JPH07174618A - ギア振動測定装置およびギア振動測定方法 - Google Patents

ギア振動測定装置およびギア振動測定方法

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JPH07174618A
JPH07174618A JP5319886A JP31988693A JPH07174618A JP H07174618 A JPH07174618 A JP H07174618A JP 5319886 A JP5319886 A JP 5319886A JP 31988693 A JP31988693 A JP 31988693A JP H07174618 A JPH07174618 A JP H07174618A
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JP
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vibration
propeller shaft
gear
rotation
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JP5319886A
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Inventor
Takeshi Ohashi
勇志 大橋
Katsutoshi Goto
勝利 後藤
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 デフ部のギアの良否を、デフ部に接続された
プロペラシャフトの振動に基づき判断するギア振動測定
装置において、プロペラシャフトの心振れに起因する成
分を除去することのできる装置を提供する。 【構成】 検出された振動波形を第1のフーリエ変換器
60により次数分析し、このデータをさらにケプストラ
ム分析器62によって分析することによって、プロペラ
シャフトの回転に伴う振動成分をを算出し、この振動成
分を除去するようなフィルタウエイトを算出する。振動
検出器の検出信号を、前記フィルタウエイトを有するフ
ィルタ66を通過させ、プロペラシャフトの回転に起因
するノイズを除去する。そして、第2のフーリエ変換器
68に入力し、次数解析を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は車両用ディファレンシャ
ル部に含まれるギアの噛み合いに起因する振動を計測す
る装置に関する。
【0002】
【従来の技術】乗用車などの車両に要求される性能とし
て、動力性能・操縦性能などがあるが、近年特に注目さ
れている性能のひとつとして騒音に対する性能がある。
車両の騒音の種類はエンジンによる騒音、ロードノイ
ズ、風切り音など多数存在するが、そのひとつに駆動系
のギアに起因するギア騒音がある。ギア騒音は、エンジ
ン騒音に対しては比較的高い周波数(数百Hz〜約2kHz
)であり、また純音に近いために車室内に侵入すると
耳障りな音となり搭乗者に不快な印象を与えるという問
題がある。このギア騒音の主因は、駆動ギアと非駆動ギ
アの間で生じる回転速度の変動(伝達誤差)による微小
振動が、車体などの構造体に入力し、この一部が共振す
ることによって発生する。したがって、ギア騒音の対策
のひとつは、前記伝達誤差を極力小さくすることであ
る。このために、ギアの歯形は、駆動力が加えられたと
きの歯のたわみ、ギアを支持するシャフトのたわみなど
の考慮して、変形がないとしたときに伝達誤差のなくな
る歯形(理論歯形)を僅かに修正した修正歯形に加工す
る。
【0003】一方、車両の駆動系に含まれるギアの主な
ものは、変速ギアとファイナルギア(最終減速ギア)で
ある。特にエンジンを車両前部に搭載し、後輪を駆動す
るいわゆるFR駆動方式の車両においては、ファイナル
ギアはエンジンからプロペラシャフトを介して伝達され
る駆動力を左右の後輪に分配するディファレンシャル部
(デフ部)に一体に設けられる。デフ部においては前方
からの駆動力を左右に分配するために、その向きを変更
しなければならない。このため、前記ファイナルギアは
多くの場合ハイポイドギアで構成される。
【0004】前記のハイポイドギアについては、その歯
形が非常に複雑であること、また駆動力によるシャフト
やデフケースの変形が複雑であり、さらに作動中の温度
によって、駆動ギアと被駆動ギアの当たりに変化が生じ
伝達誤差が変化する。したがって、全ての運転状態に適
した修正歯形の決定が困難であり、伝達誤差が発生しや
すく、ギア騒音の原因となりやすい。さらに、デフ部に
連結されたプロペラシャフトはその固有振動数が低く、
ファイナルギアで発生した振動と共振する。この共振に
