JPH05157657A - 機械振動系応答特性試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被測定機械系である供試体に対して共振点に
おいても危険を伴う恐れなく，振動特性を測定できるよ
うにすること。 【構成】 供試体に強制振動を与える加振機と，供試体
の振動状態を検知するセンサ１０と，供試体に加える強
制振動正弦波の周波数を設定作成する手段１と，センサ
１０が検知した振動成分の振幅を設定する設定手段４
と，設定手段４の設定値とセンサ出力の振幅値とを比較
して偏差成分値を求める手段１３と，この偏差成分値に
よって前記正弦波作成手段２の出力の振幅を変化させる
手段５と，この手段５の出力信号によって前記加振機を
駆動する制御出力回路と，前記偏差成分値の逆数を算出
して前記周波数設定手段の設定内容とを対応させて記録
し，または／および，表示する計測器１６とより構成す
るようにした。なお，加振機はベクトル制御インバータ
６により駆動される交流モータ７であることが望まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は機械装置の機械振動系
応答特性試験装置に係り，特に，稼働状態における総合
的な機械振動系のねじり振動特性を共振点も含めて安全
に精度良く計測することのできる機械振動系応答特性試
験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種機械装置，特に，自動車の駆動軸の
ように各種の振動状態と伝達特性を含む機械系の振動応
答特性の計測は，一般に静的な状態における加振試験は
行われるが動的な状態における加振試験は行われてはい
なかった。即ち，従来振動特性を計測するには，被測定
機械系である供試体の所定位置にロードセルを装着した
ハンマによって打撃を与え供試体所定箇所に設けた振動
衝撃センサにより検知した。また，固定状態において連
続的に正弦波振動または衝撃的振動を与える油圧モータ
等による加振機によって加振する手段も用いられてい
る。被測定機械系の振動特性，例えば，自動車の回転駆
動機構全体を含めた振動応答特性を得るには，実際に車
を走らせた時のデータと前記静的試験によるデータとを
比較蓄積しておいて，静的試験によって得られた結果に
よって実稼働時のデータを類推するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで，機械振動
系，例えば，自動車の回転駆動機構のように，エンジン
から出力される回転にはピストンの振動成分が含まれ，
ギアやクラッチ等の結合部にはガタやスベリの影響がは
いる。また，走行用のタイヤには空気によるバネ特性と
路面から伝達される衝撃による影響が含まれる。そのた
めに駆動機構全体には多くの固有振動部や非線形要素を
有している。さらに，これら固有振動等は温度その他の
影響によって，例えば，共振点が移動しまたダンピング
特性の変化によって振動のピークが変動する。従来行わ
れているようなインパルスハンマによる加振試験ではこ
のような複雑な特性を有する機械系の試験は無理であっ
た。さらに，従来のように供試体に対して所定の一定振
幅で加振し，その応答振幅を計測する手段であると，そ
の供試体の共振点においては応答振幅が過大になって大
きな応力が発生し，供試体に悪影響を与える恐れがあっ
た。本発明は上記従来のものの課題（問題点）を解決
し，被測定機械系である供試体に対して共振点において
も危険を伴う恐れなく，特に回転駆動機構等の振動応答
特性測定に最適な機械振動系応答特性試験装置を提供す
ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に基づく機械振動系応答特性試験装置において
は，供試体に強制振動を与える加振機と，供試体の振動
状態を検知するセンサと，供試体に加える強制振動正弦
波の周波数を設定手段と，前記センサが検知した振動成
分の振幅を設定する設定手段と，該設定手段設定値とセ
ンサ出力の振幅値とを比較して偏差成分値を求める手段
と，該偏差成分値によって前記正弦波作成器出力の振幅
を変化させる手段と，該手段の出力信号によって前記加
振機を駆動する制御出力回路と，前記偏差成分値の逆数
を算出して前記周波数設定手段の設定内容とを対応させ
て記録し，または／および，表示する計測器とより構成
するようにした。前記加振機はベクトル制御インバータ
により駆動される交流モータであることが望ましい。

