JPS60214228A - 振動分析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は機械類の振動の動的な分析をするための振動分
析方法に関する。さらに詳しくは、機械内の振動を計測
する振動分析方法に関す−る。

振動の計測により、振動の原因の分析および振動を最小
に抑えるための変更の分析的な方針の決定が可能になる
。

ベアリングにより軸まわりに回転自在に設けられ、ケー
シング内で回転駆動させられるシャフトなどの回転する
部材を備えた機械類においては、過度の振動は望ましい
ものではないし、機械の損傷を惹き起すことにもなる。

〔従来の技術〕

従来から、機械類の振動分析は、部材の変位に関して時
間的に変化する信号をうるために、特殊なトランスデユ
ーサ−を用いて振動の変位を計測することによって行な
われている。通常多数のトランスデユーサ−が３つのた
がいに直交する方向における変位の計測値をうるために
用いられている。ケーシング内に設けられた回転シャフ
トを有する機械のばあいには、シャフトの絶対的変位は
機械のケーシングに設けられたトランスデユーサ−でケ
ーシングに対するシャフトの相対的変位を計測し、かつ
ケーシングに設けられたさらに一連のトランスデユーサ
−で地面に対するケーシングの変位を計測することによ
ってえられている。ついで対応する複数方向の変位を計
測したトランスデユーサ−からの信号が、それぞれの計
測方向における地面に対するシャフトの絶対的な変位を
あられす振動の信号をつくるために好適なアナログ型回
路によって計算される。実際には、シャフトとそれぞれ
直交する水平軸および垂直軸方向、およびシャフトの軸
と平行な方向で計測がなされる。

この従来の技術における構成においては、えられた変位
の信号がたとえば時間の関数として陰極線オシロスコー
プにディスプレイされうるように、シャフトの軸に垂直
な面における変位を計測する２つのトランスデユーサ−
がたがいいに直交する方向の変位を計測することが必須
である。そのようなディスプレイはシャフトの軸心の運
動であり、かつシャフトの軌道をあられすりサージュ図
形をつくる。このタイプのアナログ型の恍報に関する問
題は、３方向におけるシャフトの変位の重要な描写を同
時にディスプレイすることが困難であることおよび一度
に１つのベアリングに対して、しかも一度に１つの高調
波に対してしかできないというところにある。分析され
うる高調波はまた通常シャフトの回転速度の半分、１倍
、２倍の振動数を用いるものに限定される。さらに他の
高調波の調和分析およびデータを用いる計算を実行する
のが困難でありかつ時間がかかる。それはすべてアナロ
グ手段によって導ひかれなければならないからである。

さらに、アナログ信号はたとえばテープレコーダに記録
させるなど、ある種の他のメディア（ｍｅｄｉａ）によ
ってしか記録できない。

とくに、回転シャフトの変位の計測にはトランスデユー
サ−のアウトプットに影響を及ぼすシャフトの傷または
金属の透磁率（ｐｅｒｍｅａｂｉ　ｌ　１ｔｙ）の変化
に対する補正（ｃｏｒｒｅｃｔｔｏｎ）が要求される。

したがって、振動の影響を実質的に無視することができ
る低速のシャフトの回転速度における変位の計測である
［ゆっくりとした回転（ｓｌｏｗｒｏｌｌ）　Ｊの計測
として知られている方法と、シャフト上の既知の位置に
対してえられた変位計測装置の目盛りの補正（ｃａｌ　
１ｂｒａｔｉｏｎ）とを導入する必要がある。ついで、
この値は絶対的な変位の正確な計測値を与えるために、
前述のようにしてえられた絶対的な変位のデータから差
し引かれる。この引き算は複雑なアナログ型のフィルタ
リング（ｆｉｌｔｅｒｉｎＱ）とオフセット処理が要求
され、１度にいずれか１つの振動の高調波についてしか
うろことができず、興味のある他の高調波についてそれ
ぞれ引き算を実行するためにはさらに調節が要求される
。ここで用いられる高調波とは整数および分数の両方の
高調波を含む概念である。その引き算は本質的にアナロ
グ手段によるものであるので、通常のシャフトの回転速
度における撮動計測中に同時に引き算（ｓｙｎｃｈｒｏ
ｎｏｕｓ　５ｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ）するために再生さ
れるように、「ゆっくりとした回転の」信号を磁気テー
プまたは他の好適なデバイスに記憶することが必要であ
る。

