JP5623304B2

JP5623304B2 - 振動試験装置

Info

Publication number: JP5623304B2
Application number: JP2011021116A
Authority: JP
Inventors: 伸吾行田; 栄生伊
Original assignee: Toyota Motor Corp; Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2011-02-02
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2031-02-02
Also published as: JP2012159476A

Description

本発明は、被試験物に振動を与える振動試験装置の技術に関する。

従来、振動試験装置は、振動試験を行う試験装置として公知である。振動試験では、振動試験装置によって、被試験物である製品または部品に振動を与える。振動試験とは、実際の使用環境において、製品または部品が被る振動・衝撃を想定し、耐振性または動特性の評価をする試験である。例えば、特許文献１は、被試験物に２軸の振動を与える多軸型の振動試験装置を開示している。ここで、２軸の振動とは、水平方向および上下方向の振動のことをいう。

自動車の足回り部品（アブソーバまたはエンジンマウント等）は、部品単位で振動試験によって動特性の評価が行われる。自動車の足回り部品は、タイヤノイズまたはエンジン振動を評価する必要があるため、上下軸方向では、１０〜１０００Ｈｚの周波数領域（高周波領域）での振動による評価が必要とされる。一方、水平方向では、一般的な１０〜３００Ｈｚの周波数領域（中周波領域）での振動による評価が行われる。

従来、自動車の足回り部品は、リジッドフレーム方式の試験装置によって、２軸（上下方向および水平方向）の中周波領域の試験を行っていた。しかし、リジッドフレーム方式の試験装置では、１０００Ｈｚの振動を与えるために、フレームの剛性を上げることが物理的に不可能である。そのため、自動車の足回り部品は、別途、フローティングマス方式の試験装置によって、１軸の高周波領域の試験を行っていた。一方、フローティングマス方式の試験装置では、その構造上、１軸（上下軸方向）の振動試験しか行うことができない。

つまり、自動車の足回り部品は、少なくとも２台の振動試験装置によって動特性の評価が行われるものであり、１台の振動試験装置によって動特性の評価を行うことができなかった。言い換えれば、１台の振動試験装置によって、自動車の足回り部品を動特性の評価を行うには、２軸の振動を与え、１軸は少なくとも１０００Ｈｚまでの高周波領域の振動を与えることができる振動試験装置が必要である。

特開２００８−０８２９３６号公報

本発明の解決しようとする課題は、２軸の振動を与え、１軸は少なくとも１０００Ｈｚまでの高周波領域の振動を与えることができる振動試験装置を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、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においては、被試験物に振動を与える振動試験装置であって、前記被試験物を下方から支持する振動台と、前記被試験物を前記振動台を介して水平方向に振動させる水平振動アクチュエータと、前記被試験物を前記振動台を介して上下方向に振動させる上下振動アクチュエータと、前記被試験物を上方から支持する反力フレームと、前記振動台を支持する振動台支持フレームに支持される水平支持フレームと、前記水平支持フレームに空気バネを介して支持されるカウンタウェイトと、前記反力フレームと前記水平支持フレームとの締結と、締結の解除とが可能な水平支持フレーム締結装置と、前記反力フレームと前記カウンタウェイトとの締結と、締結の解除とが可能なカウンタウェイト締結装置と、を具備するものである。

本発明の振動試験装置によれば、２軸の振動を与え、１軸は少なくとも１０００Ｈｚまでの高周波領域の振動を与えることができる。

本発明の実施形態に係る振動試験装置の全体的な構成を示した構成図。同じく振動試験装置の制御構成を示した構成図。同じく振動試験装置の２つのフレームパターンを示した構成図。同じく振動試験装置による振動試験制御の流れを示すフロー図。

図１を用いて、振動試験装置１０について説明する。
なお、振動試験装置１０は、図１の左上に示す２つの水平方向（加振方向および保持方向）および上下方向に従って、各方向が定義されるものとする。また、以下では、２つの物体間の関係を表す表現として、固設されている、または、締結されているとは、同一の振動系である、すなわち振動系において両者が１物体とみなされる関係をいう。

振動試験装置１０は、本発明の振動試験装置の実施形態である。振動試験装置１０は、被試験物に振動を与える装置である。本実施形態の振動試験装置１０は、自動車工場に設置され、被試験物であるアブソーバＳに振動を与え、アブソーバＳの部品単位で動特性の評価を行うものとされている。なお、アブソーバＳは、自動車の足回り部品の１つである。

振動試験装置１０は、加振ユニット２０と、フレームユニット３０と、コントローラ５０（図２参照）と、を具備している。加振ユニット２０は、振動台２１を水平方向または上下方向に振動させるユニットである。

