JP3738593B2 - Method for measuring excitation force of vibration generator - Google Patents

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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンやトランスミッションあるい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起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】
このように供試体を治具に取り付けると、その治具を含んだ全体が振動系を構成することになるから、供試体独自の振動特性を知るには、治具の影響を除去する何らかの処理が必要である。また治具の影響を完全には除去できず、そのため供試体の振動特性を求めるには困難な作業や処理を余儀なくされ、さらには正確な振動特性を得ることが困難である。
【0005】
これは、振動する供試体が治具などの支持構造体に与える力を測定する場合においても同様であり、治具が供試体を含む系全体の振動特性に影響を与えるので、供試体の支持構造が異なれば、供試体から支持構造に作用する力(伝達力)が相違し、結局、治具を特定した相対値しか得られない。
【0006】
さらに加振器による起振力を求める場合、前述した治具などの所定の対象物を加振し、その際の両者の間で生じる力を測定し、これを加振器で発生する起振力としている。しかしながら、その力は治具が振動することにより治具の特性が含まれており、結局は、治具を特定した相対値しか得られない。
【0007】
このような不都合を解消するために、加振器や供試体による加振力の絶対値、すなわち質量が無限大の相手材を加振した場合に相手材に対して作用する加振力(励振力)を測定するための方法および装置を、本出願人は既に提案した。その提案に係る方法は、加振器によって加振した場合の加速度がゼロ近傍の点の加振力を測定し、これを加振器の励振力とする方法である。このようにして励振力の知られた加振器によって、所定の治具に取り付けた供試体をその治具と共に加振し、その際の加速度や力を測定し、その振動系の伝達関数を求める。ついで、供試体を動作させ、それに伴う振動の加速度や力を測定する。そして既知の励振力とその励振力で加振した場合の力や加速度との関係すなわち伝達関数が知られているので、供試体を動作させて得られた加速度や力を、その伝達関数で除することにより、供試体による加振力の絶対値すなわち励振力を求めることができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上述した本出願人の提案による方法・装置においても、供試体を治具によって支持し、その状態で加振器によって加振し、また供試体を動作させ、その状態で加速度や力を測定する。その場合、治具が三次元方向に振動し、測定方向に対し、これとは異なる方向の振動に伴う加速度が外乱として作用することがある。その結果、治具のこのような挙動が原因となって測定誤差が生じる可能性があった。
【0009】
また、前述した本出願人が提案した方法では、加振器で加振し、所定のデータを得た後に、供試体を動作させるが、これは、既知の励振力で加振してその振動系の伝達関数を求め、その伝達関数の逆数を用いて供試体の励振力を求めるためである。したがって、加振器で加振する場合の振動特性と供試体を動作させる場合の振動特性とが同一である必要があり、そのために供試体を動作させる場合であっても、加振器を治具に連結しておく必要が生じる。そのために、例えば、X,Y,Zの各軸方向での測定をおこなう場合には、3台の加振器を必要とすることになって測定に要する設備や費用が増大し、しかも加振器は一般に、加振方向に対して直交する方向に対しては高剛性な構造であるから、互いに直交する3方向に加振器を連結したままとすると、各加振器が互いに干渉していずれの方向にも振動させることができなくなる不都合がある。
【0010】
この発明は、上記の事情を背景としてなされたものであり、振動発生体による励振力を高精度に測定することのできる方法を提供することを目的とするものである。
【0011】
【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において、測定すべき振動の周波数範囲の最低値の約1/4より低い共振点となる弾性支持体によって前記振動発生体を下側から支えるとともに、その振動発生体に前記加振器を所定の接続ブロックを介して連結して振動発生体を加振し、かつその振動発生体の振動に伴う物理量を測定することを特徴とする方法である。
【0012】
したがって請求項1の発明において、供試体である振動発生体と加振器とが所定の接続ブロックを介して連結され、両者の間には振動系を構成する部材が介在しない。ここで接続ブロックは系の振動特性に大きな影響を与えない小型のものであり、その結果、加振器で振動発生体を加振した場合および振動発生体を動作させた場合のそれぞれで得られるデータに含まれる外乱が少なくなり、高精度の測定が可能になる。
【0013】
また、請求項2の発明は、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、また前記振動発生体を動作させ、これら加振器による加振時と振動発生体の動作時と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、前記振動発生体を動作させる際には、前記加振器の可動部と同じ質量の質量体を前記加振器に替えて前記振動発生体に付加することを特徴とする方法である。
【0014】
したがって請求項2の発明においては、振動発生体を動作させて振動を生じさせる場合、加振器が不要であるが、これに替わる質量体が連結されているので、加振器で振動発生体を加振する場合と同様もしくは実質的に同様な振動系となる。その質量体は、一例として、加振器の可動部と同じ質量分を増した接続ブロックであり、そのため、測定誤差を生じさせることなく加振器を取り外すことができ、また加振器の必要数を少なくして測定装置のコストの低廉化を図ることができる。
【0015】
さらに、請求項3の発明は、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において、測定するべき振動の方向に対して剛性が低く、かつその方向に対して交差する方向での剛性が高い支持部材によって前記振動発生体を保持した状態で、前記振動発生体を加振し、もしくは振動発生体を動作させて振動に伴う物理量を測定することを特徴とする方法である。
