電動モーター用ベアリングの振動しきい値を探る

よく、モーターのベアリングの最大振動はどの程度を超えてはいけないのかという質問があります。この質問は、実際には2つのことを尋ねているのかもしれません。ひとつは、モーターベアリングが動作可能な最大振動はどの程度かということ、もうひとつは、モーターを取り付け、振動試験を行った後、最大振動はどの程度にすべきかということです。

前者については、環境振動を衝撃荷重として考えることで、軸受の選定を検証・計算することができる。実際、ほとんどの友人は後者、つまりモーターベアリングの運転中、モーターとベアリング全体の最大振動値はどうあるべきかについて尋ねています。ここで、このことについて説明しましょう。

モーターベアリングの振動の限界値については、多くの対応する国際規格や国家規格があります。規格があるにもかかわらず、なぜ多くの人が最大制限値について問題を抱えているのでしょうか？よくある質問は、これらの限界値は無負荷のものなのか、全負荷のものなのか？これらの限界値は実効値ですか、それとも他の値ですか？

まず、下図に示すISO2372を見てみよう：

表を見ると、左側に速度実効値や変位ピーク値などの振動強度の単位が記載されているのが一目瞭然だ。

では、エンジニアはモーターを無負荷と全負荷のどちらで測定すべきなのでしょうか？モーターのベアリングに関する我々の理解では、モーター自体のトルク負荷は、それが無負荷であろうと全負荷であろうと、ベアリングに大きな影響を与えることはありません。

従って、ベアリングから見れば、無負荷か全負荷かは結果に影響しない。しかし、これはモータのステータを考慮していません。実際の使用条件では、モータのステータの状態や負荷がモータ本体全体の振動に影響します。これはベアリングの振動ではなく、全体の振動であることに注意してください。

従って、モーターを測定する場合、無負荷と全負荷では違いがある。実際の測定ではこのことを考慮しなければならない。

ISO10816によると、機器の振動は、想定されるすべての動作状態で試験され、試験で得られた最大値が振動強度の代表値となる。

言い換えれば、機器のすべての動作状態の中で最大値が取られる。これらの状態には、無負荷と全負荷だけでなく、より厳密な検討では他の中間状態も含まれる。

規格にこのような規定があるのは、振動が機器に与える最大のダメージを考慮し、振動強度の最大許容値を設定するためです。(この原理を理解すれば、低速振動には変位、中速振動には速度、高速振動には加速度が選ばれる理由がわかるだろう)

もちろん、前述の表示は一般的な機器の振動の厳しさに関するものです。モーターについては、より詳細な基準があります。

例えば、GB/T 5171.1-2014は小型電力変換モータの無負荷状態での定格回転数振動限度を規定しています。この規格では、測定対象は無負荷振動であると明確に定義されています。従って、この規格では無負荷振動のみを考慮する必要があります。

実用的なシナリオでは、モーター工場のエンジニアは対応するモーター規格を参照してモーターの振動を測定することを選択できます。選択する際には、規格の表を読むだけでなく、規格に付随する説明が非常に重要になります。もしある モーターの種類 にはそれぞれの規格がないが、少なくともISO2371の一般機器の規定に準拠すべきである。

さらに、前述の規格の規定とは別に、モータの使用者がモータの振動の限界値を提示している場合、モータの工場は顧客の規格に従って測定する必要がある。