加振ユニット２０は、振動台２１と、下方支持部材２２と、振動台支持フレーム２３と、脚２４・２４と、水平振動アクチュエータ４１と、上下振動アクチュエータ４２と、を具備している。

振動台２１は、水平振動または上下振動することによって、アブソーバＳに振動を与えるものである。振動台２１の水平方向の一側は、連結部４１Ａを介して、水平振動アクチュエータ４１に接続されている。振動台２１の下側は、連結部４２Ａを介して、上下振動アクチュエータ４２に接続されている。振動台２１の上側には、下方支持部材２２が固設されている。

下方支持部材２２は、振動台２１の振動をアブソーバＳに伝達するものである。下方支持部材２２の下側は、振動台２１に固設されている。下方支持部材２２の上側には、アブソーバＳが固設されている。このような構成とすることで、アブソーバＳは、振動台２１からの振動をアブソーバＳに伝達可能な状態で、振動台２１に下方から支持されることとなる。

振動台支持フレーム２３の中央上部には、振動台２１が配置されている。振動台支持フレーム２３の水平方向の一側には、水平振動アクチュエータ４１が支持されている。振動台支持フレーム２３の水平方向の他側は、振動台２１が上下および水平加振と干渉することなく支持されている。振動台支持フレーム２３の下側には、上下振動アクチュエータ４２が支持されている。振動台支持フレーム２３の上側であって水平方向の両側には、後述する支柱３３・３３が立設されている。

脚２４・２４は、振動試験装置１０を支持するものである。脚２４・２４は、空気バネ２５・２５を介して、振動台支持フレーム２３を支持している。

水平振動アクチュエータ４１は、加速度、振幅、周期を変化させながら、振動台２１に水平方向の振動を与える（水平振動を行う）装置である。水平振動アクチュエータ４１と振動台２１とは、連結部４１Ａによって、上下振動と干渉なく振動台２１に振動を与えることができる。

上下振動アクチュエータ４２は、加速度、振幅、周期を変化させながら、振動台２１に上下方向の振動を与える（上下振動を行う）装置である。上下振動アクチュエータ４２と振動台２１とは、水平振動時には絶縁されるものとする。

フレームユニット３０は、水平上下振動または上下振動の加振パターンに応じて、水平振動フレームまたは上下振動フレームを構成するものである。水平振動フレームとは、水平振動時にアブソーバＳと同一の振動系を構成するフレームである。上下振動フレームとは、上下振動時にアブソーバＳと同一の振動系を構成するフレームである。水平振動フレームおよび上下振動フレームについて、詳しくは後述する。

フレームユニット３０は、反力フレーム３１と、上方支持部材３２と、支柱３３・３３と、水平支持フレーム３４と、空気バネ３５・３５と、カウンタウェイト３６と、水平支持フレーム締結装置４３と、カウンタウェイト締結装置４４と、ロードセル４５（図２参照）と、を具備している。

反力フレーム３１は、アブソーバＳに与えられた振動を受け止めるものである。反力フレーム３１は、水平支持フレーム締結装置４３を介して、水平支持フレーム３４と接続されている。反力フレーム３１は、カウンタウェイト締結装置４４を介して、カウンタウェイト３６と接続されている。反力フレーム３１の下側には、上方支持部材３２が固設されている。反力フレーム３１には、ロードセル４５（図２参照）が内蔵されている。

上方支持部材３２は、アブソーバＳに与えられた振動を反力フレーム３１に伝達するものである。上方支持部材３２の上側は、反力フレーム３１に固設されている。上方支持部材３２の下側には、アブソーバＳが固設されている。このような構成とすることで、アブソーバＳは、アブソーバＳの振動を反力フレーム３１に伝達可能な状態で、反力フレーム３１に上方から支持されることとなる。

支柱３３は、振動台支持フレーム２３に固設されている。支柱３３の上側には、水平支持フレーム３４が固設されている。

水平支持フレーム３４は、水平振動フレームを構成するものであって、軽量に構成されている。水平支持フレーム３４の下側は、支柱３３・３３に固設されている。水平支持フレーム３４は、空気バネ３５・３５を介して、カウンタウェイト３６を支持している。水平支持フレーム３４は、反力フレーム３１を支持しており、水平支持フレーム締結装置４３を介して反力フレーム３１と接続可能に構成されている。

空気バネ３５は、圧縮空気の弾力性を利用したバネ装置あって、低いバネ定数によって振動が絶縁されている。なお、空気バネ２５も同様のバネ装置である。

カウンタウェイト３６は、上下振動フレームを構成するおもりであって、高い剛性を備えている。カウンタウェイト３６は、空気バネ３５・３５を介して、水平支持フレーム３４によって支持されているので、水平支持フレーム３４から振動が絶縁されている。カウンタウェイト３６は、カウンタウェイト締結装置４４を介して、反力フレーム３１と接続されている。

