シャフトの亀裂とは？検出と診断• ポータブルバランサー、振動分析装置「Balanset」は、破砕機、ファン、マルチャー、コンバインのオーガー、シャフト、遠心分離機、タービン、その他多くのローターの動的バランス調整に使用されます。 シャフトの亀裂とは？検出と診断• ポータブルバランサー、振動分析装置「Balanset」は、破砕機、ファン、マルチャー、コンバインのオーガー、シャフト、遠心分離機、タービン、その他多くのローターの動的バランス調整に使用されます。

シャフトの亀裂とは？検出と診断

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回転機械のシャフト亀裂の理解

定義: シャフト亀裂とは何ですか?

A シャフトの亀裂 回転軸の亀裂は、疲労、応力集中、または材料欠陥によって発生する破損または不連続部です。亀裂は通常、表面から発生し、最大引張応力の方向に対して垂直に内側に伝播します。回転機械において、軸の亀裂は極めて危険です。小さな検出不可能な欠陥から、数時間または数日で軸の完全な破損に進展し、壊滅的な機器故障を引き起こす可能性があります。.

シャフトの亀裂は特徴的な 振動 ひび割れの進行に伴って現れる特徴的な2倍（1回転あたり2回）の成分が特に顕著です。早期発見には 振動解析 シャフトの完全な破損とそれに伴う安全上の危険を防ぐためには、これが重要です。.

シャフトの亀裂の一般的な原因

1. 周期的応力による疲労

特に回転機械における最も一般的な原因:

  • 曲げ疲労: 不均一な剛性または負荷を持つ回転軸は周期的な曲げ応力を生じます
  • ねじり疲労: 動力伝達軸の振動トルク
  • 高サイクル疲労: 数百万回のストレスサイクルが長年の運用で蓄積される
  • 応力集中: キー溝、穴、フィレット、および幾何学的不連続部は応力を集中させる

2. 動作条件

  • 過剰 アンバランス: 高い遠心力により曲げ応力が生じる
  • ずれ: ずれによる曲げモーメントは疲労を加速させる
  • 共鳴動作: またはその付近で動作 臨界速度 大きなたわみを生み出す
  • オーバーロード: 設計限界を超えた運転
  • 熱応力: 急速加熱/冷却サイクルまたは温度勾配

3. 材料および製造上の欠陥

  • 含まれる材料: シャフト材料内のスラグ、空隙、または異物
  • 不適切な熱処理: 不十分な硬化または焼戻し
  • 機械加工欠陥: 工具の跡、削り跡、引っかき傷などにより応力が集中する
  • 腐食孔食： 表面腐食により亀裂の発生源となる
  • フレッティング： 圧入インターフェースまたはキー溝

4. 運用イベント

  • 速度超過イベント: 緊急時または偶発的な速度超過により高いストレスが生じる
  • ひどい擦れ: 接触による発熱と局所的な応力集中
  • 衝撃荷重: プロセスの混乱や機械的衝撃による突然の負荷
  • 以前の修理: 残留応力を導入する溶接または機械加工

シャフトのひび割れによる振動症状

特性2×コンポーネント

ひび割れたシャフトの特徴的な振動特性は、 2×（第2高調波） 成分：

2倍の振動が発生する理由

  • シャフトが回転すると、1回転ごとに亀裂が2回開閉します。
  • 亀裂が圧縮状態（回転の底部）にある場合、剛性は高くなります
  • 亀裂が引張状態（回転の頂点）にあるとき、亀裂は開き、剛性は低下する。
  • この1回転あたり2回の剛性変化により、2倍の力が発生します。
  • 亀裂が伝播し、剛性の非対称性が大きくなるにつれて、振幅は2倍に増加する。