【0016】
したがって請求項3の発明においては、振動発生体を支持部材によって保持し、その状態で加振器によって加振し、もしくは振動発生体を動作させて振動を生じさせ、かつ必要な物理量を測定するが、その支持部材の剛性が、測定するべき振動の方向に対して低く、これに交差する方向で高いので、得られるデータに含まれるノイズ成分が少なくなり、その結果、測定精度が高くなる。
【0017】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を図面を参照してより具体的に説明する。この発明の方法は、前述したように、本出願人が既に提案した方法を前提として実施できるものであるから、先ず、その前提とする方法について簡単に説明する。
【0018】
本出願人が既に提案した方法は、加振器の励振力すなわち無限大の質量を加振した場合の加振力を測定し、その既知の励振力で供試体である振動発生体を加振した場合の伝達関数を求める。ついで、供試体を動作させて振動を生じさせ、得られたデータを伝達関数で除することにより、供試体の励振力を求める。
【0019】
その加振器の励振力は、加振器で適宜の振動体を加振した場合の共振点の間に存在する振動加速度がゼロの点での加振力である。図2は加振器1で治具2を加振している状態を模式的に示しており、この加振器1は、例えば永久磁石を備えたアーマチャの外周側に電磁コイルを配置し、その電磁コイルに適宜の周波数の交流電流を印加することにより、軸線方向に前後動する推力をアーマチャに生じさせるように構成されている。また、治具2は、図示の例では、比較的面積の広い平板体であって、図3に示すようにマトリックス状に多数の測定点3が設けられている。この治具2は、図2に示すように定盤4上に垂直に立てて所定のブロック5によって保持され、加振器1が連結されて加振される。ここで、比較的面積の広い平板体である治具2を加振することとしたのは、このように平板体は複雑に振動して多数の共振点を持っているため、加速度がゼロもしくはその近傍の点も多数有り、その結果、その点での加振力であるデータが多数得られるからである。
【0020】
上記の加振器1で治具2を加振して加振点の加速度を測定する。得られた加速度と周波数との関係は例えば図4に示すようになる。すなわち加速度が極大値となる共振点の間に加速度がゼロ近傍になる点が存在する。その加速度がゼロ近傍になる周波数での加振力を所定のグラフ上にプロットする。そして、こうして求められた加振力の中間の値を、近似曲線で補間する。その近似式の一例は、
【式1】

Figure 0003738593
で示され、最小二乗法によりω0 、ζ、FK4j(0)の3つの未知数を決定する。なお、ω0 は加振器アーマチャ共振周波数、ζは加振器アーマチャ減衰係数、FK4j(0)は加振力(強制力)の0切片であり、式1ではこれらを未知数として取り扱う。
【0021】
実質的に無限大の質量を加振した場合の励振力は、ある周波数までは周波数が高いほど増大し、したがって上記のようにして加速度ゼロ近傍の点での加振力をつないだ線が、実質的に無限大の質量体を加振した場合の各周波数での加振力を表す。なお、このような無限大の質量体を加振した場合の加振力は、複数の加振入力レベルごとに求める。このようにして求めた周波数ωごとの励振力Fの例を図5に示してある。
【0022】
この発明の方法では、このようにして励振力の知られた加振器1によって振動発生体である供試体6を加振し、その際の各周波数ごとの加振力や加速度などの振動に伴う物理量を測定する。その供試体6の加振状態を図1に示してある。すなわち基台7,7の上に、弾性支持部材であるエアーバネ8,8が固定されており、そのエアーバネ8,8の上に供試体6が載せられている。これらのエアーバネ8,8は、供試体6を下から支持する部材であって、供試体6の3次元方向への移動を自由に生じさせるように構成されており、特にその共振点は、測定するべき振動周波数の範囲の最低値の約1/4よりも低周波数側になるように設定されている。なお、共振点がこの程度に低い構造のものであれば、エアーバネ8,8以外の支持部材であってもよい。
【0023】
一方、加振器1は、所定の基台9上に載せて固定し、そのアーマチャを供試体6の予め決めた加振箇所に接続ブロック11を介して連結する。そしてその加振点にインピーダンスヘッド(3軸加速度センサー)などのセンサー10を取り付ける。この状態で加振器1に適宜の周波数の交流電流を印加して供試体6を加振し、その際に検出された加速度と加振器1の励振力とに基づいて伝達関数を求める。なお、加速度や加振力の測定は、互いに直交するX,Y,Zの3つの方向のいずれかの方向に加振している場合に3方向のすべてについて加速度や加振力を測定し、これをX,Y,Zの3方向の加振の際にそれぞれおこなう。結局、1つの測定部位について9つの測定をおこなう。なお、接続ブロック11は、系の振動特性に影響を与えない小型のものである。
【0024】
その場合、供試体6を含む系全体の振動特性を変化させないために、X,Y,Zの3方向の加振をおこなうための加振器1をそれぞれ取り付けたままとすることが必要となる。しかしながら、加振器1のアーマチャは一方向にのみ往復運動するように構成されているので、互いに直交する3方向に加振器1を連結した状態では、各アーマチャに対する直交方向の振動が規制されるために、結局、いずれの方向にも自由な振動ができなくなってしまう。そこで、このような不都合を解消するために、供試体6を運転する場合には図6に示すように、加振器1に替えて、加振器1の可動部の質量分だけ重くした接続ブロック11を、供試体6に取り付ける。このようにすれば、供試体1の自由な振動が規制されないので、正確な振動の測定をおこなうことができる。
【0025】
加振器1によって供試体6を加振し、所定のデータを取った後、供試体6を動作させ、その際の振動について、各周波数ごとに、かつX,Y,Zの3方向の加速度を測定する。得られた加速度をA、前記伝達関数をHとすると、供試体6が動作することにより振動で発生する励振力Fは、
【式2】
Figure 0003738593
の行列式の演算で求められる。
【0026】
上記のようにして測定をおこなうこの発明に係る上記の方法では、加振器1が供試体6に小型の接続ブロック11のみが連結されているので、外乱要因が少なくなる。また、供試体6を支持しているエアーバネ8により系の共振点が低くなるので、測定データに基台7からの外乱が入らず、もしくは無視できる程度に抑制される。その結果、上記の方法では、高精度な測定をおこなうことができる。