水平支持フレーム締結装置４３は、油圧シリンダの作動によって、反力フレーム３１と水平支持フレーム３４とを締結する、あるいは、締結を解除する装置である。水平支持フレーム締結装置４３の詳細な構成については、説明を省略する。

カウンタウェイト締結装置４４は、油圧シリンダの作動によって、反力フレーム３１とカウンタウェイト３６とを締結する、あるいは、締結を解除する装置である。カウンタウェイト締結装置４４の詳細な構成については、説明を省略する。

ロードセル４５は、振動試験装置１０がアブソーバＳに与える振動を検出するセンサーである。ロードセル４５とは、力（質量またはトルク）を検出するセンサーであって、力が加えられると、力を電気信号に変換するものである。

図２を用いて、振動試験装置１０の制御構成について説明する。
コントローラ５０には、水平振動アクチュエータ４１と、上下振動アクチュエータ４２と、水平支持フレーム締結装置４３と、カウンタウェイト締結装置４４と、ロードセル４５と、が接続されている。

このような構成とすることで、コントローラ５０は、水平振動アクチュエータ４１によって振動台２１に水平振動を与え、下方支持部材２２を介して、アブソーバＳに振動台２１の水平振動を与えることができる。また、コントローラ５０は、上下振動アクチュエータ４２によって振動台２１に上下振動を与え、下方支持部材２２を介して、アブソーバＳに振動台２１の上下振動を与えることができる。さらに、コントローラ５０は、ロードセル４５によって、水平振動アクチュエータ４１または上下振動アクチュエータ４２がアブソーバＳに与える振動を検出することができる。

また、コントローラ５０は、水平支持フレーム締結装置４３によって、反力フレーム３１と水平支持フレーム３４とを締結する、あるいは、締結を解除することができる。さらに、コントローラ５０は、カウンタウェイト締結装置４４によって、反力フレーム３１とカウンタウェイト３６とを締結する、あるいは、締結を解除することができる。

図３を用いて、振動試験装置１０の２つのフレームパターンについて説明する。
なお、図３（Ａ）では、水平振動フレームを構成するものについて、斜線を施している。また、図３（Ｂ）では、上下振動フレームを構成するものについて、斜線を施している。さらに、図３では、水平振動アクチュエータ４１および上下振動アクチュエータ４２の記載を省略している。

水平振動フレームとは、水平振動時にアブソーバＳと同一の振動系を構成するフレームである。すなわち、水平振動フレームとは、水平振動時には、水平振動アクチュエータ４１によって与えられる水平振動によって、アブソーバＳと一体となって水平振動するフレームである。

水平振動フレームは、振動台２１と、下方支持部材２２と、アブソーバＳと、上方支持部材３２と、反力フレーム３１と、支柱３３・３３と、水平支持フレーム３４と、から構成されている。このとき、水平支持フレーム締結装置４３は、反力フレーム３１と水平支持フレーム３４とを締結している。一方、カウンタウェイト締結装置４４は、反力フレーム３１とカウンタウェイト３６との締結を解除している。

このような構成とすることで、水平振動フレームでは、従来のリジッドフレーム方式と同様の構成となる。すなわち、水平振動フレームでは、反力フレーム３１とカウンタウェイト３６とは、空気バネ３５・３５によって支持されるのみであって、振動系としては絶縁されている。言い換えれば、水平振動フレームでは、カウンタウェイト３６を絶縁することで、系の質量を下げることによって系の共振点を上げ、剛性の高いフレームを構成している。そのため、水平振動フレームでは、水平方向について、一般的な１０〜３００Ｈｚの周波数領域（中周波領域）の振動を与えることができる。なお、水平振動フレームでは、上下方向について、一般的な１０〜３００Ｈｚの周波数領域（中周波領域）の振動を与えることもできる。

上下振動フレームとは、上下振動時にアブソーバＳと同一の振動系を構成するフレームである。すなわち、上下振動フレームとは、上下振動時には、上下振動アクチュエータ４２によって与えられる上下振動によって、アブソーバＳと一体となって上下振動するフレームである。

上下振動フレームは、振動台２１と、下方支持部材２２と、アブソーバＳと、上方支持部材３２と、反力フレーム３１と、カウンタウェイト３６と、から構成されている。このとき、水平支持フレーム締結装置４３は、反力フレーム３１と水平支持フレーム３４との締結を解除している。一方、カウンタウェイト締結装置４４は、反力フレーム３１とカウンタウェイト３６とを締結している。

