回転機械の不均衡を理解する
アンバランス （以下と同義） アンバランス) は、ある ローター 回転軸上に重心が位置しない場合。そのずれ――すなわち 偏心 — これは、質量が軸の周囲に不均一に分布していることを意味します。ローターが回転すると、中心からずれた質量は 遠心力…により、ベアリングや機械全体を振動させる回転荷重が発生します。不均衡は、圧倒的に最も一般的な原因であり、 振動 回転機器において、この不具合は バランシング 修正するために存在します。
1. 定義とその背後にある物理的原理
定量的に、不均衡 あなた これは、質量の偏移量とその軸からの半径の積であり、質量が集中している箇所である m 半径上に座る r これにより、U = m·r となり、これは グラム・ミリメートル (g·mm) あるいはグラム・インチ。これは、ローターの総質量にその重心の偏心率を掛けたもの（U = M·e）として等価に表すことができる。機械的に重要なのは、これにより生じる力である。遠心力は角速度の二乗に比例して増大する：
F = m · r · ω² — 速度が2倍になると、干渉力が2倍になる 四つん這い.
この二乗則の関係こそが、手で回すと滑らかに動くローターが、運転速度では激しく振動する理由であり、また、高速の機械は低速の機械よりもはるかに精密にバランス調整を行わなければならない理由でもある。この力はシャフトとともに回転するため、1回転ごとに構造体を駆動することになる。これこそが、不均衡特有の紛れもない特徴の源である。
2. クラシックな振動の特徴
不平衡は、その特徴が非常に一貫しているため、診断が比較的容易な故障の一つです：
- 頻度： 振動がまさに 回転速度の1倍 (その 運転速度）。速度を変えても、ピークを正確に追従します。これは、他の多くのフォルトとは一線を画す決定的な特徴です。
- 方向： そのエネルギーは主に ラジアル （水平方向および垂直方向）、ほとんど 軸方向 （スラスト）コンテンツ。
- 振幅： これは速度の二乗に比例します。つまり、回転数（RPM）を2倍にすると、前述の物理法則が予測するように、応答速度はおよそ4倍になります。
- フェーズ 1× 段階 測定値は安定しており、再現性が高いため、まさにそのおかげで異常箇所を特定し、修正することが可能となる。
その安定した振幅と位相の組み合わせが補正の基礎となる。すなわち、1×応答の大きさを把握し、 どこ このデータから、解析担当者は必要なカウンターウェイトのサイズと角度を算出することができます。軸方向の振動が小さく、純粋な1×ピークが見られる場合は不平衡を示唆しますが、逆に強い2×成分が見られる場合は ずれ または 緩み.
3. 3種類の不均衡
静的アンバランス
「力不平衡」とも呼ばれるこの現象は、最も単純なケースである。質量が単一の平面上で偏在しており、薄い円盤上の特定の箇所に重心が偏っているような状態を指す。これは 静的 これは、ローターが静止している状態で現れる現象だからです。摩擦のないナイフエッジの上に置くと、ローターは重い部分が底に落ち着くまで回転し続けます。この現象は、重い部分と180°反対の位置に重りを1つ置くことで補正されます。この領域は 単面バランス.
カップルのアンバランス
ここでは、2つの等しい重心がローターの両端、180°離れて位置しています。これらは合力としては相殺されますが、 カップル — ローターを軸を中心に回転させようとする揺動モーメント。純粋なトルク不均衡を持つローターは静的バランスが取れている（刃先で転がらない）にもかかわらず、回転すると激しい振動を生じる。これを補正するには、揺動モーメントを打ち消すために、2つの異なる平面上に2つの重りを配置する必要がある。
動的アンバランス
実機ではほぼすべてに見られる現象である動的不平衡は、静的不平衡成分とトルク成分が組み合わさったものです。これを補正するには、ローターに沿った少なくとも2つの平面において質量の変更が必要となります。このプロセスは 動的（2面）バランス調整. 静的効果とカップリング効果が同じ角度位置を共有する、これと密接に関連するケースは、 準静的アンバランス.
4. 不均衡の主な原因
不平衡は、製造時から存在する場合もあれば、使用中に発生する場合もあります。主な原因としては、次のようなものが挙げられます：
- 製造上の欠陥： 鋳造品の多孔性、材料密度の不均一性、および機械加工公差。
- 組み立てエラー： コンポーネントの取り付けミス、ボルトの締め付けムラ、あるいはキーの位置ずれによる質量配分の変化。
- 消耗が激しい： 不均等な浸食、, 腐食 または 着る ファンブレードおよびポンプ インペラ.
- 材料の蓄積： ファン、送風機、遠心分離機のローターに汚れ、ほこり、または製品が付着すること。
- コンポーネントの故障： バランスウェイトが飛散したり、ブレードが破損したりすると、瞬時に深刻な不均衡状態が生じます。
5. 不均衡を是正することがなぜ重要なのか
著しい不均衡を抱えた機械を稼働させ続けると、回転力が1回転ごとに構造体に繰り返し負荷をかけるため、徐々に損傷が生じます：
- ベアリングの早期破損： ベアリングは高い動的荷重を受け、急速に摩耗する。
- 疲労と亀裂： 繰返し応力が蓄積する 倦怠感 シャフト、基礎、および構造物への損傷。
- 効率の低下： エネルギーは、有用な仕事としてではなく、振動や熱として散逸してしまう。
- 安全上のリスク： 深刻な不均衡は、致命的な故障へと発展する恐れがあります。
6. 不平衡の測定、補正、および許容差
不均衡は、体系的なバランス調整手順によって解消されます。これは、機械の信頼性を高める上で最も費用対効果の高い方法の一つです。組み立て済みの機械の場合、この作業は分解して行うのではなく、その場で実施されます。 バランスマシン. 以下のようなポータブルな2チャンネルアナライザ バランセット-1A 1×の振幅と位相を測定し、ローターの 影響係数 より 試用重量、そしてエンジニアに対し、単一平面または二平面に対する補正に必要な質量と角度を伝える フィールドバランシング. 動作速度で機械自身の軸受内で動作するため、実際の稼働状態を正確に捉えることができます。
バランス調整とは、決してゼロを目指すことではなく、不均衡を所定の限界値以下に抑えることです。その限界値は、 バランス品質等級（G等級） システム ISO 21940-11 （これは、長年親しまれてきたISO 1940-1に取って代わるものである）。この等級と走行速度は、許容 残留アンバランス g-mm；フリー 残留アンバランス計算機 (ISO 21940-11) 選択したグレードと回転数（RPM）を、各プレーンごとの許容値に直接変換します。
