2平面バランスの理解
2平面バランス は ダイナミックバランシング 手順 修正重み ローターの長手方向に沿って2つの別々の平面に配置され、両方を排除するために 静的アンバランス そして カップルのアンバランス 同時に。これは、軸方向の長さが直径と同等かそれ以上であるあらゆる回転子を含む、産業用回転機械の大部分において標準的な手法である。これとは異なり、 単面バランス…これはローターの重心ずれのみを補正するものですが、二面バランスでは並進運動による 遠心力 そして、ローターが中心軸を軸に揺れ動く瞬間。
1. 定義：なぜ2つの平面なのか？
任意の剛体ローターの アンバランス 2つの独立した成分に分解することができる。 静的アンバランス これは、質量中心が軸から外れた位置にあるネットヘビーな箇所であり、両方の軸受に同相の力を発生させる。たとえローターが回転せずにナイフエッジ上でバランスが取れていたとしても、この現象は現れる。 カップルのアンバランス これは、ローターの両端に180°の間隔を置いて配置された、等しい質量を持つ2つの重心のことであり、正味の重心移動は生じないため、静止状態では目に見えないが、回転時には揺動モーメントを発生させ、2つの軸受の回転位相を互いにずらす。
単一の補正面では、静的不平衡成分のみを相殺することができます。カップルを相殺するには、互いに反対のモーメントを形成する2つの補正が必要であり、定義上、それには2つの面が必要となります。実際のローターには、静的不平衡とカップル不平衡が任意の割合で混在しているため（この状態はしばしば 準静的アンバランス （両者を組み合わせた場合）、剛体ローターを完全に記述し補正するには、少なくとも2つの補正面が必要となる。 振動.
2. 2面バランス調整はいつ必要になるのか？
以下のいずれかに該当する場合は、2つの平面を選択してください：
長い、または細長いローター
経験則として、長さ対直径比がおよそ0.5～1.0を超えるローターは、2つの平面でバランス調整を行う必要があります。代表的な例としては、次のようなものがあります：
- 電動モーターアーマチュア
- ポンプとコンプレッサーのシャフト
- 多段ファンローター
- ドライブシャフトとカップリング
- スピンドルと回転工具
- タービンローター
反対の極端な例として、研削砥石、単一のプーリー、薄いフライホイールといった薄い円盤状の部品がある。これらは長さが短すぎて有効なモーメントを発生させることができないため、通常は単一の平面内で修正が可能である。
明らかなカップルの不均衡
測定した1× 段階 2つの軸受支持部における位相が著しくずれており――ほぼ180°の差が生じており、これは揺れや傾きを示している――カップリングの不平衡が存在しており、これを解消するには2平面補正を行う必要がある。
単一平面バランシングでは不十分な場合
診断上の典型的な手がかりとして、単一平面での調整を行うと、一方のベアリングの振動は低減されるものの、もう一方のベアリングの振動が増加してしまうことがあります。このトレードオフは、未補正のトルクが存在することを示す特徴であり、別の平面での調整が必要であることを示唆しています。
質量が分散された剛性ローター
Even a 剛性ローター 当初の予想を大幅に下回っている 臨界速度 質量が軸方向にかなりの長さに分散されている場合、2つの平面の利点を活かすことができ、1か所だけでなくすべての軸受で振動を最小限に抑えることができる。
3. 二平面バランス調整手順
2平面バランシングは、いずれかの平面で補正を行うと振動が変化するため、1平面の作業よりも複雑です。 両方 ベアリング。一般的な解決策は、 影響係数法、2つを塗布して 試用重量 一連の 測定実行.
ステップ1 — 初期測定
選択したバランス調整速度で機械を運転し、両方の軸受における初期の1×振動ベクトル（振幅と位相）を記録します。これらを「軸受1」および「軸受2」とラベル付けします。このペアは、ローターのすべての不均衡が複合的に及ぼす影響を捉えたものです。
ステップ2-補正プレーンの定義
2つ選択 修正面 質量を追加または除去できる箇所。これらは、実用上可能な限り互いに離し、かつアクセスしやすい位置に配置する。通常は、各ローター端部、カップリングフランジ、またはファンハブの付近が該当する。平面間隔を広くとることで、強力かつ良好な状態のカップリング補正が得られる。
ステップ3 — プレーン1での試行重量
機械を停止させ、既知の質量を持つ試験用おもりを、第1平面上で既知の角度に設置する。再度運転し、両方の軸受における新たな振動を記録する。ベクトル 変化 各ベアリングにおいて、2つの影響係数が明らかになります。すなわち、平面1がベアリング1に及ぼす影響と、平面1がベアリング2に及ぼす影響です。
ステップ4 — プレーン2での試行重量
最初の試行用ウェイトを取り外し、2番目の平面に試行用ウェイトを装着して測定を行い、再度測定します。これにより、残りの2つの係数、すなわちベアリング1上の平面2とベアリング2上の平面2が得られます。
ステップ5 — 補正値を計算する
このツールは現在、2×2行列として配置された4つの複合影響係数を保持しています。これを使用して ベクトル数学 また、行列の逆行列計算を用いて、両方の軸受における振動を同時にゼロに近づけるために、各平面で必要な正確な質量と角度を求める連立方程式を解きます。A 単一平面影響係数計算機 これは、1つの平面における基礎となるベクトル演算を示しています。2つの平面の場合、これを単に行列へと拡張したものであり、一方、 試用版重量計算機 適切な初期試験質量を決定するのに役立ちます。
