バランスマシン

バランシングマシンは、電気モーター、ファン、タービン、ディスクブレーキ、ディスクドライブ、プロペラ、ポンプのローターなどの回転機械部品のバランスをとるために使用される測定ツールです。このマシンは通常、2つの剛性台座で構成され、上部にはマウントプラットフォームを支えるサスペンションとベアリングが付いています。テスト対象のユニットはプラットフォームにボルトで固定され、ベルト、エア、またはエンドドライブで回転します。部品が回転すると、サスペンションの振動がセンサーで検出され、その情報を使用して部品のアンバランスの量が判断されます。位相情報とともに、マシンは部品のバランスをとるために重量をどこにどれだけ追加または削除するかを判断できます。^[1]

バランシングマシンには、ハードベアリングとソフトベアリングの 2 つの主なタイプがあります。ただし、それらの違いはベアリングではなくサスペンションにあります。

ハードベアリングマシンでは、サスペンションの共振周波数よりも低い周波数でバランス調整が行われます。したがって、サスペンションの変位は、ローターのアンバランスによって発生する遠心力によって生じます。ソフトベアリングマシンでは、サスペンションの共振周波数よりも高い周波数でバランス調整が行われます。サスペンションの変位は、ローターベアリングによって定義されるローターの回転軸に対するローターの主慣性軸の距離によって決まります。どちらのタイプのマシンにも、さまざまな利点と欠点があります。ハードベアリングマシンは、遠心力を測定し、1 回の校正のみを必要とするため、一般的に汎用性が高く、重量が大きく異なるピースを処理できます。測定ユニットに 5 つの幾何学的寸法を入力するだけで、マシンは使用可能になります。したがって、小規模および中規模の大量生産や修理工場では非常に有効です。

ソフトベアリングマシンは、バランス調整するローター重量の量に関して、それほど汎用的ではありません。個々のロータータイプ用のソフトベアリングマシンの準備には、さまざまな部品タイプに合わせてキャリブレーションする必要があり、プロセスの精度がオペレーターの知識とスキルに依存するため、より時間がかかります。セットアップキャリブレーションパラメータを保存できる測定機器を使用すると、キャリブレーション時のバランシングマシンの元のローターセットアップが複製されている限り、再キャリブレーションの必要がなくなります。したがって、各タイプのローターに専用の固定具を使用すると、追加コストがかかる場合がありますが、バランス調整プロセスの精度が向上し、マシンオペレーターのスキルレベルへの依存度が低くなるという利点があります。マシンのセットアップは少し面倒ですが、一般に、大量生産および高精度のバランス調整タスクに適しています。後者は、ローターのサービス速度が高い場合、または重要なアプリケーションの場合に必要です (推奨されるバランス調整許容値については、ISO 201940 を参照してください)。

ハードベアリングマシンとソフトベアリングマシンは、穴あけやフライス加工などにより重量を自動的に取り除くように自動化できますが、ハードベアリングマシンの方が堅牢で信頼性があります。両方の機械原理は生産ラインに統合でき、ロボットアームまたはガントリーでロードできるため、人間の制御はほとんど必要ありません。^[2]

回転部分がベアリング上にあり、サスペンションに振動センサーが取り付けられています。ほとんどのソフトベアリングマシンでは、速度センサーが使用されています。このセンサーは、振動の速度に比例した電圧を生成する固定コイルに対して磁石を動かすことで機能します。振動の加速度を測定する加速度計も使用できます。

回転速度と回転部品の相対位相を決定するために、フォトセル(位相器と呼ばれることもあります)、近接センサー、またはエンコーダが使用されます。次に、この位相情報を使用して振動情報をフィルターし、部品の 1 回転での移動量、つまり力を決定します。また、位相と振動ピークの時間差から、アンバランスが存在する角度がわかります。アンバランスの量とアンバランスの角度から、アンバランス ベクトルがわかります。

キャリブレーションは、既知の重量を既知の角度で追加することによって実行されます。ソフトベアリングマシンでは、各パーツの補正面に試用重量を追加する必要があります。これは、回転軸に沿った補正面の位置が不明であるため、特定の重量がバランスにどの程度影響するかが不明であるためです。試用重量を使用すると、既知の重量が既知の角度で追加され、それによって発生するアンバランスベクトルが取得されます。

静的バランシング マシンは、測定のために部品を回転させないという点で、ハード ベアリング マシンやソフト ベアリング マシンとは異なります。部品はベアリング上に載るのではなく、その幾何学的中心に垂直に載ります。部品が静止すると、その幾何学的中心から離れた位置での動きは、テーブルの下にある 2 つの垂直センサーによって検出され、不均衡として返されます。静的バランサーは、ファンなど、直径が長さよりはるかに大きい部品のバランスを取るためによく使用されます。静的バランサーを使用する利点は、速度と価格です。ただし、静的バランサーは 1 つの平面でしか修正できないため、精度が制限されます。

ブレードバランシング マシンは、組み立て時に部品のバランスを取ろうとするため、後で修正が必要になるのは最小限です。ブレードの質量バランスは、通常、短いブレードに対して行われますが、長いブレードでは、1 軸または 2 軸のモーメント測定が必要になる場合があります。幅も広い長いブレードでは、ハブの応力分散を最適化するために軸方向のモーメントを測定する必要がある場合があります。ブレード バランサーは、ファン、プロペラ、タービンなどの部品に使用されます。ブレード バランサーでは、組み立てられる各ブレードの重量やモーメントが、バランス調整ソフトウェア パッケージに入力されます。次に、ソフトウェアがブレードを分類し、アンバランスが最も少ないブレードの配置を見つけようとします。最終バランス調整プロセスでのアンバランス修正重量が少ないということは、ローター アセンブリへの (集中した) 応力が少ないことを意味します。

ポータブル バランシング マシンは、分解してバランシング マシンに載せることができない部品 (通常はタービン、ポンプ、モーターなど、現在稼働中の部品) のバランスをとるために使用されます。ポータブル バランサーには、加速度計などの変位センサーと光電セルが付属しており、稼働部品の台座または筐体に取り付けられます。検出された振動に基づいて、部品のアンバランスが計算されます。多くの場合、これらのデバイスにはスペクトル アナライザーが組み込まれているため、光電セルを使用せずに部品の状態を監視し、非回転振動を分析できます。

• カール・シェンク、ドイツの実業家
• ローターダイナミクス、回転構造の応用力学
• タイヤバランス
• ハインズ インダストリーズ、バランシング マシン製造会社

• アドルフ・リンナー：アウスヴヒテン。理論と実践。 Verlag Technik、ベルリンとミュンヘン、1992 年、ISBN 3-341-00927-2 
• ハットー・シュナイダー: Auswuchttechnik。 6. オーフラージュ。 Springer、ベルリン、2003 年、ISBN 3-540-00596-X 
• シェンク トレベル コーポレーション (1990)、『バランシングの基礎(第 3 版)』、シェンク トレベル コーポレーション。

ウィキメディア・コモンズには、バランシングマシンに関連するメディアがあります。

• バランシングマシンに関する基本的なよくある質問