「ゆっくりとした回転の」データの記憶は、ジェネレー
タ（ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　）を駆動させるタービンなど
の機械が２．３年に１度ぐらいの割合でしか停止または
低速運転されないので、とくに重要である。「ゆっくり
とした回転」のデータは２．３年に一度うることができ
るのみであり、長期間正確に記憶されなければならない
。従来から、たいていの記憶装置は再生機能が劣った全
体的に信頼のできないアナログ型のテープレコーディン
グによるものである。

従来の分析方法のその伯の欠点は、アナログ型の操作を
含んでいるという複雑さゆえに、たとえば機械に用いら
れているそれぞれのベアリングにおける振動を独立して
計測し処理しなければならないという制限を有すること
である。

このことは、シャフトがシャフトの回転速度の撮動数の
高調波に関するバランス性、シャフトの回転速度の振動
数およびシャフトの回転速度の２倍の撮動数の高調波に
関するアラインメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）と、３倍
およびそれ以上のシャフトの回転速度の振動数の整数と
分数の高調波に関するがたつき（ｌｏｏｓｅｎｅｓｓ）
とに対する効果的な分析に深刻な制限が存在することを
あられしている。唯一の効果的なバランスとりの手法は
それぞれのバランス面に試験用の多数のウェイト（ｗｅ
ｔｇｈｔ）を取りつけ、それぞれのベアリングにおける
それらのウェイ°トの差を別々にモニターに写し出す方
法である。

従来うろことのできた振動計測データのアナログ型の性
質のため、振動がたとえばシャフトのアンバランスによ
るものであるのか、ベアリングのミスアラインメントに
よるものであるのか、またはがたつきやシャフトに対す
る物理的損傷などの他の欠陥によるものであるのかを判
定するために、シャフト内の種々の力を正確に計算する
ことが不可能であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は機械の振動を計測し分析するための改良
された方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の振動解決方法は、 （ω計測されるべき特定の振動の高調波成分を選択する
工程と、 市）部材に設けられた既知の位置に基準を与えるために
部材の運動の各周期ごとに繰り返す第１信号を第１セン
サ手段によって発生させ、かつ前記選択された高調波成
分のすべてに対して前記既知の位置に対する既知の高調
波成分の位相角を有する前記第１信号を周波数領域に変
換する工程と、 （Ｃ）機械の振動特性に関し時間領域において変化する
第２信号を第２センサによって発生させる工程と、 ＋ｄ＋前記第２信号を周波数領域に変換し、該変換され
た第２信号の選択された高調波成分の１つの大きさをそ
れぞれあられす複数の第３信をうると共に、同期的に第
１信号を周波数領域に変換し、それぞれの選択された高
調波成分に対して、たがいに対応する変換された第２信
号と変換された第１信号との間の位相差をあられす第４
信号をうる工程と、 （ｅ）前記第３信号と前記第４信号とを記憶する工程 とからなることをその要旨とする。

好ましくは、本発明の方法はそれぞれの選択された高調
波成分に対して、前記それぞれの第４信号と、それぞれ
が前記第１信号の既知の調波成分の位相角のうち１つを
示す複数の第６信号のうち第４信号と対応するものとの
間の差をあられす第５信号（リコンストラクションの位
相角をあられす）をうる工程と、該第５信号を記憶する
工程とからなる。

さらに好ましくは、第１信号および第２信号の周波数領
域への変換がフーリエ変換からなる。

１つの実施例においては、周期運動をしている部材が回
転シャフトからなり、基準信号がシャフトの回転ごとに
生ずる。好ましくは、第１信号が一連のインパルスから
なり、そのインパルスの１つずつは信号をつくる回転シ
ャフトに隣接して位置づけられた好適なトランスデユー
サ−によってシャフトの１回転のたびに生じ、シャフト
上の基準点がトランスデユーサ−を通過するたびに信号
変化するものである。第１信号のマークの間隔に対する
割合は、好ましくは選択された高調波の全部の数をｎを
したとき１／ｎ未満である。それにより選択された成分
に対する第１信号の既知の高調波位相角がＯである。

〔作用および発明の効果〕

本発明の好ましい実施例により第１信号および第２信号
をそれぞれ標準的な単一目的のトランスデユーサ−を用
いて発生させることができる。そのようなトランスデユ
ーサ−はいずれか１つの部材の振動を計測するだけでよ
い。リコンストラクションの大きさく再構成した振幅）
の値およびレコンストラクションの位相角（再構成した
位相角）の値というかたちでの振動情報が、相対的変位
の操作モードの形状およびベクトル代数による絶対的な
くまたは正確な）相対的変位の分析を可能にする。さら
に記憶された信号は選択的に部材の振動波形を構成する
のに用いられる。