ステップ6 — インストールと確認
算出された重量を両方に恒久的に取り付け、検証のために運転してください。これで、両方のベアリングの振動は目標範囲内に収まるはずです。もしわずかな残留振動が残っている場合は、手早く トリムバランス — すでに測定済みの係数を再利用することで — 追加の実行を行うことなく、結果を精緻化できる。
4. 影響係数行列の解説
この手法の威力は、その2×2の行列にある。なぜなら、各平面が影響を及ぼすからである 両方 bearings:
- 直接的影響： 平面1にある重りは、隣接する方位1に最も強い影響を及ぼし、平面2にある重りは、隣接する方位2に最も強い影響を及ぼします。
- 相互結合効果： 平面1にある重りは方位2も動かす（通常はそれほど強くはない）し、平面2にある重りも方位1を動かす。
この行列を解くことで、4つの相互作用すべてが同時に考慮されるため、2つの補正項は互いに打ち消し合うのではなく、相乗効果を発揮する。手計算では数学的に容赦がない――符号の誤りやわずかな位相誤差が逆行列の計算過程を通じて伝播してしまう――。まさにその点こそが、専用の平衡測定器が真価を発揮する所以である。
2つの平面（1、2）と2つの方位角（A、B）について、この系はVであるA = αA1·W1 + αA2·W2 and VB = αB1·W1 + αB2·W2ここで、各項 V、α、W は複素数（振幅と位相）のベクトルである。バランス調整ソフトウェアはこの 2×2 連立式を解いて、補正係数 W を求める1 and W2 that make VA and VB vanish.
5. 現場における2面バランス調整
2面バランス調整は、日常的に行われる方法であり、 フィールドバランシング、そしてそれはまさに、携帯型2チャンネルアナライザーが設計された本来の目的そのものです。このような機器、例えば バランセット-1A、技術者が 加速度計 各ベアリングには、光学式 レーザータコメーター 位相基準として、上記の6つの手順（初期実行、2回の試行、解法、補正、検証）を、装置を分解したり、 ローター 整備工場へ。作業はそこで行われるため in situ…機械本来の軸受において、実際の運転速度下で測定された結果は、工場の現場における実際の設置状況――軸受の剛性、基礎のたわみ、熱負荷やプロセス負荷――を反映しています。 バランスマシン 再現できません。その後、装置は最終的な 残留アンバランス 報告書に署名する前に、選定されたISO等級と照合する。
6. 二面バランス調整の利点
- 完全な訂正： 静的不平衡とカップリング不平衡の両方を除去し、完全に剛体化したローターの状態を実現する。
- すべてのベアリングにおける振動を最小限に抑えます： ローターシステム全体を最適化し、片側だけにとどまらない。
- 部品の寿命を延ばします： 両方の支持点での振動が低減されることで、ベアリング、シール、カップリングの摩耗が少なくなり、また 倦怠感 cracking.
- 業界標準： 多くの機器メーカーによって要求されており、剛性ローターについては ISO 21940-11 （ISO 1940-1の現代版）
- ほとんどの機種に対応： これは、第一臨界回転数未満で動作する剛性ローターに有効であり、産業用機器の圧倒的多数がこれに該当する。
7. 配置：単一、2面、および多面
| 方法 | 飛行機 | 修正する | Typical rotor |
|---|---|---|---|
| 単面 | 1 | 静的のみ | 薄いディスク、幅の狭いプーリー、単体のファン |
| 2平面 | 2 | 静的 + カップル | 最も剛性の高い産業用ローター |
| Multi-plane | 3 or more | 静的荷重＋カップリング＋モード曲げ | 臨界回転数を超える柔軟なローター |
単一面バランス調整に比べ、2面バランス調整はより手間がかかり時間もかかりますが、ごく薄いディスク型ローター以外のものについては、はるかに優れた振動低減効果をもたらします。一方、 フレキシブルローター 1つ以上の臨界回転数を超えて運転する場合、3面以上のバランス調整が必要になることがある（多面バランス調整を参照）。しかし、一般的な産業機械の大部分においては、2面での調整で十分である。
8. よくある課題と解決策
アクセスできない補正面
チャレンジ： 組み立て済みの機械では、理想的な平面の位置に手が届かない場合があります。
解決策 手元にあるもの――カップリングハブ、ファンブレード、外部フランジなど――を何でも利用し、実際の機械で測定された行列を用いることで、機器の係数が幾何学的形状の不完全さを補正するようにします。
試験重量に対する反応が弱い
チャレンジ： 試行重量によって測定値がほとんど変化しない場合、影響係数にノイズが入り、解の信頼性が低下する。
解決策 測定ノイズの閾値をはるかに上回る効果を得るために、試料の質量を大きくするか、半径を遠くに移動させる。
非線形挙動
チャレンジ： rotors with 機械的な緩み, 柔らかい足、またはその付近での作業 共振 重みに対して線形に反応しない可能性がある――これは、この手法が前提としている条件である。
解決策 まず機械的な不具合（締結部品の締め付け、足元の緩み）を修正し、可能であれば、臨界回転数から外れるようにバランス調整を行ってください。問題が本当に不均衡によるものであり、 ずれ それを装って
