機械振動入門

簡単に言えば、電動機器の振動は、駆動モーター、被駆動装置（ポンプ、コンプレッサーなど）、ベアリング、シャフト、ギア、ベルト、その他の要素などの機械やコンポーネントの前後の動きや振動にすぎません。機械システムを構成します。

産業機器の振動は、問題の兆候と原因の両方になる可能性があります。また、振動は機械操作の通常の部分として「領域に沿って進む」だけであり、過度の懸念を引き起こすことはありません。しかし、プラント保守の専門家は、許容できる通常の振動と、問題のある機器の保守または交換にすぐに注意を払う必要がある種類の振動との違いをどのように見分けることができますか？

振動とその原因の基本を理解し、振動試験装置を装備しているため、保守の専門家は、ほとんどの機械の振動の原因と重大度を迅速かつ確実に判断し、修理の推奨事項を受け取ることができます。これはすべて、テスターに​​組み込まれたインテリジェンスを使用して行われ、一般的な長期の振動監視プログラムに必要な広範な監視と記録は必要ありません。

振動は必ずしも問題ではありません。一部のタスクでは、振動が不可欠です。振動サンダーや振動タンブラーなどの機械は、振動を使用して材料を除去し、表面を仕上げます。振動フィーダーは、振動を使用して材料を移動します。建設では、バイブレーターを使用して、コンクリートがフォームやコンパクトな充填材に落ち着くのを助けます。振動ローラーは、高速道路の舗装に使用されるアスファルトを圧縮するのに役立ちます。

その他の場合、振動は機械設計に固有のものです。たとえば、往復ポンプとコンプレッサー、内燃機関、ギアドライブの動作では、ある程度の振動はほとんど避けられません。よく設計され、手入れの行き届いた機械では、このような振動は心配する必要はありません。

振動が問題になる場合
ほとんどの産業用デバイスは、振動を発生させるのではなく、スムーズに動作し、振動を回避するように設計されています。これらの機械では、振動が機器の問題や劣化を示している可能性があります。根本的な原因が修正されていない場合、不要な振動自体が追加の損傷を引き起こす可能性があります。

この記事では、通常の操作の一部として振動することが「想定されている」機械ではなく、振動してはならない機械（電気モーター、ロータリーポンプとコンプレッサー、ファンとブロワー）に焦点を当てます。これらのデバイスでは、一般的にスムーズな操作が優れており、振動がゼロのマシンが理想的です。

機械の振動の最も一般的な原因
振動は、単独で、または組み合わせて作用する、さまざまな条件から生じる可能性があります。振動の問題は、一次装置だけでなく、補助装置によっても発生する可能性があることに注意してください。これらは振動の主な原因のいくつかです。

不均衡 –回転するコンポーネントの「重いスポット」は、不均衡な重りが機械の軸を中心に回転するときに振動を引き起こし、遠心力を発生させます。不均衡は、製造上の欠陥（機械加工のエラー、鋳造の欠陥）またはメンテナンスの問題（ファンブレードの変形または汚れ、バランスウェイトの欠落）によって引き起こされる可能性があります。機械の速度が上がると、不均衡の影響が大きくなります。不均衡は、ベアリングの寿命を大幅に短縮するだけでなく、機械の過度の振動を引き起こす可能性があります。

ミスアライメント/シャフトの振れ –機械のシャフトがラインから外れると、振動が発生する可能性があります。角度のずれは、（たとえば）モーターとポンプの軸が平行でない場合に発生します。軸が平行であるが正確に位置合わせされていない場合、その状態は平行方向のずれと呼ばれます。ミスアライメントは、熱膨張、コンポーネントの移動、またはメンテナンス後の不適切な再組み立てが原因で、組み立て中に発生したり、時間の経過とともに発生したりする可能性があります。結果として生じる振動は、半径方向または軸方向（機械の軸に沿って）またはその両方である可能性があります。