また本発明により、「ゆっくりした回転の」データが多
数のりコンストラクションの大きさの値および対応する
りコンストラクションの位相角の値として容易に記憶さ
゛れうる。そのため「ゆっくりとした回転」のデータは
容易にかつ正確に再生されうる。

そのようなデータは容易に取り扱うことができる形であ
るため、たとえば適切な２次元プロッターあるいは適切
なビデオスクリーンにより表示することができる。また
そのデータの形では高調波成分のどのような選択的な組
み合わせも特定の波形を表示するために使用することが
できる。さらにたとえばミスアライメントとアンバラン
スの違いを検出することができる。それはミスアライメ
ントでは大きい第２およびそれにより高次の高調和振動
成分を含むと共に１８０°位相角が可撓性カップリング
（ｆｌｅｘｉｂｌｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）を横切って変化
するのに対し、アンバランスでは一般的に大きい第１高
調和振動成分を含んでいるからである。

また波形データが取り扱い易い形であることにより、た
とえばシャフトにおけるベアリングの位置における力を
正確に測定することができ、それによりバランスがとれ
ていないシャフトの適切なウェイト補正を何回も試行錯
誤を行なわずに決定することができる。

［実施例］ つぎに本発明の振動分析方法の実施例を図面を参照しな
がら説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定され
るものではない。

第１図は本発明の振動分析方法に用いられる装置の概略
ブロック図、第２〜５図は本発明の振動分析方法によっ
てえられた３次元の波形のりコンストラクション（ｒｅ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ　１ｏｎ）のデータの説明図である
。

第１図は本発明の振動計測方法の好ましい実施例による
、振動している部材の時間領域の波形のりコンストラク
ションのデータをうるときに用いられる装置が示されて
いる。第１図に示すように回転シャフト（１１）はケー
シング（１３）内に位置づけられたベアリング（１２）
を貫通している。３つの近接探触子（１４）、（１５）
、（１６）がシャフトに隣接して位置づけられている。

探触子（１４）、（１５）はそれぞれシャフト（１１）
の軸に対して垂直な方向に位置づけられており、実質的
に水平方向、実質的に垂直方向の変位を計測する。

探触子（１６）は軸方向の変位を計測するためにシャフ
ト（１１）の軸と平行に位置づけられている。

好適な近接探触子はインディコン（Ｉｎｄｉｃｏｎ）と
いう商標の商品として市販されている。３路スイツチ（
１７）と、インディコンの変調器／復調器（１８）と、
２路スイツチ（３１）とを介して探触子（１４）、（１
５）、（１６）がＦＦＴスペクトラムアナライザー（Ｆ
ＦＴ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ａｎａｌｙｓｅｒ）　（１９
）のチャンネル（Ｂ）の入力側に接続されている。さら
に、インディコンの近接探触子（２０）がシャフト（１
１）のキーウェイ（ｋｅｙ　ｗａｙ）　（２１）の回転
路（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ　ｐａｔｈ）に隣接して位置
づけられている。インディコンの変調器／復調器（２２
）を介して近接探触子（２０）がアナライザー（１９）
のチャネル（Ａ）に接続されている。アナライザー（１
９）はヒユーレットパラカード社のモデル３５８２Ａ（
ＨｅＷＩｅｔｔ　Ｐａｃｋａｒｄ　ｍｏｄｅｌ　３５８
２八）であるのが好ましい。

３つのたがいに実質的に直交する方向におけるケーシン
グ（１３）の振動加速度を計測するために３つの実質的
に従来がら知られている振動加速度計（ａｃｃｅｌｅｒ
ｏｍｅｔｅｒ）が用いられている。３路スイツチ（２９
）を介して、振動加速度計がチャージ増幅・積分器（ｃ
ｈａｒｇｅ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ａｎｄｉｎｔｅｇｒ
ａｔｅｒ）　（３０）に接続されている。増幅・積分器
（３０）はスイッチ（２９）の操作によって選択された
振動加速度計（２６）、（２７）、（２８）からの信号
を増幅し、２回積分する。積分された信号は変位の信号
であり、スイッチ（３１）の操作によりアナライザー（
１９）のチャネル（８）に送られつる。

