動作するため、不均衡を補正すると同時に、残留不均衡が指定されたISO等級内に収まっていることを確認します。