よって振動が増幅され、これが車体に入力するのでギア
騒音が悪化する。
【0005】以上のようにファイナルギアの騒音は装置
本体の製作の困難性、および近傍に共振する部材(プロ
ペラシャフト)があることによって、変速ギアなどに対
して、よりギア騒音の原因となりやすい。
【0006】そこで、従来より実際の車両に搭載した状
態に近い状態でデフ部の振動を実測して、ファイナルギ
アの歯形の決定に利用したり、作製されたデフ部の品質
検査に利用されている。
【0007】特開平5−157614号公報にはデフ部
にプロペラシャフトと左右のドライブシャフトを組み付
けた状態に設置し、プロペラシャフトに駆動力を加え、
これを左右のドライブシャフトの端部で吸収する装置が
示されている。そして、この装置においては、ギアの振
動と共振するプロペラシャフトの振動を検出することに
より、ファイナルギアの評価を行っている。
【0008】プロペラシャフトの振動は非接触型のレー
ザドップラ振動計で計測される。すなわち、プロペラシ
ャフトに対して、レーザを照射し、その反射波を受波
し、いわゆるドップラ効果による周波数偏位を求めるこ
とにより、レーザ照射位置の振動速度を検出するもので
ある。そして、この振動変位を周波数分析してファイナ
ルギアの噛み合いに関する成分を比較することにより、
このギアを評価することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
装置において、装置の治具の一部として新たに製作した
プロペラシャフトの周面が中心軸に対して振れがあった
り、プロペラシャフトの作成過程でその重心が偏心して
いたり、さらに装置の組み付け時の誤差などによる偏心
により、プロペラシャフトのレーザ照射位置周面が回転
軸に対し振れを生じる場合がある。このように回転体の
計測対象物に振れがあると、その回転に起因するノイズ
が計測されてしまい、十分なS/N比をもってギア振動
を計測することができなくなるという問題があった。特
に、回転に関する高調波成分が発生した場合には、この
傾向がさらに顕著になる。
【0010】また、市販専用のプロペラシャフトそのも
のを用いた場合は、レーザの反射光の強度が十分に得ら
れず、この面からもS/N比が悪化するという問題があ
った。
【0011】本発明は前述の問題点を解決するためにな
されたものであり、回転に起因する変位成分を除去し、
またレーザの反射光の強度を十分なものとすることによ
り高いS/N比でプロペラシャフトの振動検出し、ギア
振動測定が行えるギア振動測定装置および方法を提供す
ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明にかかるギア振動測定装置は、プロペラシ
ャフトの振動を検出する振動センサと、前記振動センサ
の出力信号を前記プロペラシャフトの回転に対する次数
として分析を行う次数分析手段と、前記次数分析手段の
分析結果に対して、分析結果の次数軸に関してフーリエ
変換を行いプロペラシャフトの回転に起因する成分の分
析を行う回転成分分析手段と、前記回転成分分析手段の
分析結果に基づき、プロペラシャフトの回転に起因する
成分を除去するフィルタウエイトを算出するフィルタウ
エイト算出手段と、前記フィルタウエイトにより前記振
動センサの出力信号を瀘波するフィルタとを有し、前記
ギアの振動に起因する振動成分を抽出する。
【0013】さらに、前記振動センサはレーザドップラ
振動計であり、前記プロペラシャフトは曲げ2次振動の
腹の位置に薄肉部を有し、当該薄肉部の周面は心振れ
0.1mm以下、面粗度0.8μm以下に加工されてお
り、前記レーザ変位計はこの薄肉部に対向する位置に設
置されている。
【0014】さらに、本発明にかかるギア振動測定方法
は、プロペラシャフトの振動を振動センサにより検出す
るステップと、前記振動センサの出力信号を前記プロペ
ラシャフトの回転に対する次数として分析を行うステッ
プと、前記次数分析の結果に対して、分析結果の次数軸
に関してフーリエ変換を行いプロペラシャフトの回転に
起因する成分の分析を行うステップと、前記回転成分分
析の結果に基づき、プロペラシャフトの回転に起因する
成分を除去するフィルタウエイトを算出するステップ
と、前記フィルタウエイトにより前記振動センサの出力
信号を瀘波するステップとを有し、前記ギアの振動に起
因する振動成分を抽出する。
【0015】
【作用】本発明は以上のような構成を有しており、プロ
ペラシャフトの回転に起因する変位成分を分析し、この
変位成分を振動センサの出力信号から除去するよう構成
したので、ギアの伝達誤差による振動のみを抽出するこ
とができる。
【0016】また、振動センサにレーザドップラ振動計
を用いた場合には、プロペラシャフト上のレーザを照射