【0027】
ところで供試体を加振する場合や供試体を動作させて振動を生じさせる場合、その供試体を何らかの手段で支持する必要があり、上述した例では、エアーバネによって下側から支える構造とした。この発明では、これに替えて、以下に述べる構造の支持部材を使用して供試体6を支持して測定をおこなってもよい。
【0028】
すなわちセンサーが所定の測定方向に往復移動することにより加速度を測定することができるのであるから、測定方向とは異なる方向にセンサーが移動すれば、これが外乱となって測定精度が低下することになる。したがって供試体を支持する支持部材の剛性を、測定方向に対して低く、これとは異なる方向では高くすれば、センサーが測定方向以外には移動しにくくなって、検出される信号に含まれるノイズ成分が小さくなる。
【0029】
図7に示す構成の支持部材12は、リング状の基体部13における中心軸線に沿う方向の支持剛性を低くし、これとは異なる方向での支持剛性を高くした構造のものである。すなわち基体部13の円周上の4箇所で鉛直線に対して45度傾斜した位置に、基体部13の半径方向で互いに対向する薄板状のそれぞれ1対のアーム14が、軸線方向に延びて取り付けられ、各アーム14の先端部にブロック15が取り付けられている。また、各ブロック15には、基体部13の軸線方向に直角で互いに対向する薄板状のそれぞれ1対のサブアーム16が、基体部13の中心軸線に向けて延びて取り付けられている。これらのサブアーム16の先端部に、基体部13の中心軸線に中心部を一致させた可動ブロック17が取り付けられている。
【0030】
したがって、前記ブロック15を基体部13に対して取り付けている各アーム14は、その板厚方向に対して容易に変形するがその幅方向(面方向)には殆ど変形しないうえに、これらのアーム14が互いに円周方向に90度の間隔で設けられているので、全体として上下方向および左右方向に対しての剛性が高く、これらの方向への移動が規制される。また、前記ブロック15から中心軸線方向に延びたサブアーム16は、その板厚方向にのみ変形しやすい構造であるから、結局、その先端部に取り付けられた可動ブック17は、基体部13の軸線方向に対して低剛性で支持され、これとは直交する方向に対して高剛性で支持されている。
【0031】
この支持部材12を使用した供試体6についての振動の測定状態を図8に示してある。供試体6は、前記可動ブロック17から突出された連結桿18の先端部に固定され、懸吊状態で保持されている。これに対して加振器1は、その可動ブック17に前記基体部13の中心軸線に沿って連結され、さらに可動ブロック17に加速度センサーなどのセンサー10が取り付けられている。したがって測定方向は図8の左右方向すなわち基体部13の中心軸線に沿う方向である。
【0032】
図8に示す状態で加振器1を駆動して供試体6を加振し、あるいは供試体6を動作させて振動させた場合、加振器1および供試体6を連結してある可動ブロック17が、前記基体部13の軸線方向に容易に変位し、これとは異なる方向に対して高い剛性で支持されていて変位しにくくなっているので、可動ブロック17に取り付けられているセンサー10によって得られる信号中のノイズ成分が少なくなる。例えば、加振器1で加振した場合の加速度は、図9に示すように、測定方向では比較的低い周波数域で高い値を示し、これとは異なる方向では高い周波数域で大きくなる。したがって図9に示す低周波数域fでは、S/N比が大きくなるので、この範囲のデータを使用することにより、高精度の測定をおこなうことができる。
【0033】
なお、ノイズあるいはクロストークは、センサーが測定方向とは異なる方向に振動することによって生じるから、支持部材はこのようなセンサーの挙動を防止するために、剛性の異方性を備えていれば良く、したがって図10に示す構成であっても良い。この図10に示す構成を具体的に説明すると、基盤19の上にベアリング式のリニアスライダー20が取り付けられており、可動部21がそのリニアスライダー20の可動部分に取り付けられている。
【0034】
振動の測定をおこなう場合、その可動部21に加振器および供試体が連結され、供試体はこの可動部21を介して支持される。また、センサーはこの可動部21に取り付けられる。したがってセンサーは、可動部21と共に一方向にのみ容易に変位し、これとは異なる方向に対して移動が規制されるので、ノイズに対してシグナルが充分高くなり、その結果、図7に示す支持部材12を用いる場合と同様に、高精度の測定をおこなうことができる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1の発明によれば、供試体である振動発生体と加振器とが所定の接続ブロックを介して連結されるので、加振器で振動発生体を加振した場合および振動発生体を動作させた場合のそれぞれで得られるデータに含まれる外乱が少なくなり、高精度の測定が可能になる。
【0036】
また、請求項2の発明によれば、振動発生体を動作させて振動を生じさせる場合、加振器が不要であるが、これに替わる質量体が付加されているので、加振器で振動発生体を加振する場合と同様もしくは実質的に同様な振動系となり、そのため、測定誤差を生じさせることなく加振器を取り外すことができ、加振器の必要数を少なくして測定装置のコストの低廉化を図ることができ、また同時に高精度の測定をおこなうことができる。
【0037】
さらに、請求項3の発明によれば、振動発生体を支持部材によって保持し、その状態で加振器によって加振し、もしくは振動発生体を動作させて振動を生じさせ、かつ必要な物理量を測定するが、その支持部材の剛性が、測定するべき振動の方向に対して低く、これに交差する方向で高いので、得られるデータに含まれるノイズ成分もしくはクロストーク成分が少なくなり、その結果、精度の高い測定をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の方法を実施している状況の一例を示す図である。
【図2】 加振器による励振力を測定するために加振器で治具を加振する状態を示す側面図である。
【図3】 その治具の斜視図である。
【図4】 その治具を加振した場合の加速度の測定結果の一例を示す線図である。
【図5】 加振器の入力レベルごとの励振力の測定結果であるマップの例を示す図である。
【図6】 この発明の方法において加振器の可動部の質量分重くした接続ブロックを取り付けた状態を示す図である。
