JP2006266956A - 振動計測方法、及び、振動計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ギヤからトランスミッションケースへの振動伝達部位における振動、応力、モーメントを計測し、振動発生部位の特定や振動伝達経路の解析を行うため技術を提案する。
【解決手段】振動発生源となるカウンタードライブギア１２を、リング状の分力計２０を介してトランスミッションのケース３にて支持し、信号処理装置３５にて、前記分力計２０に発生する荷重成分、及び、モーメント成分から定量的な値を求め、周波数処理装置３７にて、前記定量的な値をＦＦＴ処理することにより、前記カウンタードライブギア１２における振動を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等のトランスミッションのギヤノイズを計測する方法、及び、装置に関する。

従来、自動車等のトランスミッション等にて発生する騒音の解析には、例えば、図５に示すごとくの構成により行うものがあり、この例では、トランスミッション５１に入力軸５２と出力軸５３・５３を結合し、入力軸５２にはエンジン相当の回転をトランスミッション内に与え、出力軸５３・５３には車輪相当の負荷を与えた状況とし、前記入力軸５２又は出力軸５３・５３のいずれか一方の回転数を回転検出器５４にて検出するとともに、トランスミッション５１の近傍にマイク５５を設置して音圧を検出し、前記回転数と音圧を電子制御装置５６にてＦＦＴ処理し（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；高速フーリエ変換処理）、解析を行うこととしている。
また、このトランスミッションの騒音を解析するとともに、騒音を積極的に低減させる装置について開示する文献も存在する（例えば、特許文献１参照。）。

また、上述のトランスミッションの騒音は、（１）ギヤの噛合いによる振動発生、（２）トランスミッション内部の振動伝達、（３）トランスミッションケースの振動、（４）ケース表面より発音、といったメカニズムで発生すると考えられている。
実開平６−３２７８７号公報

上述した検出される音圧に基づくＦＦＴ処理による解析では、トランスミッションケース全体から発生される音圧が対象となるため、振動発生源や、振動伝達経路の特定が困難であった。
また、このように、振動発生源や、振動伝達経路の特定が困難であるため、騒音評価においては、トランスミッションのユニット単位で合否の判定を行うしかなく、不合格の場合の要因については解析ができないといった現状がある。

そこで、本発明では、ギヤからトランスミッションケースへの振動伝達部位における振動、応力、モーメントを計測し、振動発生源の特定や振動伝達経路の解析を行うため技術を提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１に記載のごとく、振動発生源となるギアを、リング状の分力計を介してケースにて支持し、信号処理装置にて、前記分力計に発生する荷重成分、及び、モーメント成分から定量的な値を求め、周波数処理装置にて、前記定量的な値をＦＦＴ処理することにより、前記ギアにおける振動を計測する、振動計測方法とするものである。

また、請求項２に記載のごとく、前記分力計に発生する荷重成分、及び、モーメント成分のうち、低周波数域におけるものをローパスフィルタを介して取得することで、前記ギアに生じる静的な荷重成分、及び、モーメント成分を計測する振動計測方法とするものである。

また、請求項３に記載のごとく、ギア仕組を内装するケースと、前記ギア仕組を構成するギアの間に介設されるリング状の分力計と、前記分力計にて検出される荷重成分、及び、モーメント成分の各成分ごとの定量的な値を求める信号処理装置と、前記ギアの回転数を検出するための回転数検出器と、前記信号処理装置と回転数検出器から入力されるデータに基づいてＦＦＴ処理を実行する周波数処理装置とを具備する、振動計測装置とするものである。

また、請求項４に記載のごとく、前記分力計に発生する荷重成分、及び、モーメント成分のうち、低周波数域におけるものを計測するローパスフィルタを具備することとするものである。

以上の請求項１に記載の発明では、ギアの噛合い起因する振動を解析することにより、該振動がケースに伝達することによって生じ得る騒音の原因を特定することができ、この解析結果をギアの設計等（例えば、歯の形状）の変更の指針として、低騒音化を図ることができる（動的な荷重成分、及び、モーメント成分の解析）。

また、請求項２に記載の発明では、騒音発生の原因となり得る、ギアの静的状態での荷重、モーメントを特定することができ、この解析結果をトランスミッションの構造設計の指針として利用することにより、低騒音化を図ることができる（静的な荷重成分、及び、モーメント成分の解析）。