増幅・積分器はテンソルシステムズ社のマークｒＶ　（
Ｔｅｎｓｏｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｍａｒｋ　ＩＶ　）の
チャージ増幅器であるのが好ましい。インターフェース
（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）　（２３）を介して、アナライ
ザー（１９）がコンピュータ（２４）とデジタル型プロ
ツタ−（ｄｉｏｉｔａｌ　ｐｌｏｔｔｅｒ）　（２５）
に接続されティる。インターフェースはヒユーレットパ
ラカード社のＨＰＩＢ（Ｈｅｗｌｅｔｔ　Ｐａｃｋａｒ
ｄ　ＨＰＩｌｌ）インターフェースであるのが好ましく
、コンピュータはヒユーレットパラカード社のＨＰ８５
Ｂまたはシリーズ２００のデスクトップコンピュータで
あるのが好ましい。デジタル型プロッターはＨＰ７４８
０Ａであり、ヒユーレットパラカード社によって製造さ
れたものである。

好ましい方法によれば、振動している部材に対する、時
間領域の波形のりコンストラクションのデータは、近接
探触子（２０）と変調器／復調器（２２）とによってシ
ャフトの１回転ごとに繰返す第１信号を発生させること
によってえられる。

その信号は一連のインパルスからなることによって、シ
ャフト上の既知の位置に基準を与える。

キーウェイ（２１）が近接探触子（２０）を通過するた
びに、すなわちシャフトの１回転ごとに発生する。その
マークの間隔に対する割合（ｍａｒｋｔｏ　５ｐａｃｅ
　ｒａｔｉｏ）は１／ｎ未満である。ここでｎはアナラ
イザー内に含まれるべき選択された撮動の高調波の数で
ある。それにより、第１信号のフーリエ交換は選択され
た高調波成分のすべてに対してＯの高調波成分の位相角
を有する。

近接探触子（１５）からなるセンサ手段は部材の振動特
性に関して時間領域で変化する第２信号を計測する。振
動特性は近接探触子（１５）に向かいかつ離れるシャフ
トの変位である。第１信号がチャネル（Ａ）に送られる
のと同時に、第２信号がスイッチ（１７）、（３１）を
介してアナライザー（１９）のチャネル（Ｂ）に送られ
、アナライザー（１９）が高速フーリエ変換（ＦＦＴ）
法によって信号を周波数領域にフーリエ変換する。

時間変化信号のフーリエ変換はつぎのような形のコサイ
ン波（ｃｏｓｉｍｅ　ｗａｖｅｓ）の無限項まで和の形
であられせる。

Ａ、ＣＯ３α、　＋Ａ２ＣＯ３２α２＋・・・・・・＋
ＡｎＣＯ５ｎα口　＋・・・・・・ ここで八〇は第ｎ番目のベクトル成分の大きさであり、
ｎα口は加えられた第ｎ番目のコサイン波の位相角であ
る。

このようにＦＦＴアナライザー（１９）のチャネル（Ａ
）に送られる信号のフーリエ変換はつぎのような形であ
られすことができる。

Ａ、ＣＯ３φ　＋Ａ２ＣＯ５φＡ２＋・・・・・・１ ＋ＡｎＣＯ３φＡｏ＋””・・ 同様にＦＦＴアナライザー（１９）のチャネル（Ｂ）に
送られる信号のフーリエ変換はつぎのような形であられ
すことができる。

Ｂ、ｃｏｓφ　Ｉ＋Ｂ２ＣＯ３φＢ２＋・・・・・・＋
Ｂｎｃｏｓφ３ｎ＋・・・・・・ ここで［３ｉ＋はＦＦＴアナライザー（１９）のチャネ
ル（Ｂ）に送られたフーリエ変換された第２信号の高調
波成分の大きさをあられすりコンストラクションの大き
さの値である。φＡｎおよびφＢｎはフーリエ変換され
た信号の高調波（コサイン波）成分の位相角である。も
しＢｎ、φ　、φ　の値が、選択された数の高調波Ａｎ
　Ｂｎ についてｎ＝１に対して知られているときは、近接探触
子（１５）によって計測された時間と共に変化する変位
の波形は回転シャフト上の既知の位置、すなわちキーウ
ェイに関して示されているｎ個のベクトル成分として表
わされうる。ＦＦＴアナライザー（１９）は高調波成分
のりコンストラクションの大きさの値Ｂ０の充分正確な
計測をなしうる。

ＦＦＴアナライザー（１９）は位相角φＡｏ１φ３ｎの
計測を直接なしうるけれども、計測された値は重大なエ
ラーを含んでいることが知られている。それは振動して
いる部材を備えた機械の操作速度（ここでは、シャフト
の回転速度）のランダムでかつ周期的な変化によるもの
である。これらの変化により信号の平均化がアナライザ
ー（１９）による大きさと位相角の代表的な計測をうる
ことを余儀なくさせる。信号の平均化は計測された位相
角、とくにより高次の高調波に対応する位相角において
エラーを惹き起こす。

