振動様式による回転軸のクラック検出法の研究

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回転軸系として、円形断面の弾性軸に1個の円板を取り付けた回転軸系を作成した。疲労試験により実際のクラックを作る場合、予定の大きさのクラックを正確に作るのは難しいので、まず最初に、軸に人工的に切り欠きをつくり、それを同じ寸法の部材でうめることによって物理的に同じ大きさのクラックを実現した。この装置をいろいろな回転速度で回転し、発生する振動を測定したところ、主危険速度付近の共振現象がクラックのない場合と異なるとともに、主危険速度より低速側で回転速度の2次と3次の超調波振動、3/2次超分数調波振動、さらに高速側で1/2次分数調波振動と和差調波振動が発生することを確認できた。そこで、高速側の1/2次分数調波振動と和差調波振動について、その振動特性を実験的、理論的に調べた。その結果、以下のことが明かとなった。(1)ジャイロモーメントが作用する系ではこれらの共振点がずれるが、そのとき和差調波振動と前向き1/2次分数調波振動が発生する。しかし、後向き1/2次分数調波振動は発生しない。(2)回転体が軸の中央についており、ジャイロモーメントが作用しない系では、これらの振動の共振点が一致し、前向きと後ろ向きの分数調波振動が発生する。和差調波振動は、分数調波振動に引き込まれる。(3)これらの振動は、クラック軸の係数励振作用と非線形性の両方に起因する。(4)不つりあいが大きくなると、振動は小さくなる。(5)わずかに共振点がずれると、概周期運動が発生し、さらにずれるとこれが和差調波振動に移っていく。以上に結果は、機械学会で発表する予定である。なお、今後は他の共振現象を調べるとともに、故障診断システムへの応用を検討する計画である。