追加の振動インジケーター

  • 1× 変更点: 剛性の変化と残留反りによる1倍振動の漸進的な増加
  • 高調波: ひび割れの程度が増すと3倍、4倍になる場合があります
  • 位相シフト: 始動時/惰力走行時または異なる速度で位相角が変化する
  • 速度依存の動作: 振動は速度に応じて非線形に変化する可能性がある
  • 温度感度: 振動は熱膨張による亀裂の開閉と相関関係がある可能性がある

始動/惰力減速特性

  • 2×コンポーネントが過渡時に異常な動作を示す
  • 2つのピークを示す可能性がある ボード線図 （各臨界速度の1/2で）
  • 1×成分の位相変化は通常の不平衡応答と異なる場合がある

検出方法

振動監視

トレンド分析

  • 2X/1X比率を経時的に監視する
  • 2倍の振幅が徐々に増加するのは警告サインです
  • 2X/1X比率が0.5を超える場合は調査が必要です
  • 振動パターンの突然の変化は疑わしい

スペクトル分析

  • 通常 FFT 倍音を示す分析
  • 現在のベースラインスペクトルと過去のベースラインスペクトルを比較する
  • 2倍のピークの出現または成長に注意する

過渡解析

非振動法

1. 磁性粒子検査（MPI）

  • 表面および表面付近の亀裂を検出します
  • アクセス可能なシャフト表面が必要
  • ひび割れ検出における高い信頼性
  • 定期保守点検の一環として

2. 超音波検査（UT）

  • 内部および表面の亀裂を検出します
  • 振動症状が発生する前に亀裂を発見できる
  • 専門的な設備と訓練を受けた人員が必要
  • 重要なシャフトに推奨

3. 染色浸透探傷検査

  • 表面ひび割れ検出の簡単な方法
  • 清掃と表面処理が必要
  • 停電時にアクセス可能なエリアに便利

4. 渦電流検査

  • 非接触表面ひび割れ検出
  • 自動検査に最適
  • 非磁性材料および磁性材料に効果的

対応と是正措置

検出時の即時対応

  1. 監視頻度の増加: 月単位から週単位、日単位へ
  2. 運用の厳しさを軽減: 可能であれば速度または負荷を下げる
  3. 計画のシャットダウン: できるだけ早く安全な機会に修理または交換を予定してください
  4. NDE を実行する: ひび割れの存在を確認し、ひび割れの程度を評価する
  5. リスクアセスメント： 継続した操作が安全かどうかを判断する

長期的な解決策

  • シャフト交換: 確認された亀裂に対する最も信頼できる解決策
  • 修理（限定ケース）: 一部の亀裂は機械加工と溶接による補強で除去できます（専門家の評価が必要）
  • 根本原因分析: ひび割れが発生した原因を特定し、再発を防ぐ
  • 設計変更: 応力集中に対処し、材料選択を改善し、動作条件を修正する

予防戦略

設計フェーズ

  • 鋭角な角と応力集中を排除
  • 直径が変わる部分には大きめのフィレット半径を使用する
  • ストレスレベルと環境に適した材料を指定する
  • 有限要素応力解析を実行する
  • 表面処理（ショットピーニング、窒化処理）を施して疲労耐性を向上させる

運用フェーズ

  • 良好な状態を維持する バランス品質 繰返し曲げ応力を最小限に抑える
  • 精密な位置合わせを確実に
  • 危険速度での操作を避ける
  • 速度超過を防ぐ
  • 適切なウォームアップ/クールダウンで熱ストレスをコントロール

メンテナンスフェーズ

  • 適切なNDE法を用いた定期的な検査
  • 早期症状を検知する振動トレンドプログラム
  • 疲労ストレスを最小限に抑えるための定期的なバランス調整
  • 腐食防止とコーティングメンテナンス

回転機械において、シャフトの亀裂は最も深刻な潜在的故障の一つです。振動モニタリング（2倍振動の特徴的な兆候を検出）と定期的な非破壊検査を組み合わせることで、亀裂の早期発見に最適な戦略となり、壊滅的な故障が発生する前に計画的なメンテナンスを実施できます。.

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