しかしながら、それらのエラーは同じ高調波の周波数の
成分に対しては等しい。

本発明の方法によれば、・ＦＦＴアナライザー（１９）
は該アナライザー（１９）のチャネル（Ａ）、（Ｂ）に
それぞれ送られた信号のフーリエ変換の対応する高調波
成分同士の位・相角のちがいを直接計測するために用い
られる。位相角のちがいφｘＦＲｎはつぎのような式で
与えられる。

φｘＦＲｎ−φＢｎ−φＡｎ φＡｎとφＢｎが同じエラーを有するので、このような
引き算によりφ８．Ｒ１の中に存在するエラーは取り除
かれる。

それぞれの成分の位相角の差φｘＦＲｎはアナライザー
（１９）のチャネル（Ａ）に送られる基準（第１）信号
のフーリエ変換とアナライザー（１９）のチャネル（Ｂ
）に送られる振動（第２）信号のフーリエ変換との対応
する成分同士の間の位相差である。キーウェイ（既知の
シャフト上における位置）に対するフーリエ変換された
振動信号のそれぞれの成分の位相角はりコンストラクシ
ョンの位相角φＲｏとして知られておりつぎの式で与え
られる。

φＲｎ＝φｘＦＲｎ−φＡ。

ここでφＡｎは前述したようにエラーを有するフーリエ
変換された基準信号の成分の位相角である。このように
してφＡｎが関心のある高調波の数に対して分析的に知
られているときは、リコンストラクションの位相角φＲ
ｎの正確な値かえられうる。

前述したように、好ましい方法において用いられる基準
信号は一連のインパルスがらなり、１／ｎ未満のマーク
の間隔に対する割合を有する。

ここでｎは分析のための選択された振動成分の数である
。マークの間隔に対する割合が１７０未満であるときは
、フーリエ交換された信号の第１のｎ個の成分の位相角
φＡｎが０であることが示されうる。そのため、リコン
ストラクションの位相角φＲｎはすべての選択された高
調波に対する位相角の差φｘＦＲｎに等しい。リコンス
トラクションの大きさの値Ｂｎおよびリコンストラクシ
ョンの位相角φＲｎに対応する位相の差φ　はインター
フェース（２３）を介してアナＦＲｎ ライザー（１９）から送られ、コンピュータ（２４）に
記憶される。

前述の方法は３つの方向のそれぞれにおける振動のりコ
ンストラクションの大きさの値および対応するりコンス
トラクションの位相角をうるためにまず近接探触子（１
４）から、ついで近接探触子（１６）からの振動（第２
）信号を用いて繰り返されうる。それらの値からやがて
３つの直交軸に沿うシャフトの振動がたとえばプロッタ
ー　（２５）によってプロットされうる。探触子（１４
）、（１５）、（１６）の計測軸はたがいに直交する必
要はない。あらゆる座標系への変換がベクトル代数によ
ってもたらされるように、リコンストラクションの大き
さの値とそれに対応するりコンストラクションの位相角
とがベクトル量をつくることによる。

シャフトの長さ方向に関する撮動の情報をうるために、
前述のものと同じ計測値がたとえばそれぞれのベアリン
グ位置のようなシャフトに沿う多数の点においてなされ
うる。

ベクトル代数を用いてデテクタの目盛の補正のために操
作速度の計測値から引き算されうるリコンストラクショ
ンの大きさの値およびそれに対応するりコンストラクシ
ョンの位相角をうるために、前述の計測値もまた「ゆっ
くりとした回転の」シャフトの回転速度において導ひか
れる。

それぞれの方向におけるベアリングのケース（１３）　
（第１図参照）の変位もまた前述の方法と振動加速度計
（２６）、（２７）、（２８）とを用いて地面に対して
計測されうる。振動加速度計（２６）、（２７）、（２
８）は、アナライザー（１９）のチャネル（Ｂ）に変位
信号を送るためにスイッチ（２９）によって一度に１つ
選択される。これらの測定値はシャフトの測定と同じ座
標系に調節でき、シャフトの絶対的変位をうるためにベ
クトル的に加えられる。いくつかの適用において、コン
ピュータの補正は振動加速度計の信号の２回積分によっ
て導びかれた位相のエラーをカットした低周波数を考慮
に入れることが必要である。