する位置に心振れ0.1mm以下、面粗度0.8μm以
下となる加工を施し、反射光の強度を確保することによ
り、高いS/N比を得ることができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づき
説明する。
【0018】図1には、ギア振動測定装置の第1の実施
例の構成が示されている。本実施例は、前記公報と同様
にギアに起因するデフ部10の振動をプロペラシャフト
12の共振を利用して測定する装置である。デフ部10
は図示されないが車両搭載時と同等のマウント部材によ
り設置されている。そして、その入力軸には等速ジョイ
ントト14を介して、プロペラシャフト12が接続され
ている。このプロペラシャフト12は、他端において等
速ジョイント16を介して入力軸18に接続されてい
る。この入力軸18はプーリ20,22に巻き渡された
ベルト24を介して駆動モータ26に接続されている。
一方、出力軸には左右のドライブシャフト28,30が
接続され、さらにベルトとプーリで構成されるベルト伝
達列32,34,36を介して、吸収モータ38に接続
されている。
【0019】したがって、駆動モータ26と吸収モータ
38の回転数と駆動トルクを設置することにより、実際
に車両に搭載されたときの状況をかなりの精度で再現で
きる。たとえば、吸収モータ38の駆動トルクをドライ
ブシャフト換算で約59Nm(6.0kgf・m)に設
定し、駆動モータ26の回転数を徐々に増加させれば、
車両の緩加速状態が再現できる。
【0020】さて、プロペラシャフト12の振動変位の
測定は振動検出器40により行われる。振動検出器40
は、本実施例においては非接触型のレーザドップラ振動
計であり、プロペラシャフト12に対してレーザを照射
し、反射波を受波し、いわゆるドップラ効果による周波
数偏位を求めることによりレーザ照射箇所の振動を検出
するものである。
【0021】この振動検出器40はプロペラシャフト全
長の各点において、振動を計測することができるよう
に、摺動ガイド42上を送りモータ44によってプロペ
ラシャフト12の軸方向に移動可能に設置されている。
そして、振動検出器40の出力信号は演算部46に送出
される。
【0022】また、ギアの歯の噛み合いに対する次数を
評価するために、入力軸18または出力軸(ドライブシ
ャフト)28,30の回転数を検出する必要がある。入
力軸18には周囲に凹凸がある円板状のピックアップ部
48が同軸上に固定され、これの周囲の凹凸に対向する
位置にピックアップ50が設けられている。ピックアッ
プ50は前記凹凸を検出し、矩形状のパルス信号として
演算部46に送出する。また、本実施例においては出力
軸28,30に対しても次数分析ができるように出力軸
の先端にもピックアップ部52とピックアップ54が設
けられている。このピックアップ54からも、ピックア
ップ部52の周囲の凹凸に対応した矩形状パルス信号を
演算部46に送出する。
【0023】図2には前記演算部46の構成が示されて
いる。振動検出器40の信号およびピックアップ50ま
たは54の信号が第1のフーリエ変換器60(FFT)
に入力される。この第1FFT60においては、振動検
出器40からの信号の時間波形をプロペラシャフト12
の1回転に対する次数に対してフーリエ変換が行われ
る。このとき、プロペラシャフト12の回転数を検出す
るのが前出のピックアップ部48とピックアップ50で
ある。ギア振動の周波数は、回転数と共に変化するが、
シャフトの回転数に対する次数は変化しない。したがっ
て、前述のような回転に対する次数分析を行うことによ
って解析処理が単純化する。具体的には、次数を横軸
に、次数ごとのレベルを縦軸にとった場合、ギア振動の
発生次数は常に一定であるからグラフの横軸上の位置は
変化しないので、データの比較がしやすくなるなどであ
る。
【0024】以上の次数分析の結果は、前述のようにプ
ロペラシャフト12の回転の影響を受けシャフト回転の
1次の振動および高調波が検出されてしまう。このプロ
ペラシャフト12の回転の影響がノイズとなり、本来検
出したいギアに起因する振動のS/N比が低下してしま
う。そこで、本装置のおいては、第1フーリエ変換器6
0により求められた次数分析の結果を、次数に関して再
度フーリエ変換する。この分析はケプストラム分析と呼
ばれ、図中ケプストラム分析器62にて行われる。この
ケプストラム分析により、プロペラシャフト12の回転
に起因する振動のレベルが求まる。そして、この成分が
除去されるようなフィルタウエイトがフィルタウエイト
算出部64にて算出される。この算出結果に基づき作成
されたフィルタ66に振動検出器よりの信号を入力し、
このフィルタを通過した信号を第2のフーリエ変換器6
8により次数解析を行う。そして、この結果を表示部5
