構造共鳴を理解する
定義: 構造共鳴とは何ですか?
構造共鳴 とは、 振動 回転機械からの周波数（例えば、1倍の運転速度、2倍の ずれ, 、またはブレード通過周波数）は 固有振動数 機械フレーム、ベースプレート、, 台座, 基礎や近くの構造物など、様々な場所で発生する可能性があります。この周波数マッチングが発生すると、, 共振 回転部品自体が受ける振動をはるかに超えるレベルまで構造振動を増幅します。.
構造共振は特に問題となる場合があり、バランスが取れ、適切に調整された機械であっても、深刻な振動問題が発生しているように見えることがあります。高い振動は構造自体に発生しており、必ずしもローターの問題を示しているわけではありませんが、構造的な動きがフィードバックしてローターの挙動に影響を与え、時間の経過とともに実際の機械的損傷を引き起こす可能性があります。.
構造共鳴の発生原理
共鳴メカニズム
- 励起源: 回転機械は周期的な力（ アンバランス, 、ずれなど）
- 力の伝達: これらの力はベアリングを介して支持構造に伝達されます
- 周波数マッチング: 励起周波数≈構造固有周波数の場合
- エネルギー蓄積: 構造は複数サイクルにわたってエネルギーを吸収する
- 増幅： 振動振幅は構造的な要因によってのみ制限され、増大する。 減衰
- 観察された効果: 構造は通常の入力力よりも5～50倍高い振幅で振動する
一般的な周波数範囲
- 基盤モード: 典型的な工業用基礎では通常5～30Hz
- ベースプレートモード: サイズと構造に応じて20～100 Hz
- 台座モード: 一般的なベアリングサポートの場合、30～200 Hz
- フレーム/カバーモード: 板金パネルおよびカバーの場合50～500 Hz
共通の共鳴シナリオ
1倍のランニングスピード共鳴
- 例： 機械は1800 RPM（30 Hz）で稼働し、基礎の固有振動数は28～32 Hz
- 症状： バランスは良いが振動が非常に大きい
- 効果： 小さな残留不均衡でも大きな構造的動きが生じる
- 解決策 基礎の剛性を変更したり、減衰を追加したり、動作速度を変更したりする
2倍共振（ミスアライメント周波数）
- ずれにより2倍の周波数励起が発生
- 2×が構造モードと一致する場合、増幅が起こる
- 高い振動は深刻なずれと誤診される可能性がある
- アライメントの改善は役立ちますが、共鳴を排除することはできません
ブレード/ベーン通過周波数共振
- ファン、ポンプ、タービンは、ブレード通過周波数（N × RPM、N = ブレード数）を生成します。
- 多くの場合50～500Hzの範囲
- この周波数範囲で構造モードを励起できる
- 高周波のガラガラ音やブザー音
診断識別
構造共鳴の症状
- 不均衡な振動: 構造物の振動はベアリングの振動よりもはるかに大きい
- 狭い速度範囲: 特定の速度（±5-10%）でのみ高振動
- 方向依存性: 一方向には大きく、垂直方向には最小（モード形状が一致）
- 場所依存性: 振動は構造表面上で大きく変化する（腹と節）
- 最小限のベアリング効果: ベアリングとローターは、構造が厳しい場合でも許容できる振動を示す可能性がある。
診断テスト
1. 衝撃試験（バンプテスト）
- ハンマーで構造物を叩き、反応を測定する
- すべての構造固有振動数を特定
- 機械の動作周波数と比較する
- 構造共鳴の最も決定的なテスト
2. 測定場所の比較
- ベアリングハウジング（発生源に近い）での振動測定
- 台座ベース、ベースプレート、基礎の測定
- 構造振動>>ベアリング振動の場合、構造共振を示します。
- 伝達率 > 2-3 は共鳴増幅を示唆する
3. 動作たわみ形状（ODS）
- 構造上の複数のポイントで同時に振動を測定
- 構造の動きをアニメーションで視覚化する
- どの構造モードがアクティブであるかを明らかにする
- ノードとアンチノードを識別する
解決策と緩和策
周波数分離
動作速度の変更
- 可変速機器の場合は、共振を避けて運転してください。
- モーターシーブのサイズを変更して速度を調整します
- VFDを使用して非共振速度を選択する
- プロセス要件によって速度が決まる場合は実用的ではない可能性があります
構造固有振動数の変更
- 質量を追加: 固有振動数を下げる（f ∝ 1/√m）
- 剛性を追加: 固有振動数を上げる（f ∝ √k）
- 素材を削除: 場合によっては、質量を減らすことで共鳴がシフトすることがある
- 構造変更: ブレース、ガセット、補強材を追加する
減衰追加
拘束層減衰
- 構造物に接着された粘弾性減衰材
- 板金パネルやフレームに効果的
- 共鳴ピーク振幅を低減
- 市販の制振処理
チューンドマスダンパー
- 問題のある周波数に合わせて調整された二次マススプリングシステムを追加する
- エネルギーを吸収し、主構造の振動を低減します
- 効果的だが、慎重な設計と調整が必要
構造用制振材
- 戦略的な場所にゴムパッドまたはアイソレーターを設置
- 表面に塗布された制振材
- 関節部の摩擦ダンパー
分離
- 機械と基礎の間に振動絶縁装置を設置する
- 機械の振動を構造から分離
- アイソレータの固有振動数に有効 < 0.5×励起周波数
- 新たな共鳴問題が生じないように注意深い設計が必要
興奮を抑える
- 改善する バランス品質 1倍の励起を減らす
- 2倍の励起を低減する精密な調整
- 力の振幅を減らす機械的な問題を修正する
- 症状は軽減するが共鳴の可能性は排除されない
デザインにおける予防
基礎設計基準
- 基礎固有振動数 > 最大動作周波数の2倍（それ以上の共振を避ける）
- または 最小動作周波数の0.5倍未満（絶縁基礎）
- 共鳴の可能性がある0.5～2.0の範囲を避ける
- 設計段階に動的解析を含める
構造設計
- 強制周波数に対する適切な剛性の設計
- 共振しやすい軽荷重構造を避ける
- リブやガセットを使用して頻度を増やす
- 固有の減衰（複合材料、摩擦のあるジョイント）を追加することを検討してください
構造共振は、増幅効果によって、小さな振動源を大きな問題へと変容させる可能性があります。衝撃試験や実稼働測定によって構造共振を特定し、適切な緩和戦略と組み合わせることは、構造ダイナミクスが機械全体の振動挙動に大きな影響を与える設備において、許容可能な振動レベルを達成する上で不可欠です。.
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