いったん種々のりコンストラクションの大きさの値とり
コンストラクションの位相角とがコンピュータ（２４）
の中に記憶されると、どのような所望な組合せもプロッ
ター（２５）によってプロットされうる。たとえば、第
２図には回転シャフトを支持する２つのベアリング（Ｂ
１）と（Ｂ２）とのそれぞれにおける２次元の「ゆっく
りとした回転の」シャフトの変位をプロットしたものが
示されている。

一点鎖線（Ａ）はシャフトの仮想軸であり、曲線（Ｓ）
は機械的なエラーおよび透磁率のエラーによる回転する
シャフトの軸がしたがう軌跡をあられす。曲線（旬はさ
らに軸方向のデータを用いているシャフトの３次元運動
を表わす。曲線（Ｓ）に隣接してしるされている１４ｄ
ｅｇおよび４４ｄｅ（］はキーウェイ（２１）が位相の
基準の探触子（２０）の下にきたときの垂直軸に対する
、それぞれのベアリングにおけるシャフトの「高いスポ
ット（ｈｉｇｈ　５ｐｏｔ）　Ｊをあられす。ミル（ｏ
、ｏｏｉインチ）単位であられされた相対的変位を最大
にする水平方向および垂直方向のピークがベアリング（
Ｂ１）に対応する曲線（Ｓ）の上および側部にそれぞれ
０．６４．０．３９という値で示されている。同様に、
ベアリング（Ｂ２）における曲線（Ｓ）に隣接して値０
．８３および０．４１がベアリング（Ｂ２）における相
対的な変位を最大にする水平方向および垂直方向のピー
クを示している。

ベアリング（Ｂ２）に対する曲線（Ｓ）に隣接して軸（
Ａ）と同軸上に記載された値０．３１は軸方向に相対的
変位を最大にするピークを示している。

なお第２図においては、シャフト軌跡は１インチが０．
５ｍｉ　Ｉｓ　［Ｐ−Ｐ値（ｖａｌｕｅｓ）　］を表わ
すように２０００倍に拡大されている。高調波シリーズ
（ｈａｒｍｏｎｉｃ　５ｅｒｉｅｓ）は第１調波が５６
Ｈｚであり、実測でなく加算されたものである。

同じ定義の仕方が第３〜５図においても用いられている
。

第３図は同じベアリング（Ｂ１）、（Ｂ２）におけるシ
ャフトの正確な３次元のくベアリングのケーシングに対
する）相対的変位の代表的なプロット図である。このば
あいそれは「ゆっくりとした回転の」の変位を差引いた
フルスピードの相対的変位である。

第３図においてはシャフト軌跡は１インチが１ｍ１ｌ　
［Ｐ−Ｐ値］を表わすようにすなわち１０００倍に拡大
されており、高調波シリーズは第１調波が５６Ｈ２であ
る。

第４図はベアリング（Ｂ１）および（Ｂ２）のそれぞれ
の隣接するケーシングの３次元変位の代表的なプロット
図である。

第４図においては１インチが２．５１＋１ｉｌ　となる
ように、すなわち４００倍にシャフト軌跡が拡大されて
いる。高調波シリーズは第１調波が５６１１ｚである。

第５図はベアリング（Ｂ１）、（Ｂ２）のそれぞれにお
けるシャフトの３次元の絶対的な変位の代表的なプロッ
ト図である。すなわち相対的なシャフトの変位マイナス
「ゆっくりとした回転」の変位プラスケーシングの変位
である。

第５図においてはシャフト軌跡は１インチが１１１を示
すように、すなわち１０００倍に拡大されており、高調
波シリーズは第１調波が８４Ｈｚである。

第２〜５図のプロット図は明解さのためシャフトの回転
周波数において生じる変位のみを示している。しかしな
がら、そのデータはたとえば別々の高調波、加え合わさ
れたあるいは重ね合された選択したそれぞれの調波また
はそのほかの要求された組合せなど、多くのかたちであ
られされうる。

本発明により、標準的な単一の作用をするトランスデユ
ーサ−、デジタル型処理および周波数領域におけるポス
ト処理（ｐｏｓｔ　ｐｒｏＣｅｓｓｉｎｇ）を用いた機
械の、進んだ動的分析ならびに周波数領域および時間領
域の両方におけるデータ紹介が可能となる。後者が本質
的に有利であることは当業者には明らかであろう。分析
の新しいアプローチおよび周波数領域におけるポスト処
理は以前から可能な分析を独占的により効果的に導くこ
とを可能にすると共に多数の新しいタイプの分析を可能
にする。つぎに前述した測定方法の適用のいくつかを説
明する。