また、請求項３に記載の発明では、ギア仕組のギアにおいて発生する振動を解析することが可能となり、この解析結果をギアの設計等（例えば、歯の形状）の変更の指針として、低騒音化を図ることができる（動的な荷重成分、及び、モーメント成分の解析）。

また、請求項４に記載の発明では、騒音発生の原因となり得る、ギア仕組のギアに生じる静的な荷重成分、及び、モーメント成分を解析することが可能となり、この解析結果をギア仕組の構造設計の指針として利用することにより、低騒音化を図ることができる。

図１は、本発明にかかる振動計測方法により、トランスミッション１の振動解析をする場合の例について示すものである。
該トランスミッション１の外観は、図示せぬエンジンに取り付けられるケース２と、該ケース２の反エンジン側に取り付けられ、遊星歯車機構４等を内装するケース３とから構成される。
また、前記ケース２においては、エンジンの出力軸５に対してインプットシャフト６が連結されている。該インプットシャフト６は、前記ケース３内のメインシャフト７と連結されている。前記出力軸５、インプットシャフト６、及び、メインシャフト７は、同一軸心上に配置される。

また、前記ケース３内において、前記メインシャフト７を中心に遊星歯車機構４が構成されている。該遊星歯車機構４は、前記メインシャフト７に固定されるサンギア８と、該サンギア８に噛合する複数のプラネタリピニオンギア９と、該プラネタリピニオンギア９を支持するプラネタリキャリア１０と、前記プラネタリピニオンギア９・９と内歯で噛合するインターナルギア１１とから構成されている。
また、前記ケース３内において、前記プラネタリキャリア１０には、カウンタードライブギア１２が外嵌されている。該カウンタードライブギア１２は、ベアリング１３、及び、分力計２０のリング状の枠体２１を介して前記ケース３に対して支持されている。

また、前記ケース３内において、前記カウンタードライブギア１２には、カウンタードリブンギア１４が噛合されている。該カウンタードリブンギア１４は、ディファレンシャルドライブピニオン１５に外嵌されている。該ディファレンシャルドライブピニオン１５は、ディファレンシャル−ギア１６（差動歯車装置）のリングギア１７と噛合される。
また、ディファレンシャル−ギア１６の出力は、左右のドライブシャフト１８Ｌ・１８Ｒへと出力される。

以上の構成では、エンジンの出力軸５の駆動力は、インプットシャフト６、メインシャフト７、遊星歯車機構４、カウンタードライブギア１２、カウンタードリブンギア１４、ディファレンシャルドライブピニオン１５、ディファレンシャル−ギア１６といった順に伝達され、左右のドライブシャフト１８Ｌ・１８Ｒが駆動されるようになっている。

また、以上の構成において、前記カウンタードライブギア１２は、ベアリング１３及び分力計２０のリング状の枠体２１を介してケース３に支持される構成としており、これにより、カウンタードライブギア１２とカウンタードリブンギア１４の噛合いにより発生し、ケース３へ伝わろうとする荷重を、前記分力計２０にて検出できるようになっている。

前記分力計２０は、図２に示すごとくリング状の枠体２１で構成されるものであり、該枠体２１には、複数の起歪部２２・２２・・・が、枠体２１の厚み方向に貫通するように（周状表面２１ａと周状裏面２１ｂの間を貫通するように）設けられている。
そして、図２に示すごとく、Ｘ軸３１ｘ、Ｙ軸３１ｙ、Ｚ軸３１ｚの三軸をとり、該三軸方向に付与される荷重成分３２ｘ・３２ｙ・３２ｚと、該三軸を中心とするモーメント成分３３ｘ・３３ｙ・３３ｚを検出すべく、歪ゲージＧ・Ｇ・・・が前記起歪部２２・２２・・・の配置される位置に貼着され、これら歪ゲージＧ・Ｇ・・・にてホイートストンブリッジ回路が構成されるものとしている。この構成では、荷重とモーメントの合計６つの分力が検出される６分力計として構成されるようになっている。
尚、前記起歪部２２・２２・・・の配置については、歪を検出すべく適切な位置に配置されるものであれよく、特に限定されるものではない。また、前記ホイートストンブリッジ回路と歪ゲージによる６分力計の回路構成については、周知の技術によるものであり、具体的な構成については、特に限定されるものではない。