【図7】 この発明の方法を実施するために使用する支持部材の一例を示す斜視図である。
【図8】 その支持部材を使用したこの発明の方法の一例を示す側面図である。
【図9】 その加速度の測定結果を示す図である。
【図10】 この発明の方法で使用することのできる支持部材の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1…加振器、 2…治具、 6…供試体(振動発生体)、 8…エアーバネ、 10…センサー、 11…接続ブロック、 12…支持部材、 19…基盤、 20…リニアスライダー、 21…可動部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring an excitation force by a vibration generator that generates vibrations by operating an engine, a transmission, a propeller shaft, or the like.
[0002]
[Prior art]
In a device that performs rotational motion or linear reciprocating motion, such as an engine or a transmission, vibration occurs due to mass point deviation, elasticity of components, or play. Knowing the force that generates the vibration, that is, the vibration force and the frequency characteristics of the vibration is indispensable for the design and manufacture of devices and mounts for mounting these devices.
[0003]
Measurement of vibration characteristics for this purpose is conventionally performed by attaching a target device, that is, a specimen, to a predetermined jig, operating the specimen in that state, and measuring vibration acceleration and frequency at that time. In addition, the operating state of the specimen is simulated by vibrating the specimen attached to the jig with a vibrator, and the force acting between the specimen and the jig at that time, that is, the excitation force by the specimen is measured. It is also measured.
[0004]
When the specimen is attached to the jig in this way, the entire structure including the jig constitutes the vibration system. Therefore, in order to know the vibration characteristics unique to the specimen, some process to remove the influence of the jig is required. Further, the influence of the jig cannot be completely removed, so that it is necessary to carry out difficult operations and processing for obtaining the vibration characteristics of the specimen, and it is difficult to obtain accurate vibration characteristics.
[0005]
The same applies to the case where the force exerted by the vibrating specimen on the support structure such as a jig is measured, and the jig affects the vibration characteristics of the entire system including the specimen. If the structure is different, the force (transmission force) acting on the support structure from the specimen differs, and eventually only a relative value specifying the jig can be obtained.
[0006]
Furthermore, when obtaining the excitation force by the vibrator, the predetermined object such as the jig described above is vibrated, the force generated between the two is measured, and this is generated by the vibrator. It is power. However, the force includes the characteristics of the jig due to the vibration of the jig. Eventually, only a relative value specifying the jig can be obtained.