前述の方法はまた、以下に説明するようにベアリング７
オー　ス（ｂｅａｒｉｎｇ　ｆｏｒｃ、ｅ）を計算し、
それによりバランスウェイト灸修正するために、ベアリ
ングを支持するケーシングのモビリティ（Ｈｏｂｉ　ｔ
　１ｔｙ）などのパラメーターの計測と結びっけて用い
られうる。

機械のケーシングの振動応答（ｖｉｂｒａ口０ｎｒｅｓ
ｐｏｎｓｅ）はＦＦＴアナライザーのチャンネル（Ａ）
をインプットフォースを計測するロードセル（ｌｏａｄ
　ｃｅｌｌ）に連結することによって実質的に前述の方
法を用いて計測されうる。インプットフォースはたとえ
ばインパクタ（ｉｍｐａｃｔｅｒ）またはシェイカー（
ｓｈａｋｅｒ）などによってつくることができ、それぞ
れのベアリングに隣接する３つの異なった方向に好まし
く負荷されうる。方向はインプットフォースの分析を３
次元直交座標系において可能にするように選ばれている
。

ＦＨアナライザーのチャネル（８）は第１方向における
インプットフォースに対する機械のケーシングの振動応
答を計測し、振動は前述のように一連のベクトルとして
あられせる。この方法は３つの方向のそれぞれに対して
繰り返され、それによってケーシングの振動応答はその
座標系を参照して測定されうる。２つのベアリングによ
って支持されているシャフトにおいて、たとえば、ベア
リングの１つにかけられ、第２のベアリングにおいて与
えられた方向で計測された力は、第２ベアリングにおい
てかけられ、第１ベアリングにおいて同じ与えられた方
向で計測されている力と同じでなければならない。この
ように対応する力の影響が同じものと仮定しつるため、
通常要求される計測の数は４０％が必要である。

前述したデータは回転シャフトを支持する種々のベアリ
ングにおいて生じる力を計算するのに用いられうる。ニ
ュートン単位であられされる力Ｆが次式によりシャフト
の速度に対応する周波数および調和して関係する周波数
に対して計算される。

機械のケースの操作力をかけられた振動Ｆ＝　モードの
かたち（ｎ＋＋ｎ／Ｓ）機械ケースのモビリティ−パラ
メータ （ｍｍ／Ｓ／Ｎ） そのため、３次元における力のベクトルはっぎの（ａ）
、山）に示すものを計測することによってえられる。

（ω所望の機械速度における３平面のそれぞれのベアリ
ングにおけるケースの振動。

山）シャフトの速度とそのいくつかの高調波とを含有す
る周波数範囲にわたるケースのモービルパラメータ。

このデータにより、それぞれの調和して関係する振動す
るシャフトの位相基準く前述の方法におけるキーウェイ
）に関して３つの直交する方向のそれぞれにおけるベア
リングにはたらく力を決めることができる。この計算は
実質的に従来から知られているマトリックスマニピユレ
ーション（ＩＩｌａｔｒｉＸ　ｌＲａｎ１ｐｕｌａｔｉ
ｏｎ）を用いてコンピュータによって実行される。

いったんそれぞれのベアリングにおける機械での分布か
えられると、アンバランスの百分率およびミスアライン
メント（ｍｉｓｓａｌ　ｉｇｎｍｅｎｔ）の百分率の評
価がなされうる。この評価はシャフトの変位波形の成分
を参照することによって助けられる。というのは高い第
１の調和振動が通常アンバランスを示し、シャフトのア
ラインメントが通常筒２のおよびそれより高次の成分と
可撓性を有するカップリングを横切る１８０°の位相変
化により影響されるからである。アンバランスの自分率
およびミスアラインメントの百分率の評価から、標準的
な機械工学的モーメントおよび力の計算は力のアンバラ
ンスをなくするために必要な重量変化を決定するのに用
いられうる。可撓性を有するシャフトの機械のばあいに
は、実質的に従来から知られている数学的シャフトモデ
ルが、種々の均衡面における重量変化を評価するために
ナイキスト（ＮＶＱｕｉＳｔ）およびモードのデータ（
ｍｏｄａｌ　ｄａｔａ）と結びつけて用いられうる。