6に表示する。
【0025】以上がプロペラシャフト12上の一点での
検出の流れであり、この検出をプロペラシャフト12の
全長に渡って複数箇所で測定する。この複数箇所の測定
結果をもって、検査対象のデフ部の品質の良否を判定す
る。図3がこの判定のフローチャートである。解析開始
時にはまず各変数の初期設定が行われる(S100)。
すなわち、各測定点での振動レベルの合計Sが0、振動
の最大値MAXが0、測定位置の番号Pが1に設定され
る。次に、第1の測定点でギアに起因する振動レベルD
pを検出し、この値を記憶する(S102)。そして、
振動レベルDpと現在までの最大値MAXとが比較され
(S104)、最大値MAXを越えていた場合はこの振
動レベルDpを新たに最大値MAXとする(S10
6)。また、ステップS104にて今回測定された振動
レベルDpが最大値MAX以下の場合には振動レベルの
合計Sに今回の振動レベルDpを加算し新たな合計Sを
算出する(S108)。
【0026】そして全測定位置について測定が終了した
かが判定され(S110)、終了していない場合は、測
定位置Pに1が加算され(S112)、ステップS10
2に戻り、前述のフローを繰り返す。全測定位置での測
定が終了すると、図4に示す判定テーブルにしたがっ
て、検査対象のデフ部の品質の良否が判定される。個別
判定のステップS114では振動レベルの合計S、最大
値MAX、および各測定点の振動レベルDpが、各々設
定された許容値に入るかが判定される。総合判定のステ
ップS116では、前記個別判定において一つでも許容
値に入らないものがあると、不良と判断される。そし
て、この判定結果を表示し(S118)、解析を終了す
る。
【0027】次に、第2の実施例を説明する。本実施例
において特徴的なことはプロペラシャフトの一部に加工
を施した振動検出用シャフト70を用いた点にある。そ
の他の装置構成については、振動検出器40がプロペラ
シャフト軸方向に固定とされている点が変更点である。
【0028】図5は振動検出用シャフト70をデフ部1
0に組み付けた状態を示す図である。振動検出用シャフ
ト70は曲げ2次振動の振幅72が最大となる点、すな
わち振動の腹の位置に加工が施されている。この加工部
分74は、シャフト外周面の中心と回転中心のずれ、す
なわち心振れが0.1mm以下なるように、また外周面
の面粗度が0.8μm以下となるような鏡面加工を施し
ている。
【0029】曲げモードの2次振動の腹に加工位置が定
められたのは、ギアによる振動がプロペラシャフト12
のこのモードと共振して増幅され、デフ部10のギア騒
音の主原因となっていることによる。
【0030】さらに、加工部分74は図6に示すように
肉厚を薄くしている。この薄肉加工によって、この部分
の振幅を大きくすることができ、より良好なS/N比を
得ることができる。
【0031】この加工が施されたシャフト70の振幅が
図7に示されている。このように加工部分74にて、大
きな振幅が得られることが分かる。ただし、このとき注
意しなければならないのは、この加工を施すことによっ
て、本来のプロペラシャフト12と共振点が大きく異な
らないことが必要となる。
【0032】また、本実施例においては、振動の計測は
上述の加工部分74における計測のみ行われている。し
たがって、第1実施例の個別判定・総合判定の区別はな
く、単に、測定点の振幅が所定値以内であるか否かによ
って、検査されたデフ部10の品質の判定が行われる。
【0033】以上のように、各実施例において、ケプス
トラム分析によってプロペラシャフトの回転に起因する
振動成分を解析し、振動検出器の出力からこの振動成分
を除去することによってギアに起因する振動のみのデー
タを得ることができる。
【0034】また実施例2によれば、レーザの照射位置
を鏡面仕上げとすることによりレーザの反射光の強度を
高め、これによって、検出時のS/N比を良好なものと
している。また、このレーザ照射位置は心振れが極力小
さくなるように加工されているので、プロペラシャフト
の回転に起因するノイズを小さくすることができる。さ
らに、レーザ照射位置はプロペラシャフトの曲げ2次振
動の腹の位置であり、さらに、この部分を薄肉加工して
いるので、振幅の大きな部分での測定が可能となる。
【0035】
【発明の効果】以上、本発明によれば、プロペラシャフ
トの回転に起因する成分を除去することにより、ギアの
振動に起因する成分のみを抽出して計測することができ
る。また、曲げ2次振動の腹の位置に薄肉部を設けるこ
とにより、振幅の大きな位置で計測することが可能とな
り良好なS/N比を得ることができる。また、前記薄肉
加工部周面を鏡面仕上げとすることによりレーザの反射
光の強度を高くすることができ、S/N比の向上が図れ
る。さらに、前記薄肉加工部周面の心振れを極力押さえ