[0007]
In order to eliminate such inconvenience, the absolute value of the excitation force by the vibrator or specimen, that is, the excitation force (excitation) acting on the counterpart material when the counterpart material with infinite mass is vibrated The applicant has already proposed a method and apparatus for measuring force). The method according to the proposal is a method of measuring the excitation force at a point where the acceleration is zero when the vibration is applied by the vibrator, and using this as the excitation force of the vibrator. In this way, a test piece attached to a predetermined jig is vibrated together with the jig by a vibrator having a known excitation force, and the acceleration and force at that time are measured, and the transfer function of the vibration system is determined. Ask. Next, the specimen is moved and the acceleration and force of vibration associated therewith are measured. Since the relationship between the known excitation force and the force and acceleration when excited by that excitation force, that is, the transfer function is known, the acceleration and force obtained by operating the specimen are divided by the transfer function. By doing so, the absolute value of the excitation force by the specimen, that is, the excitation force can be obtained.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned method and apparatus proposed by the present applicant, the specimen is supported by a jig, vibrated by a vibrator in that state, and the specimen is operated, and acceleration and force are measured in that state. . In that case, the jig vibrates in a three-dimensional direction, and acceleration accompanying vibration in a direction different from the measurement direction may act as a disturbance. As a result, measurement errors may occur due to such behavior of the jig.
[0009]
In addition, in the method proposed by the applicant described above, the specimen is operated after being vibrated with a vibrator and obtaining predetermined data. This is because the vibration is generated by exciting with a known excitation force. This is because the transfer function of the system is obtained, and the excitation force of the specimen is obtained using the inverse of the transfer function. Therefore, it is necessary that the vibration characteristics when vibrating with the vibrator and the vibration characteristics when operating the specimen are the same, and even when the specimen is operated, the vibrator is controlled. It is necessary to connect to the tool. Therefore, for example, when measuring in each of the X, Y, and Z axes, three vibrators are required, which increases the equipment and cost required for the measurement, and further excites the vibrator. Generally, a vibrator has a high rigidity structure in a direction perpendicular to the excitation direction. Therefore, if the vibrators are connected in three directions perpendicular to each other, the vibrators interfere with each other. There is a disadvantage that it is impossible to vibrate in either direction.
[0010]
The present invention has been made against the background described above, and an object of the present invention is to provide a method capable of measuring the excitation force generated by the vibration generator with high accuracy.
[0011]
[Means for Solving the Problem and Action]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is that a vibration generator that generates vibrations when operated is vibrated by a vibrator in a non-operating state, and a physical quantity associated with the vibration of the vibration generators. In the method for measuring the excitation force of the vibration generator, the resonance point being lower than about ¼ of the lowest value of the frequency range of the vibration to be measured, The vibration generating body is supported from below by an elastic support body, and the vibration generating body is excited by connecting the vibration generator to the vibration generating body through a predetermined connection block. It is a method characterized by measuring a physical quantity accompanying vibration.
[0012]
Therefore, in the first aspect of the present invention, the vibration generator and the vibration exciter, which are specimens, are connected via a predetermined connection block, and no member constituting the vibration system is interposed between them. Here, the connection block is a small one that does not greatly affect the vibration characteristics of the system. As a result, the connection block can be obtained when the vibration generator is vibrated with the vibrator and when the vibration generator is operated. Disturbances included in the data are reduced, and highly accurate measurement is possible.
[0013]
The invention of claim 2 is to vibrated by the vibrator in its non-activated state vibration generator which generates by Ri vibrations to operate, also to operate the vibration generator member, by these vibrator In the method for measuring an excitation force of a vibration generator, the physical quantity associated with the vibration during the vibration and the operation of the vibration generator is measured, and the excitation force of the vibration generator is obtained based on the obtained data. when operating the is a method characterized by adding a quality-mer having the same mass and the movable portion of the vibrator before Symbol vibration generator in place of the vibrator.
[0014]
Therefore, in the second aspect of the present invention, when the vibration generator is operated to generate vibration, a vibration exciter is unnecessary, but a mass body that replaces this is connected. The vibration system is the same as or substantially the same as that in the case of vibrating. The mass body is, for example, a connection block that has the same mass as the movable part of the vibrator, so that the vibrator can be removed without causing measurement errors, and the need for a vibrator By reducing the number, the cost of the measuring device can be reduced.
[0015]
Further, the invention according to claim 3 is obtained by vibrating a vibration generator that generates vibration by operating with a vibrator in a non-operating state, and measuring a physical quantity associated with the vibration of the vibration generator. In the vibration generator excitation force measurement method for obtaining the excitation force of the vibration generator based on the data, the rigidity is low in the direction of the vibration to be measured and the rigidity in the direction intersecting the direction is high. In the state in which the vibration generating body is held by a supporting member, the vibration generating body is vibrated or the vibration generating body is operated to measure a physical quantity associated with vibration.
