JP2016121961A - 振動試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動試験装置において、試験体に加振する際に生じる加振反力を低減し、加振制御を簡略化すること。【解決手段】本発明は、試験体を載置する第１の振動台２と、第１の振動台２に連結され第１の振動台２を６軸方向に振動させる複数の第１の加振手段３と、を有する振動試験装置１０であって、複数の第１の加振手段３が固定された第２の振動台５と、第２の振動台５を１軸方向に振幅させる第２の加振手段７と、を備える。本発明によると、試験体を載置する第１の振動台２を複数の第１の加振手段３で振動させる際に、複数の第１の加振手段３が第２の振動台２に固定されているため、第１の振動台２に伝えられる第１の加振手段３自体の振動を低減することができる。これにより、本発明は、第１の加振手段３の加振で生じる加振反力を低減し、第２の振動台５の質量を低減化することができ、加振制御を簡略化することができる。【選択図】図１

Description

本発明は試験体に振動を与え、試験をするための振動試験装置に関する。

試験体に様々な振動を与え、試験体に加わる力を試験するための振動試験装置がある。特許文献１には、試験体に振動を与える振動試験装置が記載されている。振動試験装置は、試験体が載置されたテーブルを加振する複数のアクチュエータと、複数のアクチュエータとテーブルとを加振する加振手段とを有している。アクチュエータは、パラレルリンク機構で構成されている。このアクチュエータの先端はテーブルに回転自在に連結されており、アクチュエータの基端は振動台に回転自在に連結されている。この複数のアクチュエータの連結により、テーブルを６軸方向に加振できる。

特許第５３５７４４７号公報

特許文献１に記載された振動試験装置は、複数のアクチュエータの先端と基端がそれぞれテーブルと振動台とにそれぞれ回転自在に連結されている。そのため、複数のアクチュエータで試験体に振動を与える際に、複数のアクチュエータ自体が振動する。そして、特許文献１に記載された振動試験装置によると、高周波の振動を試験体に与える際に複数のアクチュエータの慣性力により加振力が大きくなる。その結果、特許文献１に記載された振動試験装置は、試験体に与る加振力に対する加振反力が大きくなる。特許文献１に記載された振動試験装置は、この加振反力を質量で受けるための振動台の重量が増加する。そのため、特許文献１に記載された振動試験装置は、加振手段で低周波の加振をする際に振動台で共振が発生する場合があり、制御が複雑となる。
本発明は、試験体に加振する際に生じる加振反力を低減し、加振制御を簡略化することができる振動試験装置を提供することを目的とする。

本発明は、試験体を載置する第１の振動台と、前記第１の振動台に連結され前記第１の振動台を６軸方向に振動させる複数の第１の加振手段と、を有する振動試験装置であって、
複数の前記第１の加振手段が固定された第２の振動台と、
前記第２の振動台を１軸方向に振幅させる第２の加振手段と、
を備える。
本発明によると、試験体を載置する第１の振動台を複数の第１の加振手段で振動させる際に、複数の第１の加振手段が第２の振動台に固定されているため、第１の振動台に伝えられる第１の加振手段自体の振動を低減することができる。これにより、本発明は、第１の加振手段の加振で生じる加振反力を低減し、第２の振動台の重量を低減化することができ、加振制御を簡略化することができる。

本発明によると、振動試験装置において、試験体に加振する際に生じる加振反力を低減し、加振制御を簡略化することができる。

振動試験装置の構成を概略的に示した側面図である。 振動試験装置の複数のアクチュエータが動作した状態を示す側面図である。 振動試験装置を用いて車両に加振する様子を示した図である。 振動試験装置の比較例における複数のアクチュエータが動作した状態を示す側面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

［第１実施形態］
図１に示されるように、振動試験装置１０は、試験体３０に６軸方向の振動を与える第１の加振装置１と、第１の加振装置１に上下方向（１軸方向）の振動を与える第２の加振装置５とを有している。第１の加振装置１は、第２の加振装置５に載置されている。第１の加振装置１は、試験体３０を載置するために方形板状のテーブル（第１の載置台）２と、テーブル２に６軸方向の振動を与える伸縮自在な６本のアクチュエータ（第１の加振手段）３とを有している。テーブル２の下面には、６本のアクチュエータ３の先端３ａが回転自在に接続されている。

アクチュエータ３はパラレルリンクで接続されており、アクチュエータ３の先端３ａは、三点でテーブル２の下面を支持している。各アクチュエータ３の基端３ｂは、第２の加振装置５が有する方形板状の振動板（第２の載置台）６の上面に固定されている。振動板６の下面中央には、振動板６に上下方向の振動を与えるための伸縮自在な加振機（第２の加振手段）７が接続されている。加振機７は、床面１５に設けられている。振動板６の四隅は床面１５に接続されたエアばね８で支持されている。振動板６側面には、上下方向に案内するためのガイド９が接続されている。ガイド９の設置位置や数は適宜変更してもよい。