このような構成とすることで、上下振動フレームでは、従来のフローティングマス方式と同様の構成となる。すなわち、上下振動フレームでは、反力フレーム３１とカウンタウェイト３６とは、カウンタウェイト締結装置４４によって締結され、振動系として同一の系を構成する。言い換えれば、上下振動フレームでは、ロードセル４５が内蔵される反力フレーム３１が高剛性のカウンタウェイト３６と同一の系とすることで、剛性が上げられ、共振点が上げられている。また、カウンタウェイト３６の質量によって、空気バネ３５との共振点が十分低くなり、水平支持フレーム３４、支柱３３の振動の影響が絶縁される。そのため、上下振動フレームでは、上下方向について、１０〜１０００Ｈｚの周波数領域（高周波領域）の振動を与えることができる。

図４を用いて、振動試験制御の流れについて説明する。
振動試験制御とは、本発明の振動試験装置の実施形態である振動試験装置１０による一試験方法である。

ステップＳ１１０において、振動試験制御を開始するにあたって、アブソーバＳを、下方支持部材２２と上方支持部材３２とに固設する。

ステップＳ１２０において、コントローラ５０は、水平支持フレーム締結装置４３によって、反力フレーム３１と水平支持フレーム３４とを締結させる。同時に、カウンタウェイト締結装置４４によって、反力フレーム３１とカウンタウェイト３６との締結を解除させる。

ステップＳ１３０において、コントローラ５０は、水平振動アクチュエータ４１によって、振動台２１に水平振動、あるいは、上下振動アクチュエータ４２によって振動台２１に上下振動（水平振動と同時または別々）を与えることで、アブソーバＳに水平振動または上下振動を与える。このとき、フレームユニット３０は、水平振動フレームとして構成されているため、１０〜３００Ｈｚの周波数領域（中周波領域）の振動を与えることができる。

ステップＳ１４０において、コントローラ５０は、水平支持フレーム締結装置４３によって、反力フレーム３１と水平支持フレーム３４との締結を解除させる。同時に、カウンタウェイト締結装置４４によって、反力フレーム３１とカウンタウェイト３６とを締結する。

ステップＳ１５０において、コントローラ５０は、上下振動アクチュエータ４２によって、振動台２１に上下振動を与えることで、アブソーバＳに上下振動を与える。このとき、フレームユニット３０は、上下振動フレームとして構成されているため、１０〜１０００Ｈｚの周波数領域（高周波領域）の振動を与えることができる。

ステップＳ１６０において、振動試験制御を終了する。

振動試験装置１０の効果について、説明する。
従来、アブソーバＳ等の自動車の足回り部品は、リジッドフレーム方式の試験装置によって、２軸（上下方向および水平方向）の中周波領域の試験を行っていた。しかし、リジッドフレーム方式の試験装置では、１０００Ｈｚの振動を与えるために、フレームの剛性を上げることが物理的に不可能である。そのため、自動車の足回り部品は、別途、フローティングマス方式の試験装置によって、１軸の高周波領域の試験を行っていた。一方、フローティングマス方式の試験装置では、その構造上、１軸（上下軸方向）の振動試験しか行うことができない。つまり、自動車の足回り部品は、少なくとも２台の振動試験装置によって動特性の評価が行われ、１台の振動試験装置によって動特性の評価を行うことができなかった。

振動試験装置１０によれば、２軸の振動を与え、１軸は少なくとも１０００Ｈｚまでの高周波領域の振動を与えることができる。すなわち、１台の振動試験装置１０によって、アブソーバＳ等の自動車の足回り部品の動特性の評価を行うことができる。

１０振動試験装置
２１振動台
３１反力フレーム
３４水平支持フレーム
３５空気バネ
３６カウンタウェイト
４１水平振動アクチュエータ
４２上下振動アクチュエータ
４３水平支持フレーム締結装置
４４カウンタウェイト締結装置
Ｓアブソーバ

Claims

被試験物に振動を与える振動試験装置であって、
前記被試験物を下方から支持する振動台と、
前記被試験物を前記振動台を介して水平方向に振動させる水平振動アクチュエータと、
前記被試験物を前記振動台を介して上下方向に振動させる上下振動アクチュエータと、
前記被試験物を上方から支持する反力フレームと、
前記振動台を支持する振動台支持フレームに支持される水平支持フレームと、
前記水平支持フレームに空気バネを介して支持されるカウンタウェイトと、
前記反力フレームと前記水平支持フレームとの締結と、締結の解除とが可能な水平支持フレーム締結装置と、
前記反力フレームと前記カウンタウェイトとの締結と、締結の解除とが可能なカウンタウェイト締結装置と、
を具備する、
振動試験装置。