それらの計算はいったんそれが確立されると共振「うな
り」の形をなくすためにめられる重量変化でなく、共振
振動に近いときのシャフトの過度の「うなり」を防止す
るための重量変化を決定する。前述の振動分析がいくつ
かの新しい分析の形をもたらすだけでなく、たとえば用
いられたデータを都合よくディジタルコンピータ−に記
憶させることもできるということは明らかであろう。こ
のことはとくに「ゆっくりとした回転」のデータがほん
のたまにしかえられないばあいにとくに重要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の振動分析方法に用いられる装置の概略
ブロック図、第２〜５図は本発明の振動分析方法によっ
てえられた３次元波形のりコンストラクションの説明図
である。 （図面の主要符号）　゛ （１１）：回転シャフト （１２）　：ベアリング （１４）、（１５） （１６）　：近接探触子 （１７）　：　３路スイツチ （１８）　：変調器／復調器 （１９）　：アナライザー （３１）：２路スイツチ 特許出願人　ジョン・モーレイ ／ｌ′２図 ４４　ｄｅｇ １χ　ＡＣＷ ７６図 ９１３　ｄ、ｅｇ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉ　ｆａ）計測されるべき特定の振動の高調波成分を選
   択する工程と、 市）部材に設けられた既知の位置に基準を与えるために
   部材の運動の各周期ごとに繰り返す第１信号を第１セン
   サ手段によって発生させ、かつ前記選択された高調波成
   分のすべてに対して前記既知の位置に対する既知の高調
   波成分の位相角を有する前記第１信号を周波数領域に変
   換する工程と、 （Ｃ）　機械の振動特性に関し時間領域において変化す
   る第２信号を第２センサによって発生させる工程と、 （小前記第２信号を周波数領域に変換し、聴変換された
   第２信号の選択された高調波成分の１つの大きさをそれ
   ぞれあられす複数の第３信号をうると共に、同期的に第
   １信号を周波数領域に変換し、それぞれの選択された高
   調波成分に対して、たがいに対応する変換された第２信
   号と変換された第１信号との間の位相差をあられす第４
   信号をうる工程と、（ｅ）前記第３信号と前記第４信号
   とを記憶する工程 とからなる、周期的運動をする部材を有する機械内の振
   動を計測する振動分析方法。 ２　前記第１信号および第２信号の周波数領域への変換
   がフーリエ交換からなる特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３　それぞれの選択された高調波成分に対して前記それ
   ぞれの第４信号と、それぞれが前記第１信号の既知の高
   調波成分の位相角のうち１つを示す複数の第６信号のう
   ち第４信号と対応するものとの間の差をあられす第５信
   号をうる工程と、該第５信号を記憶する工程を有する特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４　周期運動をしている前記部材が回転シャフトからな
   り、前記基準、の信号がシャフトの１回転ごとに繰り返
   される特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５　前記第１信号が一連のパルスからなり、シャフトの
   １回転に対して１パルスが生ずる特許請求の範囲第４項
   記載の方法。 ６　第１信号におけるマークの間隔に対する割合が、ｎ
   を選択された高調波の全部の数とするときに１／ｎ未満
   であり、それによってそれぞれの選択された成分に対し
   て第１信号の既知の高調波成分の位相角が０である特許
   請求の範囲第５項記載の方法。 ７　前記第１センサ手段がシャフトに隣接して位置づけ
   られたデテクタからなり、該デテクタがシャフト上のマ
   ーキングの通過を検出するたびにインパルスを発生する
   特許請求の範囲第５項記載の方法。 ８　前記１信号および第２信号の同期的な変換が高速フ
   ーリエ変換によって行なわれる特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ９　前記高速フーリエ交換がマルチチャネル型の高速フ
   ーリエ変換のアナライザーによって行なわれる特許請求
   の範囲第８項記載の方法。 １０　フーリエ変換された第１および第２信号が平均化
   された振動数である特許請求の範囲第１項記載の方法。 １１　前記選択された高調波成分が少なくとも第１の１
   ２個の整数の高調波成分を有する特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 １２　前記振動特性が基準位置に対する部材の変位であ
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 １３　前記機械が前記部材を支持するケーシングを有し
   ており、前記振動特性が基準位置に対するケーシングの
   変位である特許請求の範囲第１項記載の方法。 １４　前記第２センサ手段が振動加速度計からなり、変
   位が時間に関して該振動加速度計のアウトプットを２回
   積分することによって計測される特許請求の範囲第１３
   項記載の方法。 １５　前記第２信号が第１方向における部材の変位に関
   して時間領域で変化しており、第２方向および第３方向
   における部材の変位に関して時間領域でそれぞれ変化す
   るざらもう２つの第２信号のそれぞれに対して、前記工
   程（Ｊ〜（ｅ）をそれぞれ繰り返す工程を有し、前記第
   １、第２、第３方向がそれぞれたがいに平行でない特許
   請求の範囲第１２項記載の方法。 １６　前記第１、第２、第３方向がたがいに直交する特
   許請求の範囲第１５項記載の方法。