[0016]
Therefore, in the invention of claim 3, the vibration generator is held by the support member, and in that state, the vibration generator is vibrated by the vibrator, or the vibration generator is operated to generate vibration, and the necessary physical quantity is measured. However, since the rigidity of the support member is low with respect to the direction of vibration to be measured and high in the direction crossing this, the noise component contained in the obtained data is reduced, and as a result, the measurement accuracy is increased.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. As described above, the method of the present invention can be carried out on the premise of the method already proposed by the present applicant. Therefore, first, the presumed method will be briefly described.
[0018]
The method already proposed by the present applicant is to measure the excitation force of an exciter, that is, the excitation force when an infinite mass is vibrated, and to vibrate the vibration generator as a specimen with the known excitation force. The transfer function is obtained. Next, the specimen is operated to generate vibration, and the obtained data is divided by the transfer function to obtain the excitation force of the specimen.
[0019]
The excitation force of the vibration exciter is the excitation force at a point where the vibration acceleration existing between resonance points when a suitable vibrating body is vibrated with the vibration exciter is zero. FIG. 2 schematically shows a state in which the jig 2 is vibrated by the vibrator 1, and the vibrator 1 has an electromagnetic coil disposed on the outer peripheral side of an armature provided with a permanent magnet, for example. By applying an alternating current of an appropriate frequency to the electromagnetic coil, a thrust force that moves back and forth in the axial direction is generated in the armature. The jig 2 is a flat plate having a relatively large area in the illustrated example, and a large number of measurement points 3 are provided in a matrix as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the jig 2 is vertically held on a surface plate 4 and held by a predetermined block 5, and the vibrator 1 is connected and vibrated. Here, the reason for oscillating the jig 2 that is a flat plate having a relatively large area is that the flat plate vibrates in a complicated manner and has a large number of resonance points. This is because there are a large number of points in the vicinity, and as a result, a large number of data representing the excitation force at that point are obtained.
[0020]
The jig 2 is vibrated with the vibrator 1 and the acceleration at the vibration point is measured. The relationship between the obtained acceleration and frequency is as shown in FIG. 4, for example. In other words, there is a point where the acceleration becomes near zero between the resonance points where the acceleration becomes a maximum value. The excitation force at a frequency at which the acceleration becomes near zero is plotted on a predetermined graph. Then, an intermediate value of the excitation force thus obtained is interpolated with an approximate curve. An example of the approximate expression is
[Formula 1]
Figure 0003738593
The three unknowns ω0, ζ, and FK4j (0) are determined by the least square method. Ω0 is the vibrator armature resonance frequency, ζ is the vibrator armature damping coefficient, and FK4j (0) is the 0 intercept of the vibration force (forced force).
[0021]
When a substantially infinite mass is vibrated, the excitation force increases up to a certain frequency as the frequency increases. Therefore, the line connecting the excitation forces at points near zero acceleration as described above, It represents the exciting force at each frequency when a substantially infinite mass body is vibrated. The excitation force when such an infinite mass is vibrated is obtained for each of the plurality of excitation input levels. An example of the excitation force F for each frequency ω obtained in this way is shown in FIG.
[0022]
In the method of the present invention, the specimen 6 which is a vibration generating body is vibrated by the vibrator 1 having a known excitation force in this way, and the vibration such as the exciting force and acceleration at each frequency at that time is vibrated. Measure the physical quantity involved. The vibration state of the specimen 6 is shown in FIG. That is, air springs 8, 8 that are elastic support members are fixed on the bases 7, 7, and the specimen 6 is placed on the air springs 8, 8. These air springs 8 and 8 are members that support the specimen 6 from below, and are configured to freely cause the specimen 6 to move in the three-dimensional direction. In particular, its resonance point is measured. The frequency is set to be lower than about ¼ of the lowest value of the range of vibration frequencies to be performed. It should be noted that a support member other than the air springs 8 and 8 may be used as long as the resonance point has such a low structure.
[0023]
Meanwhile, vibrator 1, and fixed mounted on a predetermined base 9 is connected via a connecting block 11 that armature to predetermined vibration portion of the specimen 6. A sensor 10 such as an impedance head (3-axis acceleration sensor) is attached to the excitation point. In this state, an alternating current having an appropriate frequency is applied to the vibrator 1 to vibrate the specimen 6, and a transfer function is obtained based on the acceleration detected at that time and the excitation force of the vibrator 1. Note that the acceleration and excitation force are measured by measuring the acceleration and excitation force in all three directions when the excitation is in one of the three directions X, Y, and Z orthogonal to each other. This is performed in each of the three directions of X, Y, and Z. Eventually, nine measurements are performed for one measurement site. The connection block 11 is a small one that does not affect the vibration characteristics of the system.
[0024]
In that case, in order not to change the vibration characteristics of the entire system including the specimen 6, it is necessary to leave the vibrator 1 for vibrating in the three directions of X, Y, and Z attached. . However, since the armature of the vibrator 1 is configured to reciprocate only in one direction, in the state where the vibrator 1 is connected in three directions orthogonal to each other, vibration in the orthogonal direction with respect to each armature is restricted. As a result, free vibration is not possible in any direction. Therefore, in order to eliminate such inconvenience, when the specimen 6 is operated, as shown in FIG. 6, instead of the vibrator 1, the connection is made heavy by the mass of the movable part of the vibrator 1. The block 11 is attached to the specimen 6. In this way, since free vibration of the specimen 1 is not regulated, accurate vibration measurement can be performed.
