JP3649098B2

JP3649098B2 - 振動発生体の励振力測定方法

Info

Publication number: JP3649098B2
Application number: JP2000224960A
Authority: JP
Inventors: 宏青野; 康一中尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: JP2002039855A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プロペラシャフトなどの動作することによって振動を発生する振動発生体による励振力を測定する方法に関し、特に被測定部位に加振器を直接連結することのできない振動発生体の励振力を測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンや変速機などの回転運動や直線往復運動をおこなう機器では、質点の偏りや構成部材の弾性あるいはガタなどが原因となって振動が生じる。その振動を生じさせる力すなわち励振力やその振動の周波数特性などを知ることは、これらの機器を装着する装置やマウントなどの設計・製造のために不可欠である。
【０００３】
そのための振動特性の測定は、従来、対象とする機器すなわち供試体を所定の治具に取り付け、その状態で供試体を動作させてその際の振動加速度や周波数を測定しておこなっている。また、治具に取り付けた供試体を加振器によって加振することにより供試体の動作状態を模擬し、その際の供試体と治具との間に働く力すなわち供試体による加振力を測定することもおこなわれている。
【０００４】
その測定方法の一例が特開平１１−７２３９７号公報に記載されている。この公報に記載された方法は、供試体を所定の治具に固定するとともに、励振力が予め知られている加振器をその治具に連結し、その加振器で治具および供試体を加振した際の加速度などの振動に関する物理量を測定し、その測定結果と既知の励振力とに基づいて治具を含む系全体の伝達関数を測定し、ついで振動発生体を動作させた際の加速度などの振動に関する物理量を測定し、その測定結果と伝達関数とに基づいて振動発生体による励振力を求める方法である。ここで励振力とは、実質上無限大の質量体に対して振動を原因として作用する力である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法は、エンジンなどの振動発生体がマウントなどの固定部位に対して与える励振力を測定する方法である。したがって振動発生体と治具との間もしくはその近傍に振動のピックアップを取り付ける一方、これと相似則の成り立つ箇所に、励振力が既知の加振器を連結し、かつ必要に応じてピックアップを取り付けて測定をおこなっている。すなわち、振動発生体の治具に対する取り付け部位が被測定点となっている。しかしながら励振力を測定する必要のある振動発生体は、様々な形状のものがあり、被測定点に加振器を連結したり、ピックアップを取り付けたりすることができない場合がある。
【０００６】
回転する軸を内部に貫通させて保持したベアリングがその一例であり、軸が回転することによる振動は、軸もしくはこれを貫通させている内輪に生じ、これがボールやローラなどの転動体を介して外輪に伝達され、さらにケーシングなどの固定部に伝達される。
【０００７】
そこで、その軸とベアリングとの組立体（アッセンブリー）を振動発生体と見なして励振力を測定することが考えられる。その場合、ベアリングを複数点でケーシングに対して固定することになるから、前述した従来の方法では、それぞれの固定点に加振器および振動のピックアップを取り付けて測定をおこなうことになる。しかしながら、そのような方法では、軸を回転した場合の加振点と、加振器による加振点との位置が異なるから、必ずしも正確な測定をおこなうことができない可能性があった。
【０００８】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、測定したい部位に加振器を連結することのできない部材についても励振力の測定を可能にする方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明の方法は、動作することにより振動を発生する振動発生体をその非動作状態で加振器によって加振し、その振動発生体の振動に伴う物理量を測定し、得られたデータに基づいて前記振動発生体の励振力を求める振動発生体の励振力測定方法であって、振動発生体を測定治具によって囲んで保持し、その測定治具を介して前記振動発生体に所定方向から、既知の励振力で振動を与えるとともに、前記振動発生体における被測定点について点対称となる、前記治具上の複数箇所で振動に関する物理量を測定し、前記所定方向毎の測定結果を該所定方向で互いに点対称となる前記複数箇所で得られた前記物理量の平均値として求め、その測定結果と前記既知の励振力とに基づいて前記測定治具を含む振動系の伝達関数を求め、さらに前記振動発生体を動作させるとともに前記複数箇所で前記各座標軸方向毎の振動に関する物理量を測定し、前記所定方向毎の測定結果を該所定方向で互いに点対称となる前記複数箇所で得られた前記物理量の平均値として求め、その測定結果と前記伝達関数とに基づいて前記振動発生体による励振力を求めることを特徴とする方法である。
