シャフトの振れ、たわみ、ホイップ

シャフトの振れとは

シャフトの振れとは、回転シャフトが理想的な中心線からずれることを指します。これは、半径方向と軸方向の両方で発生する可能性があります。半径方向の振れはシャフトの軸に対して垂直な方向の振れであり、軸方向の振れはシャフトの軸に沿った方向の振れです。振れが大きすぎると、振動、ベアリング寿命の短縮、その他の問題が発生する可能性があります。

シャフトの振れを測定する方法

1. シャフトを旋盤または適切な固定具に固定します。
2. ダイヤルインジケータのプランジャーを、ラジアル振れの場合はシャフト表面に対して垂直になるように、または軸方向振れの場合はシャフト軸に対して平行になるように設置します。
3. シャフトをゆっくり回転させ、ダイヤルインジケータの最大値と最小値の読み取り値を記録します。
4. 最大読み取り値から最小読み取り値を引いて、合計振れを計算します。
5. 総振れをアプリケーションの許容限度と比較します。

シャフトの振れを修復する方法

1. ダイヤルインジケータを使用してシャフト上の高い位置を特定します。
2. シャフトを旋盤または研削盤にセットします。
3. 旋削または研削操作を使用して、高い場所から材料を慎重に除去します。
4. ダイヤルインジケータで振れを再確認し、必要に応じてプロセスを繰り返します。
5. 高速アプリケーションで必要な場合は、シャフトのバランスを調整します。

電気的振れと機械的振れ

電気的振れとは、シャフトに取り付けられたセンサーによって生成される電気信号がシャフトの振れによって変化することです。これにより、読み取り値が不正確になったり、制御の問題が発生する可能性があります。

機械的な振れとは、シャフトの理想的な中心線からの物理的な偏差を指します。どちらのタイプの振れも問題となる可能性があり、最適なパフォーマンスを得るには最小限に抑える必要があります。

シャフトのたわみとは

シャフトのたわみとは、負荷がかかったときのシャフトの曲がりや変位のことです。シャフトの重量、外力、モーメントなどが原因で発生します。たわみの量は、シャフトの材質、断面、長さ、支持条件などの要因によって異なります。たわみが大きすぎると、位置ずれ、摩耗の増加、さらには構造上の欠陥につながる可能性があります。

シャフトのたわみを測定する方法

1. サポートやベアリングを含め、シャフトを動作位置にセットアップします。
2. 実際の状況をシミュレートして、予想される負荷をシャフトに適用します。
3. ダイヤルインジケータ、レーザーセンサー、またはその他の適切な方法を使用してシャフトのたわみを測定します。
4. シャフトに沿った複数のポイントでたわみを記録して、たわみプロファイルを作成します。
5. 測定されたたわみをアプリケーションの許容限度と比較します。

シャフトのたわみを修復する方法

1. 過度のたわみの原因を特定します（例：シャフトのサイズが小さすぎる、サポートが不十分など）。
2. シャフトの直径を大きくしたり、材質を変更したり、断面を最適化したりして、シャフトの設計を変更します。
3. ベアリングを追加したり、スパンの長さを短くしたり、プリロードを調整したりして、シャフト サポートを改善します。
4. 修正の効果を確認するために、適用された荷重下でのシャフトのたわみを再確認します。
5. 設計変更を行うときは、臨界速度や振動などの追加要因を考慮してください。

シャフトホイップとは

シャフトホイップは、回転シャフトの回転速度が最初の臨界速度を超えたときに発生する振動現象です。この時点で、シャフトのたわみが劇的に増加し、ホイップ運動が発生します。これを放置すると、過度の振動、騒音、さらには壊滅的な故障につながる可能性があります。

シャフトホイップの測定方法

1. シャフトに沿った主要な位置と隣接するコンポーネントに振動センサーを取り付けます。
2. 振動レベルを監視しながら、シャフトの回転速度を徐々に上げていきます。
3. 振動の急激な増加によって示されるシャフトホイップが発生する臨界速度を特定します。
4. さらなる分析のために、振動の周波数、振幅、位相情報を記録します。
5. 測定された振動レベルをアプリケーションの許容限度と比較します。

シャフトホイップの修理方法

1. シャフトホイップの根本原因を特定します (例: アンバランス、ミスアライメント、ベアリングの問題)。
2. シャフトのバランスをとって振動励起力を低減します。
3. シャフトとそのコンポーネントの位置を揃えて、位置ずれによる振動を最小限に抑えます。
4. 適切なサポートと減衰を確保するために、必要に応じてベアリングを検査し、交換します。
5. シャフトの直径、材質、サポート条件を変更するなどして、シャフトの設計を変更し、臨界速度を上げます。
6. シャフトを再テストして、ホイップが解消されたか、または許容レベルまで低減されたことを確認します。

よくある質問

シャフトの振れはどの程度まで許容されますか?

一般的に、高速または高精度のアプリケーションの場合、総振れは数ミクロン (µm) に制限する必要があります。対照的に、低速またはそれほど重要でないアプリケーションの場合、振れ許容値はより緩やかになり、数十または数百ミクロンが許容されることがあります。