[0025]
After the specimen 6 is vibrated by the vibrator 1 and predetermined data is taken, the specimen 6 is operated, and the vibration at that time is accelerated at each frequency and in three directions of X, Y, and Z. Measure. Assuming that the obtained acceleration is A and the transfer function is H, the excitation force F generated by the vibration due to the operation of the specimen 6 is
[Formula 2]
Figure 0003738593
It is calculated by the determinant of
[0026]
In the above-described method according to the present invention, in which the measurement is performed as described above, since only the small connection block 11 is connected to the specimen 6 in the vibrator 1, the disturbance factor is reduced. Further, since the resonance point of the system is lowered by the air spring 8 supporting the specimen 6, the disturbance from the base 7 does not enter the measurement data or is suppressed to a negligible level. As a result, the above method can perform highly accurate measurement.
[0027]
By the way, when the specimen is vibrated or when the specimen is operated to generate vibration, the specimen needs to be supported by some means. In the above-described example, the structure is supported from below by an air spring. In this invention, it may replace with this and may support and measure the specimen 6 using the supporting member of the structure described below.
[0028]
In other words, since the acceleration can be measured by reciprocating the sensor in a predetermined measurement direction, if the sensor moves in a direction different from the measurement direction, this becomes a disturbance and the measurement accuracy decreases. . Therefore, if the rigidity of the support member that supports the specimen is low in the measurement direction and high in a different direction, the sensor will not move easily in the direction other than the measurement direction, and noise included in the detected signal Ingredients become smaller.
[0029]
The support member 12 having the configuration shown in FIG. 7 has a structure in which the support rigidity in the direction along the central axis of the ring-shaped base portion 13 is lowered and the support rigidity in a direction different from this is increased. That is, a pair of thin plate-like arms 14 facing each other in the radial direction of the base portion 13 extend in the axial direction at positions inclined at 45 degrees with respect to the vertical line at four locations on the circumference of the base portion 13. A block 15 is attached to the tip of each arm 14. Each block 15 is attached with a pair of thin plate-like sub-arms 16 facing each other at right angles to the axial direction of the base portion 13 so as to extend toward the central axis of the base portion 13. A movable block 17 whose center is aligned with the center axis of the base body 13 is attached to the tip of these sub arms 16.
[0030]
Therefore, each arm 14 that attaches the block 15 to the base portion 13 is easily deformed in the thickness direction, but hardly deforms in the width direction (plane direction). Since 14 are provided at intervals of 90 degrees in the circumferential direction, the rigidity in the vertical direction and the horizontal direction is high as a whole, and movement in these directions is restricted. Further, since the sub arm 16 extending from the block 15 in the central axis direction is easily deformed only in the plate thickness direction, the movable book 17 attached to the front end portion of the sub arm 16 is eventually in the axial direction of the base body portion 13. Is supported with low rigidity, and is supported with high rigidity in a direction orthogonal thereto.
[0031]
FIG. 8 shows the vibration measurement state of the specimen 6 using the support member 12. The specimen 6 is fixed to the distal end portion of the connecting rod 18 protruding from the movable block 17, and is held in a suspended state. On the other hand, the vibrator 1 is connected to the movable book 17 along the central axis of the base portion 13, and a sensor 10 such as an acceleration sensor is attached to the movable block 17. Therefore, the measurement direction is the left-right direction in FIG. 8, that is, the direction along the central axis of the base portion 13.
[0032]
In the state shown in FIG. 8, when the vibrator 1 is driven to vibrate the specimen 6, or when the specimen 6 is operated and vibrated, the movable block in which the vibrator 1 and the specimen 6 are connected. 17 is easily displaced in the axial direction of the base portion 13 and is supported with high rigidity in a direction different from this, and is difficult to displace. Therefore, the sensor 10 attached to the movable block 17 The noise component in the obtained signal is reduced. For example, as shown in FIG. 9, the acceleration when the vibrator 1 vibrates shows a high value in a relatively low frequency region in the measurement direction, and increases in a high frequency region in a different direction. Therefore, since the S / N ratio becomes large in the low frequency region f shown in FIG. 9, it is possible to perform highly accurate measurement by using data in this range.
[0033]
Since noise or crosstalk is generated when the sensor vibrates in a direction different from the measurement direction, the support member only needs to have rigidity anisotropy in order to prevent such sensor behavior. Therefore, the configuration shown in FIG. The configuration shown in FIG. 10 will be specifically described. A bearing type linear slider 20 is attached on a base 19, and a movable portion 21 is attached to a movable portion of the linear slider 20.
