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回転機器にはどのような規格が参考になる？
質問集｜回転機器にはどのような規格が参考になる？Good Techが開発した回転機器の品質管理システムおよび機器には、すべてISO規格が組み込まれており、適切な規格を適用するだけで簡単に測定を開始できます。専門知識がなくても簡単に操作できます。
規格の説明
ISO 1940 動バランス等級: 各種回転機器の動バランス基準
| バランス等級 | 回転機器の例 |
|---|---|
| G 0.4 | 精密研削盤のスピンドル、主軸、ジャイロスコープ。 |
| G 1 | 研削盤の駆動軸、特別仕様の小型モーター。 |
| G 2.5 | ガスタービン、蒸気タービン、船舶用主タービン（商用）、剛性タービン発電機の回転子、圧縮機、工作機械の駆動部、ツールスピンドル、特殊要求の中・大型モーターの回転子、小型モーターの回転子、ターボポンプ。 |
| G 6.3 | 加工設備の部品、船舶用主タービン（商用）、セパレーターのドラム、航空ガスタービン、特別仕様でない中・大型電動機および発電機（軸高80mm以上）、ファン、ギア、工作機械、紙巻き、印刷ローラー、ポンプ、ターボチャージャー。 |
| G 16 | 特殊要求の駆動軸、圧延部品、農業機械部品、自動車・トラック・機関車のエンジン部品、特殊要求の6気筒4ストロークエンジンのクランクシャフトおよび駆動軸。 |
| G 40 | フレキシブル結合の6気筒以上のディーゼルエンジンのクランクシャフトおよび駆動軸。ホイール、車軸、ホイールハブ、駆動軸。自動車・トラック・機関車のクランクシャフトおよび駆動軸。 |
| G 100 | 高速6気筒以上のディーゼルエンジンのクランクシャフトおよび駆動軸。自動車・トラック・機関車のエンジン。 |
| G 250 | 剛性結合の4ストロークディーゼルエンジン。 |
| G 630 | 4気筒エンジンのクランクシャフトおよび駆動軸、フレキシブル結合の船舶用ディーゼルエンジンのクランクシャフトおよび駆動軸。 |
| G 1600 | 大型2ストロークエンジンのクランクシャフトおよび駆動軸。 |
| G 4000 | 低速ディーゼルエンジンの剛性クランクシャフトおよび駆動軸。 |
規格の説明
ISO 機械回転子の振動規格
ISO 10816
ISO 10816-3
Zone A 優良な新規機械 新しい機械で、振動品質が優れており、特定の使用期限はない。
Zone B 通常の機械 許容可能な振動値を持ち、長期間の使用が可能で、特定の使用期限はない。
Zone C 警告状態 長時間の使用は推奨されず、適切なタイミングでメンテナンスまたは修理が必要。
Zone D 危険状態 異常な振動値が検出され、機械に損傷を与える可能性があるため、即時修理が推奨される。
ISO 2372
分類：
Class I ：15kW以下の設備、Class II：15kW以下の設備
Class III：75kW以上で剛性基盤を持つ設備、Class IV：75kW以上で柔軟性のある基盤を持つ設備
ISO 17243
Zone A 優良な新機械 新しい機械で、振動品質が優れており、特定の使用期限はない。
Zone B 通常の機械 許容可能な振動値を持ち、長期間の使用が可能で、特定の使用期限はない。
Zone C 警告状態 長時間の使用は推奨されず、適切なタイミングでメンテナンスまたは修理が必要。
Zone D 危険状態 異常な振動値が検出され、機械に損傷を与える可能性があるため、即時修理が推奨される。
備考: ISO 17243は、多くの大手企業が協力し、15年以上の時間をかけて非常に多くの機械種別と実験データを蓄積し、策定された経験に基づく標準です。
ローターの特性
周波数スペクトル振動特性表
バランス不良の振動特性
- 振動スペクトルは主に1倍の回転速度で発生。
- 振動方向は通常、半径方向（径方向）で発生。
- 軸方向の振幅は非常に小さく、半径方向の1/3以下。
- 半径方向および軸方向のいずれでも、2倍、3倍、4倍またはその他の倍数の振動はほぼ発生しない。
軸の曲がりによる振動特性
- 軸の中央部の曲がりは、1倍の回転速度の振動を引き起こし、振動方向は主に軸方向に発生。
- カップリング（連結部）に近い曲がりは、2倍の回転速度の振動を引き起こし、振動方向も軸方向に発生。
芯ズレの振動特性
- 振動周波数は主に1倍、2倍、または3倍の回転速度で発生。
- ほとんどの芯ズレは混合型（角度＋平行）であるため、振動方向は径方向と軸方向の両方から発生。
機械の緩みの振動特性
外部の緩みや内部の緩みに関わらず、スペクトルには明確な1×、2×、3×...7×、8×またはそれ以上の回転速度周波数が表示され、径方向と軸方向に同じ特性が現れる。外部の緩みと内部の緩みではスペクトルに若干の違いがある。
回転軸の摩擦の振動特性
- 回転部品と固定部品が摩擦すると、スペクトルは緩みの特性と類似する。
- 通常、整数の分数次の部分調和振動周波数（1/2、1/3、1/4...）を励起する。
転がり軸受の損傷
- 軸受ローリング要素の損傷周波数（BSF）：BSF = 1/2 × RPM × Pd/Bb × (1 - Bd/Pd × cosø)
- 軸受内輪の損傷周波数（BPFI）：BPFI = 1/2 × RPM × N × (1 - Bd/Pd × cosø)
- 軸受外輪の損傷周波数（BPFO）：BPFO = 1/2 × RPM × N × (1 + Bd/Pd × cosø)
