Balancing_of_rotating_masses
振動を避けるために、回転体のバランスをとることが重要です。ガスタービンや発電機などの重工業用機械では、振動が壊滅的な故障や騒音や不快感を引き起こす可能性が細いホイールの場合、バランスをとるには、重心を回転の中心に移動するだけです。システムのバランスを完全に保つには、遠心力の影響を防ぐために、力と偶力の両方のポリゴンを近づける必要が不均衡が可能な限り最小限に抑えられるか、完全に排除されるように、機械部品を賢く設計することが重要です。
コンテンツ
1 静的バランス
2 ダイナミックバランス
3 不均衡なシステム
4 参考文献
静的バランス
静的バランスは、オブジェクトの重心が回転軸上にあるときに発生します。したがって、物体は、ブレーキ力を加えることなく、軸を水平にして静止したままにすることができます。重力によって回転する傾向はありません。これは、重心をホイールの中心に分散させるために反射板がバルブの反対側に配置されている自転車のホイールに見られます。他の例は、砥石、ディスク、または車のホイールです。静的バランスを確認するには、オブジェクトができるだけ少ない摩擦で回転する自由が必要です。
これは、水平と平行の両方になるように調整された、鋭く硬化したナイフエッジを備えている場合があるいは、一対の自走式ボールベアリングレースが各ナイフエッジの代わりに使用され、水平および平行の要件が緩和されました。オブジェクトは、ホイールのように軸対称であるか、車軸を備えている必要がゆっくりと回転し、静止すると、静的にバランスが取れている場合、ランダムな位置で停止します。そうでない場合は、バランスをとるために、ウェイト上の接着剤またはクリップがしっかりと取り付けられています。
ダイナミックバランス
回転シャフトは、2つの同一の取り付けられた重りによって不均衡になります。これにより、反時計回りの遠心力の偶力Cdが発生します。 、ベアリングによって加えられる時計回りの偶力Fℓ = Cdによって抵抗される必要があります
。この図は、シャフトと一緒に回転するフレーム、つまり遠心力の観点から描かれています。
回転によって結果として生じる遠心力またはカップルが生成されない場合、質量の回転システムは動的バランスにシステムは、その重量を支えるために必要なもの以外に、外力やカップルを加えることなく回転します。システムが最初に不均衡である場合、遠心偶力によって引き起こされるベアリングへのストレスを回避するために、平衡ウェイトを追加する必要が
これは、自転車の車輪が曲がったリムを取得したときに見られます。ホイールは希望の位置に回転しませんが、リムの質量がオフセットされているため、揺れるカップルがあり、動的な振動が発生します。このホイールのスポークを調整してリムを中央に配置できない場合は、別の方法を使用して動的バランスを提供します。
動的不均衡を修正するには、3つの要件があります：1）オブジェクトを回転させる手段2）オブジェクトを回転軸に垂直に振動させるフレーム3）振動変位、振動速度を感知することによって不均衡を検出する手段または（理想的には）その瞬間的な加速。
物体が円盤状の場合は、感知される振動を減らすために、おもりをリムの近くに取り付けることができます。これは、1プレーン動的バランシングと呼ばれます。オブジェクトが円柱状または棒状の場合は、一方の端のスピン軸を安定させ、もう一方の端の振動を低減する2平面バランシングを実行することが望ましい場合が次に、遠端のスピン軸が固定されている間、近端が自由に振動し、振動が再び減少します。精密作業では、この2平面測定を繰り返すことができます。
ダイナミックバランシングは、以前は高価な機器の領域でしたが、実行中の振動を消す必要があるユーザーは、スマートフォンの内蔵加速度計とスペクトル分析アプリケーションを使用できます。たとえば、参考文献3を参照して動的バランスを実現するための面倒な方法は、4回の測定で済みます。1）初期の不均衡の読み取り2）基準点にテストマスが取り付けられた不均衡の読み取り3）テストの質量が120度前方に移動し、不均衡が再び記録されました。4）テストマスは最終的に基準点から120度後方に移動しました。これらの4つの読み取り値は、良好なバランスを実現するための最終的な質量のサイズと位置を定義するのに十分です。参照4
生産バランスのために、動的振動の位相はその振幅で観察されます。これにより、計算された位置に内部で計算されたサイズの質量を追加することにより、1回のスピンでワンショットの動的バランスを実現できます。これは、クリップオンリード（または現在は亜鉛）の「ホイールウェイト」を使用して取り付けられたタイヤと自動車のホイールの動的なバランスを取るために一般的に使用される方法です。
不均衡なシステム
不平衡システムが回転しているとき、回転軸に垂直な周期的な線形および/またはねじり力が生成されます。これらの力の周期的な性質は、一般的に振動として経験されます。これらの軸外振動力は、個々の機械要素の設計限界を超え、これらの部品の耐用年数を短くする可能性がたとえば、ベアリングは、名目上バランスの取れたシステムでは発生しない垂直のねじり力を受けたり、瞬間的な線形力がベアリングの限界を超えたりする場合がこのような過度の力は、短時間でベアリングの故障を引き起こします。質量が不均衡なシャフトは、力によって曲がったり、疲労破壊を起こしたりする可能性が
ガスタービンやジェットエンジンのように質量が小さくても回転速度が非常に速い場合や、船舶のプロペラのように回転速度は低いが質量が大きい場合は、回転系のバランスを高くする必要が大きな振動を発生させ、システム全体の故障を引き起こす可能性があるため、考慮されます。
参考文献
^ Gaetano Lanza（2009）。機械のダイナミクス（1911年版の再版）。BiblioBazaar。NS。112. ISBN 978-1-103-19721-7。
^ オーウェン、デビッド。「自転車の車輪のバランスをとる方法」。
3 https://www.instructables.com/Dynamic-Motor-Balancing-with-Sugru-and-an-iPhone/
4 http://www.conradhoffman.com/Balancing.xls
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