[0034]
When vibration is measured, a vibrator and a specimen are connected to the movable part 21, and the specimen is supported via the movable part 21. The sensor is attached to the movable part 21. Therefore, the sensor is easily displaced only in one direction together with the movable portion 21, and the movement is restricted in a direction different from this, so that the signal with respect to noise becomes sufficiently high, and as a result, the support shown in FIG. As in the case of using the member 12, highly accurate measurement can be performed.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the vibration generator and the vibration exciter, which are the specimens, are coupled via the predetermined connection block, so the vibration generator is vibrated with the vibration exciter. The disturbance included in the data obtained in each of the case and the case of operating the vibration generator is reduced, and high-precision measurement is possible.
[0036]
According to the second aspect of the present invention, when the vibration generator is operated to generate vibration, a vibration exciter is unnecessary. However, since a mass body is added instead, vibration is generated by the vibration exciter. The vibration system is the same as or substantially the same as when the generator is vibrated, so that the vibrator can be removed without causing a measurement error, and the number of vibrators required is reduced. The cost can be reduced, and at the same time, highly accurate measurement can be performed.
[0037]
Further, according to the invention of claim 3, the vibration generator is held by the support member, and in that state, the vibration generator is vibrated by the vibrator, or the vibration generator is operated to generate vibration, and the necessary physical quantity is obtained. Although the rigidity of the supporting member is low with respect to the direction of vibration to be measured and high in the direction crossing this, the noise component or the crosstalk component included in the obtained data is reduced, and as a result, Highly accurate measurement can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a situation in which a method of the present invention is implemented.
FIG. 2 is a side view showing a state in which a jig is vibrated by a vibration exciter in order to measure an excitation force by the vibration exciter.
FIG. 3 is a perspective view of the jig.
FIG. 4 is a diagram showing an example of an acceleration measurement result when the jig is vibrated.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a map that is a measurement result of excitation force for each input level of a vibrator.
FIG. 6 is a view showing a state in which a connection block having a mass of a movable part of a vibrator is attached in the method of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing an example of a support member used for carrying out the method of the present invention.
FIG. 8 is a side view showing an example of the method of the present invention using the supporting member.
FIG. 9 is a diagram showing a measurement result of the acceleration.
FIG. 10 is a perspective view showing another example of a support member that can be used in the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exciter, 2 ... Jig, 6 ... Specimen (vibration generating body), 8 ... Air spring, 10 ... Sensor, 11 ... Connection block, 12 ... Supporting member, 19 ... Base, 20 ... Linear slider, 21 ... movable part.

Claims (3)

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、
測定すべき振動の周波数範囲の最低値の約1/4より低い共振点となる弾性支持体によって前記振動発生体を下側から支えるとともに、その振動発生体に前記加振器を所定の接続ブロックを介して連結して振動発生体を加振し、かつその振動発生体の振動に伴う物理量を測定することを特徴とする振動発生体の励振力測定方法。
A vibration generator that generates vibration by operating is vibrated by a vibration exciter in its non-operating state, and a physical quantity associated with the vibration of the vibration generator is measured, and based on the obtained data, the vibration generator In the method for measuring the excitation force of a vibration generator for obtaining the excitation force,
The vibration generator is supported from below by an elastic support having a resonance point lower than about 1/4 of the minimum value of the frequency range of vibration to be measured, and the vibration generator is connected to the vibration generator by a predetermined connection block. A method for measuring an excitation force of a vibration generator, characterized in that the vibration generator is vibrated by being connected to each other and a physical quantity associated with the vibration of the vibration generator is measured.
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、また前記振動発生体を動作させ、これら加振器による加振時と振動発生体の動作時と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、
前記振動発生体を動作させる際には、前記加振器の可動部と同じ質量の質量体を前記加振器に替えて前記振動発生体に付加することを特徴とする振動発生体の励振力測定方法。
It vibrated by a vibrator in its non-activated state vibration generator which generates by Ri vibrations to operate, also to operate the vibration generator member, the operation of these shaker by pressing Futoki the vibration generator In the method for measuring the excitation force of the vibration generator, the physical quantity associated with vibration with time is measured, and the excitation force of the vibration generator is determined based on the obtained data.
Wherein when operating the vibration generator is a vibration generating body characterized by adding a quality-mer having the same mass and the movable portion of the vibrator before Symbol vibration generator in place of the vibrator Excitation force measurement method.
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、
測定するべき振動の方向に対して剛性が低く、かつその方向に対して交差する方向での剛性が高い支持部材によって前記振動発生体を保持した状態で、前記振動発生体を加振し、もしくは振動発生体を動作させて振動に伴う物理量を測定することを特徴とする振動発生体の励振力測定方法。
A vibration generator that generates vibration by operating is vibrated by a vibration exciter in its non-operating state, and a physical quantity associated with the vibration of the vibration generator is measured, and based on the obtained data, the vibration generator In the method for measuring the excitation force of a vibration generator for obtaining the excitation force,
Exciting the vibration generator in a state where the vibration generator is held by a support member having low rigidity with respect to the direction of vibration to be measured and high rigidity in a direction intersecting the direction, or A method for measuring an excitation force of a vibration generator, wherein the physical quantity associated with the vibration is measured by operating the vibration generator.
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