自励振動の理解

1. 定義: 自励振動とは何ですか?

自励振動 （自己誘起振動または不安定振動とも呼ばれる）は、システムの運動が力を誘起し、その力がその運動を維持または増幅させる、特に危険なタイプの振動です。これによりフィードバックループが形成され、外部からの強制周波数がそれに応じて増加することなく、振動の振幅が増大し、時には壊滅的なレベルに達することがあります。

これは、強制振動とは根本的に異なります。 アンバランス または ずれここで、振動は特定の周期的な入力（強制周波数）に対する直接的な応答です。自励振動系では、振動が自ら駆動力を生み出します。

2. フィードバックループのメカニズム

自励振動のメカニズムは次のようにまとめられます。

1. システム（例：ベアリング内のローター）が動いています。
2. 小さなランダムな外乱により、わずかな変位や速度の変化が生じます。
3. この動きの変化により、システムに作用する力（ベアリング内の流体圧力や工具の切削力など）が変化します。
4. 重要なのは、この変化した力がシステムに*エネルギーを追加*し、コンポーネントをすでに進んでいる方向にさらに押し進めるという作用をもたらすことです。
5. この動きの増加により、さらに大きな力が生成され、さらに多くのエネルギーが追加されます。

このフィードバック ループにより、振動はシステムの非線形性によって制限されるか (急停止した場合など)、故障につながるまで増大します。

3. 自励振動の一般的な例

機械診断におけるいくつかのよく知られた現象は、自己励起振動の典型的な例です。

• オイルワールとオイルホイップ: 回転機械における最も一般的な例。流体膜ジャーナル軸受では、回転軸がオイルウェッジを形成します。外乱によってオイルウェッジ自体が軸受の周囲を回転（旋回）し始めることがあります。この旋回するウェッジからの圧力が軸を押し、旋回にさらなるエネルギーを加えます。結果として生じる振動は、回転速度ではなく、同期周波数（通常0.42～0.48倍）で発生します。 走る速度).
• 機械加工におけるチャタリング: 金属切削（旋盤加工またはフライス加工）において、びびりは切削工具が振動し始めると発生します。この振動により、切削される切粉の厚さが変化します。切粉の厚さの変化は切削力の変動を引き起こし、この変動した力が工具の振動にエネルギーを逆流させ、激しいびびりへと発展する可能性があります。
• 空力フラッター： 航空機の翼の振動。翼の曲げとねじれの運動によって翼の空力プロファイルが変化する。このプロファイルの変化によって空気圧が変化し、翼の運動にエネルギーが加わるため、制御されない場合、壊滅的な破損につながる。
• ローターの擦れ: ローターが固定部品に接触する状態。摩擦によってローターが加熱され、湾曲が生じることがあります。この湾曲により摩擦力が増大し、発熱と湾曲がさらに増大することでフィードバックループが発生し、焼付きにつながる可能性があります。

4. 主な特徴と診断

自励振動は、多くの場合、 FFTスペクトル:

• 非同期周波数: 振動は通常、走行速度の整数倍や高調波ではありません。多くの場合、 同期していない 頻度。
• 不安定： 振幅は非常に不安定になる可能性があり、動作条件 (速度、温度、負荷) の小さな変化によって急激に大きくなる可能性があります。
• 突然の発症: 機械が特定の速度または負荷のしきい値を超えるまでは振動がまったく発生しないこともありますが、その時点で突然大きな振幅で振動が発生する可能性があります。

自己励起振動の診断には、これらの特徴的な非同期ピークを識別し、特定の機械でそのような不安定性を引き起こしている可能性のある物理的メカニズムを理解することが含まれます。

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