ゴム部品が産業オートメーションにおける騒音と振動の低減にどのように役立つか
マウントパッドカップリングまたはバンパーを選択する前に、機械全体を通して外乱の発生源を追跡する。
包装機のサイクルレートが上昇した後、甲高い異音が発生した。最初の解決策は、より柔らかい脚部を取り付けることだった。測定の結果、主な振動は往復運動するヘッドから発生し、ブラケットを介してフレームを横断し、ガードパネルを振動させていることが判明した。柔らかい脚部を取り付けても、異音の原因となっているガードパネルを解消することなく、機械の動作だけが変わってしまうことになる。
自動化における騒音低減は、騒音の発生経路が分かっている場合に最も効果を発揮します。ゴムは、音源を隔離したり、エネルギーの一部を散逸させたり、構造物を介して伝わる音の経路を遮断したり、衝撃を和らげたりすることができます。これらはそれぞれ異なる役割であり、多くの場合、異なる形状が必要となります。
興奮から始めよう
サーボ加速、ギアのかみ合い、ポンプの脈動、アンバランス、バルブの切り替え、エンドストップの衝撃などによって、異なる周波数成分が発生します。機械の質量のみに基づいてマウントを選定すると、ある周波数帯域が分離され、共振付近の別の周波数帯域が増幅される可能性があります。動作速度、過渡現象、および力の方向を記録してください。
機械の構造も結果に影響を与えます。柔軟なパネルは、音源の動きが小さくても音を放射する可能性があります。剛性の高い接続部は、柔らかい防振材を迂回してしまうことがあります。ホース、ケーブルトレイ、アンカー、安全ガードなども、機械の振動制御の検討対象に含める必要があります。
遮音性は周波数比に依存する
ゴム製の防振マウントは静荷重を受けるとたわみ、支持された固有振動数を生み出します。効果的な防振効果は、一般的に強制振動数がその固有振動数を十分に上回った場合にのみ得られます。非常に硬いマウントは振動を伝達する可能性があり、逆に柔らかすぎるマウントは許容できないほどの振動や不安定性を生じさせる可能性があります。
したがって、マウントには、位置ごとの荷重、重心位置、外乱周波数、許容たわみ量、および動作制限を考慮する必要があります。荷重が不均等な場合、一方のマウントは軽く圧縮され、もう一方は過負荷になる可能性があります。選択した硬度は入力項目の1つにすぎず、形状係数と荷重面積も剛性に影響します。
ダンピング制御による交差
機械の起動時および停止時には、共振が発生する場合があります。エラストマー製の制振部品は、周期的なひずみエネルギーの一部を熱に変換し、ピーク値を抑制することができます。制振性を高めることが、必ずしも通常速度での振動遮断性の向上につながるわけではないため、過渡状態と定常状態の要件は分けて検討する必要があります。
温度、周波数、ひずみ振幅、および化合物組成は、動的剛性と減衰を変化させます。小型の実験用試料で特定の周波数で測定されたデータは、高温のモーターの近くで動作する大型の接着マウントに直接適用することはできません。
衝撃、移動、および漸進的な剛性
シリンダーストロークの終端で使用されるバンパーは、可動範囲内でエネルギーを吸収する必要があります。金属に接触して底付きすると、最大荷重が戻ってしまいます。円錐形、中空、またはリブ付きの形状は、段階的な剛性を生み出すことができますが、高周波の衝撃が繰り返されると、形状の根元で熱と疲労が発生します。
停止位置付近の産業用防振装置は、実際の移動質量と速度に基づいて評価する必要があります。静的圧縮だけでは、反発、発熱、または位置ずれによる衝撃の影響は把握できません。破片が装置内部に侵入する可能性がある場合は、固定式のバンパーの方が、緩んだパッドよりも安全な場合があります。
実際の風力タービンの例
パーカー社の風力発電に関する資料には、振動を遮断し、衝撃を制御し、構造騒音を最小限に抑えるセンターボンディングマウントが紹介されている。また、ねじり振動、ミスアライメント許容範囲、ギアおよびベアリングの保護を低減するために使用されるエラストマー製ドライブトレインカップリングについても説明されている。
本稿では、風力タービンの振動スペクトルを施工前後で比較したデータは掲載していないため、これはあくまでも実績のある事例を示すものであり、定量的な結果を示す顧客事例ではありません。重要な設計上のポイントは、マウントとカップリングを経路に沿って異なる位置に配置することです。
パーカー社のエンジニアリングガイドでも同様の点が強調されています。同ガイドでは、防振とは機器を振動や衝撃から保護する行為であると定義しています。また、ゴムと金属を組み合わせたマウントは、荷重、周波数、特定の方向への荷重支持、および環境条件に基づいて適用されると説明しています。
計測機器の振動源、中間経路、振動吸収源の重量を測定してください。
まず、振動の発生源、カップリング部、対象構造物など、関心のあるすべての場所にセンサーを設置します。波形をプロットする際には、運転状態と毎分回転数を記録してください。単一の振動レベル値では、ノイズの原因となる狭いピークや、センサーを破壊するような短時間の衝撃が隠されてしまう可能性があります。
ISO 20816-1は、機械全体の振動の測定と評価に関する概要を定めた規格です。このISO文書には、2016年版が発行済みで改訂中と記載されています。これは、あらゆる自動機械に適用される包括的な許容限界値ではありません。機械メーカーは、関連する箇所、機械の稼働状態、および許容限界値を具体的に指定する必要があります。
部品認定試験
候補となるゴム製防振マウントを、実際の温度サイクルにさらしたり、剛性や接着性を変化させる可能性のあるオイル、冷却剤、洗浄剤にさらしたりします。静的沈下、速度依存伝達率、緊急停止時の動きをテストします。
エラストマー製制振部品については、所定のサイクル数経過後に、発熱、亀裂、接着端部、および永久変形を検査する必要があります。その後、基準品と同一の動作プログラムを使用して、同じ音響試験または振動試験を実施する必要があります。静かになったという主観的な感覚は非常に役立ちますが、測定可能な証拠の代替としては決して考えられません。
例えば、最適な機械振動制御を実現するために、バランスの取れた音源、より剛性の高いパネル、変更されたブラケット、そして調整されたエラストマーを組み合わせることが考えられます。しかしながら、ゴム要素は、制御実験によって示された改善効果の一部のみに帰属されるべきです。
産業レベルの防振対策においても、試運転時の見直しが必要です。締め付けたホース、接地ストラップ、または安全ケーブルは、ベースアイソレーターの周囲に剛性のある代替経路を構成できます。最終製品を固定した状態で検査し、プロトタイプのフレームと量産設備の接続部が異なる力を伝達していないことを確認してください。
機械が適切な慣らし運転時間と温度に達したら、再度測定してください。運転準備段階では、機械の温度によってゴムの硬さが変化し、留め具が緩む可能性があります。認定された機械の記録には、センサーの位置、運転手順、負荷、床の状態を含め、将来の保守担当者が基準となる状態を再現できるようにする必要があります。
自動化における騒音低減方法についてYidaの概要を把握するために、機械重量、取り付け座標、力の方向、走行速度間隔、衝撃エネルギー、温度、流体、そしてもちろん移動量をご提供ください。このようなデータがあれば、ゴムの設計者や配合者は、測定された乱れパターンに合致する形状と配合を作成することができ、より柔らかいものだけを追求するのではなく、より効果的な設計が可能になります。