そして、図３に示すごとく、前記分力計２０のホイートストンブリッジ回路の信号は、ケース３の外部へと取り出され、信号処理装置３５へと出力される。
この信号処理装置３５においては、前記分力計２０から入力される各信号の干渉成分を補正するためのマトリクス処理機能が備えられており、前記分力計２０にて検出される荷重成分３２ｘ・３２ｙ・３２ｚ、及び、モーメント成分３３ｘ・３３ｙ・３３ｚの各成分ごとの定量的な値、即ち、荷重（Ｎ；ニュートン）、モーメント（Ｎｍ；ニュートンメートル）を求めることができるようになっている。
また、信号処理装置３５には、各成分のゼロ点を補正するためのゼロ点補正機能が備えられており、前記歪ゲージＧ・Ｇ・・・に負荷が全くかかっていないとした場合における、前記各成分の値をゼロにセットできるようになっている。

また、前記信号処理装置３５の処理結果は、周波数処理装置３７へと入力される。
また、該周波数処理装置３７には、回転数検出器３４から出力軸５の回転数が入力される。尚、回転数検出器３４においては、出力軸５の回転数を検出するほか、ドライブシャフト１８Ｌ・１８Ｒの回転数を検出することとしてもよく、回転数を検出する対象となる回転体については、特に限定されるものではない。

そして、前記周波数処理装置３７は、信号処理装置３５の処理結果と、回転数検出器３４にて検出される回転数に基づいて、ＦＦＴ処理（高速フーリエ変換処理）が行われるようになっている。
また、このＦＦＴ処理においては、カウンタードライブギア１２とカウンタードリブンギア１４の噛合いに起因する振動成分、即ち、ギアの噛合いによって生じる静的な荷重成分、及び、モーメント成分を分離することで（低周波数の振動成分を除外する）、低周波数域を除いた周波数域における動的な荷重成分、及び、モーメント成分を取得できる（ギアの回転により生じる振動の計測できる）ようになっている。
また、このＦＦＴ処理の結果は、表示器３８や、データロガー３９へと出力され、該出力結果を、振動解析や、騒音評価の合否判定のデータとして利用することができるようにしている。

また、前記信号処理装置３５の処理結果は、ローパスフィルタ３６に入力されるようになっており、中〜高周波数域を除いた周波数、即ち、低周波数域における荷重成分３２ｘ・３２ｙ・３２ｚ、及び、モーメント成分３３ｘ・３３ｙ・３３ｚを取得できるようになっている。これらの各成分はギアの噛合いによって生じる静的な成分として捉えることができるため、これらの各成分を解析し、ギアの噛合い反力を解析することができるようになっている。

以上のように、本発明にかかるトランスミッションの振動計測方法では、振動発生源となるカウンタードライブギア１２を、リング状の分力計２０を介してトランスミッションのケース３にて支持し、信号処理装置３５にて、前記分力計２０に発生する荷重成分、及び、モーメント成分から定量的な値を求め、周波数処理装置３７にて、前記定量的な値をＦＦＴ処理することにより、前記カウンタードライブギア１２における振動を計測することとするものである。
また、前記分力計２０に発生する荷重成分、及び、モーメント成分のうち、低周波数域におけるものをローパスフィルタ３６を介して取得することで、前記カウンタードライブギア１２に生じる静的な荷重成分、及び、モーメント成分を計測することとするものである。

そして、以上のようにして、カウンタードライブギア１２とカウンタードリブンギア１４の噛合い起因する振動を解析することによれば、該振動がケース３に伝達することによって生じ得る騒音の原因を特定することができ、この解析結果をカウンタードライブギア１２の設計等（例えば、歯の形状）の変更の指針として、低騒音化を図ることができる（動的な荷重成分、及び、モーメント成分の解析）。

また、前記ギヤの噛合い反力の解析によれば、騒音発生の原因となり得る、カウンタードライブギア１２の静的状態での荷重、モーメントを特定することができ、この解析結果をトランスミッション１の構造設計（カウンタードライブギア１２とカウンタードリブンギア１４の中心間距離）の変更の指針として、低騒音化を図ることができる（静的な荷重成分、及び、モーメント成分の解析）。

また、前記カウンタードライブギア１２は、トランスミッション１のケース３に対し、ベアリング１３及び分力計２０を介して支持される構成としていることから、振動発生源の一つとして考えられるカウンタードライブギア１２からケース３へ伝達される振動成分を、この伝達経路にある分力計２０によって直接的に検出し、解析することができるので、信頼性の高い解析を行うことができる。