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記測定治具が、直交３軸座標の各座標軸に垂直な面を備えるとともに、前記既知の励振力によって各座標軸方向に振動を与え、前記測定結果は、前記各座標軸方向毎に該各座標軸方向で互いに点対称となる前記複数箇所で得られた前記物理量の平均値として求めることを特徴とする振動発生体の励振力測定方法である。
【００１０】
したがってこの発明の方法では、供試体である振動発生体は、所定の治具に囲われて保持され、励振力が既知の加振器によってその治具と共に加振される。その場合の加振位置すなわち加振器の連結点は、振動発生体の中心あるいは被測定点を通る直線上に配置される。そして、この加振器による振動に関する物理量すなわち加速度などの周波数特性は、前記被測定点について所定方向毎に点対称となる治具上の複数点で測定される。請求項２の発明では、直交３軸の座標軸毎に測定される。そして、その物理量から、所定方向毎（各座標軸毎）の振動に関する測定結果がその平均値として求められる。こうして得られた測定結果と既知の励振力とに基づいて伝達関数が求められる。ついで、加振器に替えて振動発生体を動作させて振動を生じさせ、その際の振動についての物理量が前記複数点で測定される。こうして得られた測定結果と前記伝達関数とに基づいて、振動発生体による励振力が求められる。したがってこの発明の方法では、被測定点で直接、測定をおこなうことはないが、その被測定点について点対称となる複数箇所で測定をおこなうので、得られた複数のデータは、総合して被測定点での振動の状態を表しており、これを用いることにより、被測定点に対する直接的な振動の入力や被測定点での直接的な測定をおこなうことができなくても、正確に励振力を求めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明の方法を具体例に基づいて説明する。先ず、供試体である振動発生体１の一例が図１に示されており、ここに示す例は、回転軸２を貫通させたベアリング３である。すなわち、内輪４に回転軸２が貫通して密着した状態に嵌合しており、また外輪５が環状のホルダー６に嵌合した状態で保持されている。なお、ホルダー６の外周面の左右対称となる位置には、固定するためのフランジ部７が突出して形成されている。したがって振動発生体１は全体として左右対称な形状となっている。
【００１２】
この振動発生体１における回転軸２が回転して振動を発生した場合の励振力は、以下のようにして測定される。先ず、上記の振動発生体１が測定用治具８にセットされる。その状態を図２および図３に示してあり、その測定用治具８は、振動発生体１を囲んで保持する形状であり、特に、前記回転軸２の中心軸線上に位置し、かつベアリング３の中心に相当する被測定点Ｏについて対称となる形状をなしており、左右対称形状である前記フランジ部７を介して振動発生体１を保持・固定している。さらに、測定治具８は、直交する３軸方向から加振できるように、前記被測定点Ｏを原点とした直交３軸座標の各座標軸に垂直な面を備えるとともに、振動に耐え得る剛性を備えている。言い換えれば、積極的もしくは意図的に弾性構造は備えていない。そして、その測定治具８上の複数点であって、前記被測定点Ｏについて点対称となる複数点（図示の例では２点）にインピーダンスヘッドなどのセンサー９が取り付けられている。このセンサー９は、振動に関する物理量すなわち加速度などの周波数特性を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向で検出するためのものである。
【００１３】
振動発生体１を上記のように測定治具８にセットすると共にこれを加振装置（図示せず）のケーシングに取り付けた後、振動発生体１を非動作状態にして、測定治具８の外側からＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に加振する。その場合に使用する加振器（図示せず）は、例えばアーマチャを電磁コイルで直線的に前後動させる構造のものであって、その電磁コイルに印加する電流および周波数を適宜に設定することにより既知の励振力（より正確には実質上無限大の質量体に加える加振力）を発生させるように構成されている。
【００１４】
このようにして既知の励振力を測定治具８およびこれに保持された振動発生体１に加えた場合の振動に関する物理量すなわち加速度が前記２つのセンサー９によって検出される。一方のセンサー９で測定されたＸ軸方向の加速度をＡx1、Ｙ軸方向の加速度をＡy1、Ｚ軸方向の加速度をＡz1とし、また他方のセンサー９で測定されたＸ軸方向の加速度をＡx2、Ｙ軸方向の加速度をＡy2、Ｚ軸方向の加速度をＡz2とすると、被測定点Ｏでの各軸方向の加速度Ａx 、Ａy 、Ａz は、
Ａx ＝（Ａx1＋Ａx2）／２
Ａy ＝（Ａy1＋Ａy2）／２
Ａz ＝（Ａz1＋Ａz2）／２
となる。
【００１５】
そして、加振器で与えられた各軸方向の励振力Ｆkx 、Ｆky 、Ｆkz は既知の値であるから、測定結果である上記の各加速度Ａx 、Ａy 、Ａz とその既知の励振力Ｆkx 、Ｆky 、Ｆkz とに基づいて、上記の測定治具８を含む系の全体の伝達関数Ｈが下記の（１）式で求められる。
【式１】

