回転機械における摩擦の理解
定義: こするとはどういうことか?
こする 機械における回転部品と静止部品間の摩擦接触と相対滑り運動。この用語は、摩擦の連続的な側面を強調する。 ローターとステーターの接触, 軽い断続的な接触や衝撃とは区別されます。摩擦は摩擦力を発生させ、摩擦作業によってかなりの熱を発生させ、独特の 振動 後方旋回、亜同期成分、熱効果を特徴とするパターン。.
「こすり」という用語は「ローター摩擦」と互換的に使用されることがよくありますが、「こすり」は接触の摩擦と熱の側面を強調することがあります。一方、「ローター摩擦」には、軽い擦れや衝撃など、あらゆる形態の接触が含まれる場合があります。.
摩擦の力学
クーロン摩擦モデル
摩擦は乾式摩擦（クーロン摩擦）の原理に従います。
- 摩擦力: F = µ × N、ここでµは摩擦係数、Nは法線力
- 方向： 表面間の相対運動に常に反対する
- 代表的な係数: 鋼対鋼 µ ≈ 0.3-0.5; 鋼対シール材 µ ≈ 0.2-0.4
- 発熱: すべての摩擦仕事は熱に変換される
接線力と法線力
こすりながら：
- 法線力: ローターを半径方向に内側に押します
- 摩擦力: 回転と反対方向に接線方向に作用する
- 合力： この組み合わせによりローターの回転速度が遅くなり、後方に偏向する傾向がある。
- トルク増加: 摩擦により電力が消費され、駆動トルクの要件が増加する
特徴的な振動パターン
後方旋回
擦り合わせの最も特徴的な点は、逆回転（リバース）であることです。
- 摩擦力は、後方軌道運動を駆動する接線成分を生成する。
- 軸 軌道 シャフトの回転方向と反対方向に回転する
- 周波数は通常、同期以下（速度の1倍未満）
- 一般的な周波数: 0.5×、0.33×、0.25×（分数オーダー）
- 軌道の形状は不規則であったり歪んでいることが多い
スペクトル特性
- 同期ピーク: 1×以下の複数のピーク（多くの場合、分数高調波）
- 同期コンポーネント: 摩擦力により1倍増加する可能性があります
- 高調波: 非線形摩擦による2倍、3倍、4倍
- 広帯域ノイズ: スペクトル全体にわたってノイズフロアが上昇
- 不安定なスペクトル: ピークが現れたり、消えたり、周波数がシフトしたりする
時間波形の特徴
- 接触開始時の衝動的な出来事またはスパイク
- 最大たわみ時のクリッピングまたは平坦化
- 不規則な非正弦波形
- 複数の周波数からのビートパターンが存在する
摩擦による熱の影響
発熱
摩擦は機械的エネルギーを熱に変換します。
- レート： 消費される電力 = 摩擦力 × 滑り速度
- 大きさ: 軽い擦り込み：10～100ワット、強い擦り込み：キロワット
- 集中： 小さな接触面積に熱が集中
- 温度上昇: ひどい場合には局所的な温度が500℃を超えることもある
サーマルボウの開発
熱振動フィードバックループ：
- 最初の摩擦によりシャフトの片側に熱が発生する
- 非対称加熱により サーマルボウ
- 熱による弓状の曲がりがシャフトのたわみを増大させる
- たわみが大きくなると、より激しい摩擦が発生します
- こすり合わせると熱も増える
- 肯定的なフィードバックは急速な失敗につながる可能性がある
二次的な熱影響
- ベアリング加熱: シャフトを通してベアリングに伝導される熱
- オイルの劣化: 過度の温度は潤滑剤を劣化させる
- 重要な変更: 熱影響部における相変態または冶金学的変化
- 熱応力: 熱応力を受けた領域で亀裂が発生する可能性がある
検出方法
振動監視
- サブ同期アラーム: 走行速度の0.3～0.5倍のピーク時に警告
- 軌道監視: 後方旋回を検出する自動軌道解析
- スペクトルの変化: 多重高調波の突然の出現を検出するアルゴリズム
- 波形クリッピング: 非正弦波歪みの検出
温度監視
- 急速上昇アラーム付きベアリング温度センサー
- 露出シャフト部の赤外線温度監視
- 温度差監視（上部ベアリングと下部ベアリング）
- 変化率アラーム（例：> 5°C/分）
追加指標
- トルク増加: 摩擦により消費電力が上昇
- 速度変動: 摩擦トルクの変化による小さな速度変化
- アコースティックエミッション: 接触による高周波音
- 目視検査: 摩耗破片、変色、目に見える損傷
対応措置
即時の行動
- 重大度を軽減: 安全であれば速度や負荷を下げる
- 注意深く監視する: 振動と温度の連続観測
- シャットダウンの準備: 緊急停止の準備を整える
- 緊急停止: 振動や温度が上昇した場合
- クールダウンを許可: 検査前に回転ギアを操作するか、自然冷却を行ってください。
調査
- 接触の物理的証拠を検査する
- 摩擦が疑われる箇所のクリアランスを測定する
- 熱による曲がりや永久的なシャフトの曲がりがないか確認する
- 根本原因を特定します（過度の振動、不十分なクリアランスなど）
是正措置
- クリアランスを増やす: 損傷した部分を機械で除去するか、部品を交換する
- 根本原因に対処する: ローターのバランス調整、アライメントの修正、ベアリングの問題を修正
- 損傷した部品の交換: 必要に応じてシール、ベアリング部品、シャフトセクション
- クリアランスの確認: 再起動前にすべての場所で十分なクリアランスがあることを確認してください
回転機械における振動関連の故障の中でも、摩擦は最も深刻なものの一つです。熱フィードバックによって急速に悪化する可能性があるため、重要な機器の壊滅的な故障を防ぐには、迅速な認識、迅速な対応、そして徹底的な是正が不可欠です。.
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