【０００５】

【作用】本発明は，上述のように構成したので，被測定
機械系である供試体の共振点においては加振振幅が共振
特性に対応して減少される。従って，供試体の共振点に
おいて応答振幅が過大になり大きな応力が発生する恐れ
がない。また，測定器には共振特性を精度良く表示でき
る。ベクトル制御インバータにより駆動される電動機に
よって供試体を加振した場合は供試体に対して所定のね
じれ振動を精度良く加えることができる。

【０００６】

【実施例】次に，本発明に基づく機械振動系応答特性試
験装置の実施例を図を参照して詳細に説明する。図１に
本発明を適用した機械振動系応答特性試験装置の１例を
示す。図１において１は供試体を加振する振動の周波数
を設定する信号ａを出力する周波数設定手段であって，
正弦波発振回路２から出力される出力周波数を設定す
る。設定手段１はその試験条件に対応して，手動設定で
あっても自動的に発振周波数を変化させる自動スイープ
機能を備えた装置であっても良い。また，上位の試験シ
ステムからの指令信号であっても，正弦波作成手段であ
る発振回路２と結合されて発振回路２を直接操作するも
のであっても良い。正弦波発振回路２は設定手段１によ
って設定された周波数で予め設定された一定振幅の正弦
波ｂを出力する。３は前記正弦波ｂに作用してその振幅
を変化させる手段の乗算回路である。 前記正弦波発振
回路２から出力される一定振幅の正弦波ｂに対して詳細
を後述する振幅信号ｈを乗じ，この正弦波ｃを発生させ
る。乗算回路３で振幅信号ｈに従った振幅になった正弦
波信号ｃは出力回路をトランジスタで構成されたベクト
ル制御インバータ６に入力する。ベクトル制御インバー
タ６は，供試体に結合して強制振動を与えるねじり加振
機としての機能を備えた交流モータ７の有効電流である
トルク出力を規定する電流と無効電流になる励磁電流を
個別に制御するように交流モータ７例えば誘導電動機に
出力し駆動する。即ち，交流モータ７は前記乗算回路３
の出力正弦波信号ｃによって精度良く制御される。従っ
て交流モータ７は，前記乗算回路３の出力正弦波信号ｃ
の周波数によって定まる振動数で出力振幅によって定ま
るトルクを出力する。交流モータ７の出力軸は供試体８
の回転軸に結合して駆動しこの供試体８に上記振動数と
トルクのねじり加振力を与える。供試体８の所定位置に
は供試体の振動状態を検知するセンサとしてトルクピッ
クアップ１０が装着され，前記交流モータ７により加振
される供試体８の応答振動が検知される。また，供試体
８の回転軸の交流モータ７を結合した反対側には，この
供試体８に定常回転を与える駆動用動力装置（以下駆動
用モ−タという）９を結合している。トルクピックアッ
プ１０によって検出された応答振動ｅは，オフセット補
正回路１１に入力して直流成分が除去されてトルクピッ
クアップ１０の検出信号に含まれる振動成分だけが分離
して取り出され，さらに，振幅演算回路１２に入力して
振動の振幅成分信号ｆが得られる。４は供試体８からト
ルクピックアップ１０によって検出される前記強制振動
の振動振幅を設定する振幅設定手段である。振幅設定手
段４はその試験条件に対応して，手動設定であっても，
上位の試験システムからの指令信号であっても良い。こ
の振幅設定手段４に設定される振幅指令信号ｇと振幅演
算回路１２の出力信号ｆとの偏差を偏差検出回路１３で
もとめ，積分機能を備えた演算増幅回路５で処理して振
幅信号ｈとして前述した乗算回路３に入力する。この振
幅信号ｈを前記一定振幅の正弦波ｂに乗じて，正弦波ｃ
の振幅をこの振幅信号ｈの値に対応して変化させる。１
５は逆数演算回路であって，前記振幅信号ｈの逆数を算
出する。即ち，振幅信号ｈの大なる振幅は小に，小なる
振幅は大に変換され，前記トルクピックアップ１０の出
力信号ｅに対応する振幅信号になって計測器１６に入力
し，この瞬間における加振周波数ａと対応させて記録さ
れる。また，この記録データは例えば，横軸を周波数
に,縦軸を振幅にしてグラフに記述することができる。