また、以上では、分力計２０を最終製品の構成部材となるトランスミッション１のケース３に設置した場合の振動解析の例について述べたが、ギア仕組の設計段階において前記分力計２０を用いた振動解析を行うこととしてもよい。
つまり、例えば、図４に示すごとく、遊星歯車機構等のギア仕組４１を構成するギア４２ａ・４２ｂと、前記ギア仕組を内装するケース４３の間に、リング状の分力計４４ａ・４４ｂを介設し、前記ギア４２ａ・４２ｂを回転させた場合に分力計４４ａ・４４ｂに付与される荷重成分、及び、モーメント成分を周波数処理装置３７によって解析するものである。

この図４の装置構成では、遊星歯車機構等のギア仕組４１を内装するケース４３と、前記ギア仕組４１を構成するギア４２ａ・４２ｂの間に介設されるリング状の分力計４４ａ・４４ｂと、前記分力計４４ａ・４４ｂにて検出される荷重成分、及び、モーメント成分の各成分ごとの定量的な値を求める信号処理装置３５と、前記ギア４２ａ・４２ｂの回転数を検出するための回転数検出器３４と、前記信号処理装置３５と回転数検出器３４から入力されるデータに基づいてＦＦＴ処理を実行する周波数処理装置３７とを具備する、振動計測装置とするものである。
また、図において、４５は前記ギア仕組４１を駆動するための駆動源であり、４６はギア仕組４１に負荷を与えるための負荷装置である。

以上の構成により、ギア仕組４１のギア４２ａ・４２ｂにおいて発生する振動を解析することが可能となり、この解析結果をギア４２ａ・４２ｂの設計等（例えば、歯の形状）の変更の指針として、低騒音化を図ることができる（動的な荷重成分、及び、モーメント成分の解析）。

また、前記分力計２０に発生する荷重成分、及び、モーメント成分のうち、低周波数域におけるものを計測するローパスフィルタ３６を具備する構成とする。
この構成により、ギア仕組４１のギア４２ａ・４２ｂに生じる静的な荷重成分、及び、モーメント成分を解析することが可能となり、この解析結果をギア仕組４１の構造設計の指針として利用することにより、低騒音化を図ることができる（静的な荷重成分、及び、モーメント成分の解析）。

本発明の振動計測方法を実施するトランスミッションの構成について示す断面図。 分力計の構成について示す斜視図。 振動計測装置に必要な構成について示す図。 ギア仕組の設計において本発明の振動計測方法を実施する場合の装置構成について示す図。 従来の振動計測方法が実施される装置構成例について示す図。

符号の説明

１ トランスミッション
２ ケース
３ ケース
１２ カウンタードライブギア
１４ カウンタードリブンギア
２０ 分力計
３４ 回転数検出器
３５ 信号処理装置
３６ ローパスフィルタ
３７ 周波数処理装置

Claims (4)

1. 振動発生源となるギアを、リング状の分力計を介してケースにて支持し、
   信号処理装置にて、前記分力計に発生する荷重成分、及び、モーメント成分から定量的な値を求め、
   周波数処理装置にて、前記定量的な値をＦＦＴ処理することにより、
   前記ギアにおける振動を計測する、振動計測方法。
2. 前記分力計に発生する荷重成分、及び、モーメント成分のうち、
   低周波数域におけるものをローパスフィルタを介して取得することで、
   前記ギアに生じる静的な荷重成分、及び、モーメント成分を計測する、
   請求項１に記載の振動計測方法。
3. ギア仕組を内装するケースと、
   前記ギア仕組を構成するギアの間に介設されるリング状の分力計と、
   前記分力計にて検出される荷重成分、及び、モーメント成分の各成分ごとの定量的な値を求める信号処理装置と、
   前記ギアの回転数を検出するための回転数検出器と、
   前記信号処理装置と回転数検出器から入力されるデータに基づいてＦＦＴ処理を実行する周波数処理装置とを具備する、振動計測装置。
4. 前記分力計に発生する荷重成分、及び、モーメント成分のうち、
   低周波数域におけるものを取得するローパスフィルタを具備する、
   ことを特徴とする、請求項３に記載の振動計測装置。

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