着用 –ボールベアリングやローラーベアリング、ドライブベルト、ギアなどのコンポーネントが摩耗すると、振動が発生する可能性があります。たとえば、ローラーベアリングレースに穴が開いた場合、ベアリングローラーは損傷した領域を移動するたびに振動を引き起こします。ギアの歯がひどく欠けたり摩耗したり、ドライブベルトが破損したりすると、振動が発生する可能性があります。

緩み –振動しているコンポーネントのベアリングが緩んでいるか、マウントに緩く取り付けられている場合、他の方法では見過ごされる可能性のある振動が明らかになり、破壊的になる可能性があります。このような緩みは、基礎となる振動によって引き起こされる場合と引き起こされない場合があります。原因が何であれ、緩みがあると、存在する振動によって、ベアリングの摩耗、機器のマウントやその他のコンポーネントの摩耗や疲労などの損傷が発生する可能性があります。

振動の影響
振動の影響は深刻な場合があります。機械の振動をチェックしないと、摩耗率が加速し（つまり、ベアリングの寿命が短くなり）、機器が損傷する可能性があります。振動する機械は、騒音を発生させ、安全上の問題を引き起こし、プラントの作業条件を悪化させる可能性があります。振動により、機械が過剰な電力を消費し、製品の品質を損なう可能性があります。最悪の場合、振動によって機器がひどく損傷し、機器が使用できなくなり、プラントの生産が停止する可能性があります。

しかし、機械の振動にはプラスの側面があります。正しく測定および分析された振動は、機械の状態の指標として予防保守プログラムで使用でき、災害が発生する前にプラント保守の専門家が是正措置を講じるように導くのに役立ちます。

振動の特徴
振動がどのように現れるかを理解するために、電気モーターのような単純な回転機械を考えてみましょう。モーターとシャフトはシャフトの軸を中心に回転し、シャフトは両端のベアリングで支えられています。

振動を分析する際の重要な考慮事項の1つは、振動力の方向です。私たちの電気モーターでは、振動は半径方向（シャフトから外側）または軸方向（シャフトに平行）に加えられる力として発生する可能性があります。

たとえば、モーターの不均衡は、モーターの「重いスポット」が回転するときに半径方向の振動を引き起こし、シャフトが360度回転するときにモーターを外側に引っ張る遠心力を生成する可能性があります。シャフトのミスアライメントは、シャフトカップリングデバイスのミスアライメントにより、軸方向（シャフト軸に沿って前後）に振動を引き起こす可能性があります。

振動のもう1つの重要な要素は、振幅、つまり振動の力や重大度です。モーターのバランスが崩れるほど、振動の振幅は大きくなります。回転速度などの他の要因も、振動の振幅に影響を与える可能性があります。回転速度が上がると、不均衡力が大幅に増加します。

周波数とは、振動の振動率、または振動を引き起こす1つまたは複数の条件の力の下で機械が前後に移動する傾向を指します。

周波数は通常、1分あたりのサイクル数またはヘルツ（CPMまたはHz）で表されます。 1 Hzは、1秒あたり1サイクル、または1分あたり60サイクルに相当します。この例のモーターを「シンプル」と呼びましたが、このマシンでさえ複雑な振動特性を示す可能性があります。それが動作するとき、それは振幅と周波数のいくつかの速度で、複数の方向（半径方向と軸方向）に振動する可能性があります。不均衡な振動、軸方向の振動、劣化したローラーベアリングからの振動などが組み合わさって、複雑な振動スペクトルが作成される可能性があります。

結論
振動は、事実上すべての産業用機械の特徴です。振動が通常のレベルを超えて増加した場合、それは通常の摩耗のみを示している可能性があります。または、根本的な原因のさらなる評価、または即時のメンテナンスアクションの必要性を示している可能性があります。

振動が発生する理由とそれがどのように現れるかを理解することは、振動が生産環境で問題を引き起こすのを防ぐための重要な第一歩です。

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