【０００７】次に上述した回路の働きを説明する。被測
定機械系である両側に回転軸を設けた供試体８の一方の
回転軸にはこの供試体８に定常回転を与える駆動用モー
タ９を結合して所定の回転速度で駆動する。供試体８の
他の回転軸には加振用の交流モータ７を結合して詳細を
後述するように加振すべき周波数とトルクで交流モータ
７の回転軸から供試体８にねじり振動を与える。加振用
の交流モータ７は出力回路がトランジスタで構成された
ベクトル制御インバータ６によって駆動され，交流モー
タ７によって加振された供試体の応答結果はトルクピッ
クアップ１０によって検出される。この検出信号ｅから
オフセット補正回路１１において，例えば直流カット回
路によって直流成分が除去され，振幅演算回路１２にお
いて，例えば全波整流した後平滑化することによって検
出信号ｅの振幅成分を示す振幅成分信号ｆを算出する。
この振幅成分信号ｆとこの試験において供試体の応答振
動を制御する振幅設定手段４によって設定された振幅指
令信号ｇとから偏差検出回路１３と積分機能を有する演
算増幅回路５とによって偏差信号ｈを作成する。偏差信
号ｈを乗算回路３に入力して一定振幅の正弦波ｂの振幅
をこの偏差信号ｈによって変化させる。即ち，正弦波ｂ
が，ｂ＝１ｓｉｎωｔであるとするとトルク及び周波数
指令信号である正弦波信号ｃはｃ＝ｈｓｉｎωｔにな
る。正弦波信号ｃはベクトル制御インバータ６に制御信
号として入力し，ベクトル制御インバータ６は交流モー
タ７を駆動する。従って，交流モータ７は正弦波信号ｃ
で定まる駆動速度及びトルクで供試体８を加振する。上
述のように構成したので，センサであるトルクピックア
ツプ１０の検出信号ｅを振幅指令信号ｇで定まる一定振
幅に維持するようにフィ−ドバック制御系を形成してい
る。従って，供試体８が共振点近傍で応答振幅が大にな
ると交流モータ７による加振振幅は小さくなるので供試
体８の共振点近傍の加振周波数においても，供試体８の
振動振幅は危険な状態になることはない。上述のよう
に，供試体８のトルクピックアツプ１０によって検出さ
れる信号ｅを振幅指令信号ｇで定まる一定振幅に維持す
るように制御しているので，加振用交流モ−タ７の出力
トルクを規定する偏差信号ｈは交流モ−タによって加振
される周波数における供試体８の振動応答特性の逆数を
示している。従って，供試体の応答特性を求めるため
に，上記偏差信号ｈを逆数演算回路１５を入力して１／
ｈを求め,計測器に入力する。信号１／ｈは，その加振
周波数を示す周波数設定手段１の出力信号ａに対応して
記録し，また，レコーダに記述させることによって供試
体の加振周波数に対応した応答特性が共振点も含めて精
度良く詳細に知ることができる。