テーブル２には、試験体３０が載置される。試験体３０は、例えば、自動車等の車両５０（図３参照）が有するタイヤである。テーブル２には、６本のアクチュエータ３により、６軸方向の振動が与えられ、車両５０に加わる力を評価することができる。アクチュエータ３は、例えば、伸縮式の油圧アクチュエータである。アクチュエータ３は、円筒状のシリンダ３ｄと、シリンダ３ｄ内を摺動する円柱状のピストン（不図示）と、ピストンの動きに連動してシリンダ３ｄの外部で伸縮する棒状のピストンロッド３ｅとを有している。シリンダ３ｄの下端は、アクチュエータ３の基端３ｂであり、振動板６の上面に固定されている。

ピストンロッド３ｅの先端は、アクチュエータ３の先端３ａであり、テーブル２の下面に回転自在に接続されている。アクチュエータ３の先端３ａは、例えば、ボールジョイント等が用いられる。ピストンロッド３ｅには、制限された範囲で回転自在な中折れ機構３ｃが設けられている。中折れ機構３ｃは、例えば、ボールジョイント等が用いられる。中折れ機構３ｃは、ピストンロッド３ｅの伸縮の邪魔にならない位置に設けられる。中折れ機構３ｃにより、ピストンロッド３ｅの伸縮に連動してテーブル２を６軸方向に傾かせることができる。つまり、ピストンロッド３ｅが伸縮した際に、シリンダ３ｄは振動板６に固定されているために動かず、ピストンロッド３ｅが中折れ機構３ｃにより動く。

この様な構成により、アクチュエータ３は、高周波の振動を発生することができる。アクチュエータ３は、さらに、中周波数までのピッチ・ヨー・ロール方向の加振もすることができる。アクチュエータ３は、後述するように高周波まで加振させるために、一般的な油圧アクチュエータに比してピストンロッド３ｅのストロークは短くされ、シリンダ３ｄ内の工程容積は小さくされ、油圧バネ定数は高く設定され、固有振動数が上げられている。

シリンダ３ｄが固定されている振動板６は、ピストンロッド３ｅで発生した振動の加振反力を受ける。加振反力は、振動板６の下面の四隅に設けられたエアばね８を伝わって床面に伝達される。そして、振動板６は、加振機７の伸縮に連動して上下動する。振動板６は、側面に設けられたガイド９に案内されるため、床面１５に対して水平を保ちながら上下動する。加振機７で加振された振動板６の上下動に連動して第１の加振装置１が上下動する。加振機７は、低周波で大振幅の振動を発生させる油圧アクチュエータである。

次に、振動試験装置１０の動作について説明する。

図２に示されるように、複数のアクチュエータ３を伸縮させてテーブル２を傾かせる。図面左側の２本のアクチュエータ３のピストンロッド３ｅは伸長する。この際、伸長したピストンロッド３ｅは、中折れ機構３ｃによって斜面の傾きが大きくなるように折れ曲がる。図面右側の２本のアクチュエータ３のピストンロッド３ｅは縮む。この際、縮んだピストンロッド３ｅは、中折れ機構３ｃによって斜面の傾きが小さくなるように折れ曲がる。この時、第１の加振装置１で可動している部分は、複数のピストンロッド３ｅと、テーブル２である。

これにより、第１の加振装置１で加振する加振力は低減される。そのため、高周波の振動を加振するためのアクチュエータ３は、ピストンロッド３ｅが少ストローク化された設計が可能となる。そして、アクチュエータ３は、シリンダ３ｄの容積を小さくすることができ、アクチュエータ３の固有振動数ｆｎを上げることができる。固有振動数ｆｎは、以下の計算式（１）により求められる。
ｆｎ＝１／（２π）√（２ＫＡ^２／（ＶＭ））…（１）
ここで、Ｋ：作動油体積弾性係数、Ａ：ピストン断面積、Ｖ：シリンダ容積、Ｍ：負荷質量である。

この様な構成により、第１の加振装置１は、試験体３０に高周波の振動を上下・左右・前後の６軸方向に与える。そして、第２の加振装置５は、第１の加振装置１に対して上下方向に低周波の振動を与える。

比較例として、テーブル２を傾かせるためにアクチュエータ４０の基端４０ｂを回転支持する装置を示す（図４参照）。比較例は、テーブル２を加振するためのアクチュエータ４０に一般的な油圧アクチュエータを用いている。アクチュエータ４０の基端４０ｂは、振動板６の上面に回転自在に支持されている。アクチュエータ４０の先端４０ａはテーブル２の下面に回転自在に支持されている。複数のアクチュエータ４０を伸縮させてテーブル２を傾かせる。

