ローターベアリングシステムの理解
定義: ローターベアリングシステムとは何ですか?
A ローターベアリングシステム 回転する部品と、 ローター （軸と付属部品）、その動きを拘束し荷重を支える支持軸受、そして軸受を地面に接続する固定支持構造（軸受ハウジング、台座、フレーム、基礎）で構成される。このシステムは、統合された全体として解析される。 ローターダイナミクス 各コンポーネントの動的な動作が他のすべてのコンポーネントに影響を及ぼすためです。.
適切なローター動力学解析では、ローターを単独で解析するのではなく、ローターベアリングシステムを結合した機械システムとして扱い、ローターの特性（質量、剛性、減衰）、ベアリング特性（剛性、減衰、クリアランス）、および支持構造の特性（柔軟性、減衰）がすべて相互作用して決定します。 臨界速度, 振動 応答性、安定性。.
ローターベアリングシステムのコンポーネント
1. ローターアセンブリ
回転部品には以下が含まれます。
- 軸： 剛性を提供する主な回転要素
- ディスクとホイール: インペラ、タービンホイール、カップリング、プーリーが質量と慣性を加える
- 分散質量: ドラム型ローターまたはシャフト質量自体
- カップリング: ローターを駆動装置または駆動装置に接続する
ローター特性:
- 軸に沿った質量分布
- シャフトの曲げ剛性（直径、長さ、材質の関数）
- 極モーメントと直径モーメント（ジャイロ効果に影響）
- 内部減衰（通常は小さい）
2. ベアリング
ローターをサポートし、回転を可能にするインターフェース要素:
ベアリングの種類
- 転がり軸受: ボールベアリング、ローラーベアリング
- 流体膜軸受： ジャーナルベアリング、ティルティングパッドベアリング、スラストベアリング
- 磁気軸受: アクティブ電磁サスペンション
ベアリング特性
- 剛性: 荷重下でのたわみに対する抵抗（N/mまたはlbf/in）
- ダンピング: ベアリングのエネルギー損失（N·s/m）
- 質量： 可動ベアリング部品（通常は小型）
- クリアランス: 剛性と非線形性に影響を与える半径方向および軸方向の遊び
- 速度依存性: 流体膜軸受の特性は速度によって大きく変化する
3. サポート構造
固定基礎要素:
- ベアリングハウジング： ベアリング周辺の構造
- 台座: 垂直支持昇降ベアリング
- ベースプレート/フレーム: 台座を繋ぐ水平構造
- 財団： 地面に荷重を伝達するコンクリートまたは鋼鉄構造物
- 分離要素: 振動絶縁を使用する場合は、スプリング、パッド、またはマウント
サポート構造は以下に貢献します:
- 追加の剛性（ローターの剛性と同等かそれ以下）
- 材料特性と接合部による減衰
- システム全体の固有振動数に影響を与える質量
システムレベル分析が不可欠な理由
結合行動
各コンポーネントは他のコンポーネントに影響を与えます。
- ローターの偏向 ベアリングに力を加える
- ベアリングのたわみ ローター支持条件を変更する
- サポート構造の柔軟性 ベアリングの動きを許容し、見かけのベアリング剛性に影響を与える
- 基礎振動 ベアリングを介してローターにフィードバックする
システム固有周波数
固有振動数は、個々のコンポーネントではなく、システム全体の特性です。
- 柔らかいベアリング + 硬いローター = 臨界速度の低下
- 剛性ベアリング + 柔軟なローター = より高い臨界速度
- 柔軟な基礎は、剛性の高いベアリングでも臨界速度を下げることができます。
- システム固有振動数 ≠ ローター固有振動数のみ
分析方法
簡略化されたモデル
予備分析：
- 単純支持梁: 剛性支持された梁としてのローター（ベアリングと基礎の柔軟性は無視）
- ジェフコット・ローター: スプリングサポート付きのフレキシブルシャフトへの集中質量（ベアリング剛性を含む）
- 転送マトリックス法: マルチディスクローターの古典的なアプローチ
高度なモデル
実際の機械を正確に分析するには：
- 有限要素解析（FEA）： ベアリング用スプリング要素を備えたローターの詳細モデル
- ベアリングモデル: 非線形ベアリング剛性と減衰と速度、荷重、温度の関係
- 基盤の柔軟性: 支持構造のFEAまたはモーダルモデル
- 連成解析: すべてのインタラクティブ効果を含む完全なシステム
主要なシステムパラメータ
剛性の寄与
システム全体の剛性は直列の組み合わせです。
- 1/k合計 = 1/kローター + 1/kベアリング + 1/k財団
- 最も柔らかい要素が全体の剛性を左右する
- 一般的なケース: 基礎の柔軟性により、システムの剛性がローターの剛性のみよりも低下します。
減衰寄与
- ベアリングダンピング: 通常、支配的な発生源（特に流体膜軸受）
- 基礎減衰: 支持構造と材料の減衰
- ローター内部ダンピング: 典型的には非常に小さく、無視されることが多い
- 総減衰: 並列減衰要素の合計
実用的な意味合い
機械設計向け
- ローターをベアリングや基礎から切り離して設計することはできない
- ベアリングの選択は達成可能な臨界速度に影響する
- 基礎の剛性はローターの支持に十分でなければならない
- システム最適化にはすべての要素を同時に考慮する必要がある
バランス調整のために
- 影響係数 完全なシステム応答を表す
- フィールド・バランシング インストール時のシステム特性を自動的に考慮
- 異なるベアリング/サポートでショップバランス調整を行った場合、設置した状態に完全に移行できない可能性があります。
- システムの変更（ベアリングの摩耗、基礎の沈下）によるバランス応答の変化
トラブルシューティング
- 振動の問題はローター、ベアリング、または基礎から発生する可能性があります
- 問題を診断する際にはシステム全体を考慮する必要がある
- 1つのコンポーネントの変化が全体の動作に影響を与える
- 例: 基礎の劣化により危険速度が低下する可能性がある
一般的なシステム構成
シンプルなベアリング間構成
- 両端の2つのベアリングで支えられたローター
- 最も一般的な産業構成
- 最もシンプルな分析システム
- 標準 2平面バランス アプローチ
オーバーハングローター構成
- ローターが伸びる ベアリングサポートを超えて
- モーメントアームからのベアリング荷重の増加
- 不均衡に対してより敏感
- ファン、ポンプ、一部のモーターによく見られる
マルチベアリングシステム
- 単一のローターを支える3つ以上のベアリング
- より複雑な負荷分散
- ベアリング間のアライメントが重要
- 大型タービン、発電機、製紙機械のロールによく使用される
連結マルチローターシステム
- カップリングで接続された複数のローター（モーターポンプセット、タービン発電機セット）
- 各ローターには独自のベアリングがあるが、システムは動的に結合されている
- 分析のための最も複雑な構成
- ずれ 結合すると相互作用力が生じる
回転機械を個別のコンポーネントではなく、ローターとベアリングを一体化したシステムとして理解することは、効果的な設計、解析、そしてトラブルシューティングの基本となります。システムレベルの視点は、多くの振動現象を説明し、信頼性と効率性に優れた運用のための適切な是正措置を導きます。.
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