【０００８】上述の説明は本発明についての実施例にお
ける基本構成と基本実施方法について説明したものであ
って，例えば，供試体に定常回転を与える駆動モータ９
を加振用の交流モータ７結合の反対側に結合するように
説明したが，試験条件と供試体の条件によっては駆動用
モータ９を除いても良く，また，駆動用モータと加振用
の交流モータとを機械的に結合するようにしても良い。
さらに，定常回転指令と加振指令とを電気的に重畳して
加振用モータを制御するようにしても良い。本測定にお
いては加振機をベクトル制御インバータによって駆動さ
れる交流モータ，例えば誘導電動機を使用する例につい
て説明したが，加振機はその他のモータによる加振であ
っても良い。また，上述したように出力回路をトランジ
スタで構成されたベクトル制御インバータを用いること
によって必要な加振速度を得ることが可能であるが，必
要とする出力特性が得られればトランジスタ以外の素子
を用いても良い。本測定に用いるセンサはトルクピック
アップを用いるように説明したが，トルクピックアップ
は本計測に必要な仕様性能を有していればどのようなタ
イプのトルクピックアップでも，その他の種類のセンサ
を用いても良い。また，上述の説明では１個のトルクセ
ンサを装着するように説明したが，所定のセンサ出力を
本特性試験装置の制御用フィードバック信号として使用
すれば，必要な箇所に必要な特性のセンサを装着し計測
に使用できることは勿論である。また，本機械振動系応
答特性試験装置に用いる電気回路と情報処理機能は，交
流モータの駆動やセンサの検出信号等必然的にアナログ
値である箇所以外はディジタル値に変換して処理演算を
なすようにしても良く。アナログ値のまま処理演算を行
うようにしても良い。また，上記説明に用いた乗算回
路，振幅演算回路，偏差検出回路，演算増幅回路，逆数
演算回路等はその条件に対応して適切な性能を備えるよ
うに回路を構成すれば良く，またコンピュータを使用し
てソフト処理を行うようにしても良い。また，加振振幅
設定のための正弦波作成手段出力の振幅を変化させる手
段としては乗算回路３を用いる場合で説明したが，その
他の振幅変調回路を用いても良い。

【０００９】

【発明の効果】本発明は上述したように構成したので，
次のような優れた効果を有する。 被測定機械系である供試体の共振点においては加振振
幅が共振特性に対応して減少されるから，供試体の共振
点において応答振幅が過大になり，大きな応力が発生す
る恐れはなくなった。 測定器には共振特性を精度良く検出できる。 ベクトル制御インバータにより駆動される電動機によ
って供試体を加振した場合には，供試体に対して所定の
ねじれ振動を精度良く加えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した機械振動系応答特性試験装置
の一実施例を示すブロック回路図である。

【符号の説明】

２：正弦波発振回路 ３：乗算回路（正弦波作成手段出力の振幅変化手段） ４：振幅設定手段 ６：インバータ ７：交流モータ（加振機） ８：供試体（被測定機械系） １０：トルクピックアップ（センサ） １３：偏差検出回路 １５：逆数演算回路 １６：計測器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供試体に結合し強制振動を与える加振機
   と，供試体に装着し当該供試体の振動状態を検知するセ
   ンサと，上記加振機によって供試体に発生する振動の振
   幅設定手段と，供試体に加える強制振動の周波数設定手
   段と，前記周波数設定器の設定内容に従った周波数の一
   定振幅正弦波作成手段と，前記センサが検知した振動振
   幅値と前記振幅設定手段で設定した設定値との偏差成分
   を求める演算手段と，該演算手段出力の偏差成分信号に
   よって前記正弦波作成手段出力の振幅を変化させる手段
   と，該変化結果によって前記加振機を操作する制御回路
   と，前記演算手段出力の偏差成分信号の逆数を算出する
   逆数演算手段と，該逆数演算手段の出力信号を前記周波
   数設定手段の設定内容とを対応させて記録し，または／
   および，表示する計測器とよりなることを特徴とする機
   械振動系応答特性試験装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の供試体に結合し強制振動
   を与える加振機はベクトル制御インバータにより駆動さ
   れる交流モータであることを特徴とする請求項１記載の
   機械振動系応答特性試験装置。