図面左側の２本のアクチュエータ４０のピストンロッド４０ｅは伸長する。この際、伸長したピストンロッド４０ｅにより、シリンダ４０ｄは、斜面の傾きが大きくなるように基端４０ｂを回転中心として傾く。図面右側の２本のアクチュエータ４０のピストンロッド４０ｅは縮む。この際、縮んだピストンロッド４０ｅにより、シリンダ４０ｄは、斜面の傾きが小さくなるように基端４０ｂを回転中心として傾く。この比較例で可動している部分は、複数のピストンロッド４０ｅと、複数のシリンダ４０ｄと、テーブル２とである。

比較例では、アクチュエータ４０全体が可動し、高周波の振動を加振する際に加振力が大きくなる。このため、複数のアクチュエータ４０を支持し、慣性反力マスとして機能する振動板６は、加振反力を持たせるために質量が増加する。振動板６の質量が増加すると、振動板６を支持しているエアばね８に、低周波域（数Ｈｚ）の共振が発生する場合がある。従って、振動板６の質量増加は、低周波域（数Ｈｚ）での加振制御が複雑になる。

比較例に対して第１の加振装置１では、複数のシリンダ４０ｄが固定されているため、可動部分が低減される。これにより、振動試験装置１０は、振動板６の質量を低減することができ、低周波域での共振を抑えて大振幅の加振制御を行うことができる。

上述したように、振動試験装置１０において、第１の加振装置１で試験体３０に与える加振力を低減することができる。そして、振動試験装置１０は、加振力に対する加振反力を受けるための振動板６の質量を低減することができる。これにより、振動試験装置１０は、低周波域での大振幅の加振制御を容易に行うことができる。

［第２実施形態］
図３に示されるように、振動試験装置１０を４つ用いて、車両５０のタイヤ３０を載置し、車両５０に加わる力を試験することができる。それぞれの振動試験装置１０は、油圧装置１６で駆動される。そして、それぞれの振動試験装置１０は、制御装置１７で制御される。制御装置１７は、それぞれの振動試験装置１０を制御してタイヤ３０に上下・前後・左右方向の加速度を与える。この状態で制御装置１７は、車両５０に加わる上下・前後・左右方向の加速度を計測する。

また、制御装置１７は、それぞれの振動試験装置１０を制御して車両５０のロール・ピッチ・ヨーのそれぞれの角度を制御する。この状態で制御装置１７は、車両５０に加わる上下・前後・左右方向の加速度を計測する。

例えば、振動試験装置１０でロードノイズを想定した振動をタイヤ３０に与えることができる。この条件では、第１の加振装置１で３軸方向に加速度２０Ｇで周波数５〜２００Ｈｚまでの振動がタイヤ３０に与えられる。そして、第１の加振装置１でタイヤ３０に前後・左右方向の加速度が１０Ｇで周波数１００Ｈｚまでの条件の振動が与えられる。

さらに、それぞれの振動試験装置１０を用いると、路面形状の違いを想定した加振をすることができる。例えば、それぞれの第１の加振装置１を制御して車両５０の傾斜角を±８°で変化させ、かつ、０．１〜２０Ｈｚの条件でタイヤ３０に加振することができる。そして、この状態で路面形状の違いを想定し、第２の加振装置５によって５Ｈｚ以下で上下方向の振動をタイヤ３０に与えることができる。

上述したように、振動試験装置１０によると、様々な路面状況を想定した状況を再現することができ、車両５０に加わる力を評価することができる。

１…第１の加振装置 ２…テーブル（第１の載置台） ３…アクチュエータ ３ａ…先端 ３ｂ…基端 ３ｃ…中折れ機構 ３ｄ…シリンダ ３ｅ…ピストンロッド ５…第２の加振装置 ６…第２の載置台 ７…加振機 ９…ガイド １０…振動試験装置 １５…床面 １６…油圧装置 １７…制御装置 ３０…試験体（タイヤ） ４０…アクチュエータ ４０ａ…先端 ４０ｂ…基端 ４０ｄ…シリンダ ４０ｅ…ピストンロッド ５０…車両

Claims (1)

1. 試験体を載置する第１の振動台と、前記第１の振動台に連結され前記第１の振動台を６軸方向に振動させる複数の第１の加振手段と、を有する振動試験装置であって、
   複数の前記第１の加振手段が固定された第２の振動台と、
   前記第２の振動台を１軸方向に振幅させる第２の加振手段と、
   を備える、
   振動試験装置。

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