【００１６】
上記の伝達関数Ｈとして、加速度と励振力との関係が求められたので、つぎに、回転軸２を回転させて、すなわち振動発生体１を動作させて振動を生じさせる。その場合の励振力を求めるために、先ず、前記各センサー９によって加速度Ａwx1 、Ａwx2 、Ａwy1 、Ａwy2 、Ａwz1 、Ａwz2 が測定される。そして、各軸方向の平均値として被測定点Ｏでの加速度が求められる。
Ａwx＝（Ａwx1 ＋Ａwx2 ）／２
Ａwy＝（Ａwy1 ＋Ａwy2 ）／２
Ａwz＝（Ａwz1 ＋Ａwz2 ）／２
【００１７】
そして、加速度と励振力との関係が伝達関数Ｈとして求められているので、振動発生体１を動作させた場合に生じる励振力が、下記の（２）式によって求められる。
【式２】

【００１８】
こうした求められた各軸方向の励振力Ｆwx、Ｆwy、Ｆwzが、被測定点Ｏについての励振力であり、回転軸２を回転させた場合に、ベアリング３およびホルダーを介して外部に作用する力である。したがって上記の方法によれば、上記の回転軸２の中心部のように、加振器やセンサーを直接取り付けることができない部位が被測定点となるような場合であっても、動作した場合の振動で生じる励振力（実質上無限大の質量体に対して作用する加振力）を正確に測定することができる。
【００１９】
なお、上記の具体例では、回転軸を貫通させたベアリングを例に採って説明したが、この発明は、上記の具体例に限定されないのであって、一方向クラッチや粘性流体継手、等速自在継手などの被測定部位がケースなどの内部にある部材を対象として実施することができる。特に、前述したフランジ部のような他の部材に対する取り付け部が、被測定部位に対して対称形状となる部材の励振力の測定に有効である。また、上記の具体例では、振動に関する物理量として加速度を測定することとしたが、これに替えてもしくはこれに加えて振動速度などの他の物理量を測定して励振力の演算に使用してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、供試体である振動発生体を、所定の治具によって囲んで保持し、既知の励振力で加振した場合の振動に関する物理量を、被測定点について直交する各座標軸方向などの所定方向毎の点対称となる治具上の複数点で測定し、その物理量の平均値として前記所定方向毎の振動に関する測定結果を求め、その測定結果と既知の励振力とに基づいて伝達関数を求め、ついで、加振器に替えて振動発生体を動作させて振動を生じさせ、その際の振動についての物理量を前記複数点で測定し、その測定結果と前記伝達関数とに基づいて、振動発生体による励振力を求めるので、被測定点に対する直接的な振動の入力や被測定点での直接的な測定をおこなうことができなくても、正確に励振力を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の方法で対象とする振動発生体の一例を示す模式図である。
【図２】その振動発生体を測定治具にセットした状態の正面図である。
【図３】その振動発生体を測定治具にセットした状態の斜視図である。
【符号の説明】
１…振動発生体、２…回転軸、３…ベアリング、８…測定治具。

Claims

動作することにより振動を発生する振動発生体をその非動作状態で加振器によって加振し、その振動発生体の振動に伴う物理量を測定し、得られたデータに基づいて前記振動発生体の励振力を求める振動発生体の励振力測定方法において、
振動発生体を測定治具によって囲んで保持し、その測定治具を介して前記振動発生体に所定方向から既知の励振力で振動を与えるとともに、前記振動発生体における被測定点について点対称となる、前記治具上の複数箇所で振動に関する物理量を測定し、前記所定方向毎の測定結果を該所定方向で互いに点対称となる前記複数箇所で得られた前記物理量の平均値として求め、その測定結果と前記既知の励振力とに基づいて前記測定治具を含む振動系の伝達関数を求め、さらに前記振動発生体を動作させるとともに前記複数箇所で前記各座標軸方向毎の振動に関する物理量を測定し、前記所定方向毎の測定結果を該所定方向で互いに点対称となる前記複数箇所で得られた前記物理量の平均値として求め、その測定結果と前記伝達関数とに基づいて前記振動発生体による励振力を求めることを特徴とする振動発生体の励振力測定方法。
前記測定治具が、直交３軸座標の各座標軸に垂直な面を備えるとともに、前記既知の励振力によって各座標軸方向に振動を与え、前記測定結果は、前記各座標軸方向毎に該各座標軸方向で互いに点対称となる前記複数箇所で得られた前記物理量の平均値として求めることを特徴とする請求項１に記載の振動発生体の励振力測定方法。