- 軸受保持器の損傷周波数（FTF）：FTF = 1/2 × RPM × (1 × Bd/Pd × cosø)
ブレード振動
- ブレード周波数（BPF）＝ ブレード数 × 回転速度（RPM）。これはポンプ、風車、コンプレッサーの固有周波数である。
- ただし、設計不良、ディフューザーの摩耗、配管の急カーブ、乱流障害、またはシャフトの偏心があると、高いBPFを引き起こす可能性がある。
流体乱流
- 空気が風車を出入りする際、圧力または速度が突然変化すると、乱流現象が発生する。
- 乱流は通常、ランダムで低周波の振動を引き起こし、その範囲は約1〜30Hzである。
キャビテーション現象
- ポンプの入口圧力が不足すると、キャビテーション（空洞現象）が発生しやすい。
- キャビテーションは通常、ランダムで高周波かつ広帯域の振動を引き起こし、ポンプ内部に腐食をもたらす。
ギア振動（正常）
- ギアメッシュ周波数（GMF）＝ギアの歯数 × 回転速度
- GMFはギア機構の固有周波数であり、その大きさは負荷の多寡を表し、摩耗の度合いではない。
ギア振動（異常）
- ギアの摩耗、偏心、または二軸の非平行性のスペクトル特性として、ギアの固有周波数が励起され fn が現れる。
- GMFが増大し、摩耗したギアの回転速度に関連するサイドバンドが増加する。偏心や軸の不整合がある場合、GMFの2倍の周波数成分が現れる。
ベルトとプーリー（一）
- ベルト周波数 = 3.14 × プーリー直径 × 回転速度 / ベルト長さ。
- ベルトが摩耗、緩み、または誤った組み合わせで使用されると、1x、2x、3x、4x のベルト周波数が発生することが多い。
ベルトとプーリー（二）
- プーリーのミスアライメント（ずれ）があると、1x回転速度で高振動が発生し、特に回転軸で顕著となる。
- 駆動された機械の回転周波数は、駆動機構のスペクトル上に現れる。
ベルトとプーリー（三）
- プーリーの偏心が発生すると、その振動スペクトル特性はバランス不良と同様になり、主に1x回転速度の半径方向で発生する。
モーターステータの偏心
- ステータの偏心は気隙の不均一を引き起こし、振動を発生させる。
- 気隙の不均一により局所的な加熱が発生し、モーターシャフトが曲がることで、運転時間とともに振動が増大し、2倍の電源周波数（120Hzまたは100Hz）で高振動が発生する。
モーターステータの異常
- ステータスロット周波数 = スロット数 × 回転速度。
- ステータスロットに異常が発生すると、高いスロット周波数振動が発生する。
- スロット周波数はモーター回転速度のサイドバンドとともに現れる。
モーターローターの偏心
- ローターの偏心は、2倍の電源周波数を発生させ、極通周波数（FP = P × ヒステリシス周波数）を伴う。
- FPは低周波領域（約0.3〜2.0 Hz）に現れる。
モーターローターバーの緩み
- ローターバーパス周波数（RBPF）= ローターバー数 × 回転速度。
- ローターバーが緩むと、RBPFおよび2xRBPFが発生し、2xFL（120Hzまたは100Hz）のサイドバンドを伴う。
直流モーターの異常
- 磁場巻線の破損、不良なSCR、または接続部の緩みが6倍の電源周波数（360Hzまたは300Hz）の高振動を引き起こす。
規格説明
工場環境の微振動にはどの振動規格が適用可能か
設備の機能性能による製品不良を防ぐために、建築物の構造には振動規格が制定されています。これは単に傾斜や倒壊を防ぐだけでなく、設備の動作に影響を与える微細な振動も規制されます。国際標準化機構（ISO）は機械振動に関する一連のISO-10816標準を制定しており、さらに海外の研究者は異なる設備のニーズに応じた振動規格「Vibration Criteria（VC）」を提案しています。以下の表で詳細を確認できます。
| 振動規格 | 最大振動値 µm/s（rms) | 加工精度 µm | 適用環境の説明 |
|---|---|---|---|
| 商業エリア Office | 400 (84dB) | なし |
|
| オフィス Workshop | 800 (90dB) | なし |
|
| 住宅エリア Residential Day | 200 (78dB) | 75 |
|
| 手術室 Operating Theatre (ISO) | 100 (72dB) | 25 |
|
| VC-A | 50 (66dB) | 8 |
|
| VC-B | 25 (60dB) | 3 |
|
| VC-C | 12.5 (54dB) | 1 |
|
| VC-D | 6.25 (48dB) | 0.3 |
|
| VC-E | 3.125 (42dB) | 0.1 |
|
半導体産業がナノメートル規模の回路に進むにつれ、建築物の要件も厳しくなり、新たにNIST-AおよびNIST-A1の規格が加わりました。これらの規格は、VC規格の低周波範囲の不足を補うことを目的としています。
設備に異常振動が発生？
振動測定サービス
実験室や工場では、振動の発生が機器や設備に直接または間接的な影響を及ぼすことがあります。軽微な場合は実験データに影響を与え、深刻な場合は設備の損傷を引き起こし、大きな損失につながる可能性があります。
固德科技では振動測定サービスを提供しており、環境や機械設備の振動を測定することで振動の発生源を特定し、実験や製造工程への影響を防ぐことができます。また、モーターやローターの振動を測定することで設備の品質を評価し、予知保全を実現することが可能です。最適な投資を行い、生産能力と作業効率の向上を目指しましょう！