たことによりシャフトの回転に起因する成分を減少させ
ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるギア振動測定装置の第1実施例
の全体構成を示す図である。
【図2】第1実施例の演算部の詳細な構成を示す図であ
る。
【図3】第1実施例の制御を示すフローチャートであ
る。
【図4】第1実施例における製品の良否を判定するチャ
ート図である。
【図5】本発明にかかるギア振動測定装置の第2実施例
の振動測定用シャフトとデフ部と振動計測器の関係を示
す図である。
【図6】第2実施例の振動測定用シャフトの部分断面図
である。
【図7】第2実施例の振動測定用シャフトの振幅を示す
図である。
【符号の説明】
10 デフ部 12 プロペラシャフト 40 振動計測器 46 演算部 60 第1フーリエ変換器 62 ケプストラム分析器 66 フィルタ 68 第2フーリエ変換器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両用ディファレンシャル部にプロペラ
    シャフトを連結し、プロペラシャフトの振動を測定する
    ことによって、前記ディファレンシャルを構成するギア
    に起因する振動を測定するギア振動測定装置において、 プロペラシャフトの振動を検出する振動センサと、 前記振動センサの出力信号を前記プロペラシャフトの回
    転に対する次数として分析を行う第1の次数分析手段
    と、 前記次数分析手段の分析結果に対して、分析結果の次数
    軸に関してフーリエ変換を行いプロペラシャフトの回転
    に起因する成分の分析を行う回転成分分析手段と、 前記回転成分分析手段の分析結果に基づき、プロペラシ
    ャフトの回転に起因する成分を除去するフィルタウエイ
    トを算出するフィルタウエイト算出手段と、 前記フィルタウエイトにより前記振動センサの出力信号
    を瀘波するフィルタと、 前記フィルタを通過した出力信号を前記プロペラシャフ
    トの回転に対する次数として分析を行う第2の次数分析
    手段と、を有し、前記ギアの振動に起因する振動成分を
    抽出するギア振動測定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のギア振動測定装置におい
    て、前記振動センサはレーザドップラ振動計であり、前
    記プロペラシャフトは曲げ2次振動の腹の位置に薄肉部
    を有し、当該薄肉部の周面は心振れ0.1mm以下、面
    粗度0.8μm以下に加工されており、前記レーザ変位
    計はこの薄肉部に対向する位置に設置されていることを
    特徴とするギア振動測定装置。
  3. 【請求項3】 車両用ディファレンシャル部にプロペラ
    シャフトを連結してこのプロペラシャフトの振動を測定
    することによって、前記ディファレンシャル部に含まれ
    るギアに起因する振動を測定するギア振動測定方法にお
    いて、 プロペラシャフトの振動を振動センサにより検出するス
    テップと、 前記振動センサの出力信号を前記プロペラシャフトの回
    転に対する次数として分析を行うステップと、 前記次数分析の結果に対して、分析結果の次数軸に関し
    てフーリエ変換を行いプロペラシャフトの回転に起因す
    る成分の分析を行うステップと、 前記回転成分分析の結果に基づき、プロペラシャフトの
    回転に起因する成分を除去するフィルタウエイトを算出
    するステップと、 前記フィルタウエイトにより前記振動センサの出力信号
    を瀘波するステップと、 前記フィルタを通過した出力信号を前記プロペラシャフ
    トの回転に対する次数として分析を行うステップとを有
    し、前記ギアの振動に起因する振動成分を抽出するギア
    振動測定方法。
JP5319886A 1993-12-20 1993-12-20 ギア振動測定装置およびギア振動測定方法 Pending JPH07174618A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005504272A (ja) * 2001-09-07 2005-02-10 ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト アセンブリに対する損傷の早期の検出および予測のための装置と方法
JP2010264917A (ja) * 2009-05-15 2010-11-25 Bridgestone Corp 路面状態推定方法とその装置、及び、車両制御方法

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