JP6191538B2 - Vibration test equipment - Google Patents
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Description
この発明は、供試体に試験力を繰り返し負荷する振動試験装置に関する。 The present invention relates to a vibration test apparatus that repeatedly applies a test force to a specimen.
振動試験装置においては、例えば、実際の地震により構造物に与えられた振れ(地震加速度)や、自動車の走行中に部品に与えられた振動を再現し、構造物の耐震性や部品の耐久性などを検証する疲労・耐久試験が行われている。このような振動試験装置は、軸受に支持され供試体が載置される振動台と、振動台を駆動する油圧シリンダと、振動台の移動量を検出する変位計と、振動台が移動するときの加速度を検出する加速度計を備えている(特許文献1参照)。 In vibration test equipment, for example, the vibration (seismic acceleration) given to the structure by an actual earthquake and the vibration given to the part during driving of the automobile are reproduced, and the earthquake resistance of the structure and the durability of the part are reproduced. Fatigue / endurance tests are conducted to verify the above. Such a vibration test apparatus includes a vibration table that is supported by a bearing and on which a specimen is placed, a hydraulic cylinder that drives the vibration table, a displacement meter that detects the amount of movement of the vibration table, and when the vibration table moves. An accelerometer that detects the acceleration of (see Patent Document 1) is provided.
また、実際に計測された地震波などの振動は、通常、加速度波形で記録されているため、加速度入力信号を目標値とする加速度制御機構と、振動台の位置を制御する変位制御機構を備えた振動試験装置が提案されている(特許文献2参照)。 Moreover, since vibrations such as actually measured seismic waves are usually recorded as acceleration waveforms, an acceleration control mechanism that uses an acceleration input signal as a target value and a displacement control mechanism that controls the position of the vibration table are provided. A vibration test apparatus has been proposed (see Patent Document 2).
振動台の移動制御においては、振動台の絶対位置(基準となる中立位置からどれだけ離れているかを示す位置)を把握するため、特許文献2に記載の振動試験装置のように変位制御機構により振動台の中心位置を保持する制御が行われている。一方で、振動台を支持する直線駆動の軸受の転動体とレールの軌道面との間は、適度な潤滑が必要であるが、振動台を移動させるアクチュエータの加振ストロークが微小である場合、軸受の転動体が同じ箇所でレールの軌道面に接触し続けることになる。このため、転動体と軌道面の間で油切れが起こり、フレッティングなどの不具合が生じることがある。 In the movement control of the shaking table, in order to grasp the absolute position of the shaking table (a position indicating how far from the neutral position as a reference), a displacement control mechanism is used as in the vibration testing apparatus described in Patent Document 2. Control is performed to maintain the center position of the shaking table. On the other hand, between the rolling element of the linear drive bearing that supports the vibration table and the rail raceway surface, moderate lubrication is required, but when the excitation stroke of the actuator that moves the vibration table is minute, so that the rolling elements of the bearing continues to contact the raceway surface of the rail at the same 箇 plants. For this reason, oil shortage occurs between the rolling elements and the raceway surface, which may cause problems such as fretting.
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、試験中に振動台の中立位置を移動させることにより、軸受の不具合を減少させた振動試験装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vibration test apparatus that reduces the problems of the bearings by moving the neutral position of the vibration table during the test.
請求項1に記載の発明は、軸受に支持された振動台と、前記振動台に接続された負荷アクチュエータとを備え、前記負荷アクチュエータを駆動して前記振動台を移動させることにより、前記振動台に載置された供試体に振動を付与する振動試験装置であって、目標波形に前記振動台の中立位置を変更するための重畳波形を加える波形調整部を有し、前記波形調整部において調整された目標波形に基づいて前記負荷アクチュエータの駆動を制御する制御手段を備え、前記重畳波形は、前記軸受における転動体を軌道面に対して少なくとも一回転させる振幅を有する波形であることを特徴とする。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の振動試験装置において、前記重畳波形は、前記軸受における転動体を軌道面に対して2回転から5回転させる振幅を有する波形である。 According to a second aspect of the present invention, in the vibration test apparatus according to the first aspect, the superimposed waveform is a waveform having an amplitude that causes the rolling element in the bearing to rotate five to five times with respect to the raceway surface.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記軸受は、直線駆動の軸受である。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the bearing is a linear drive bearing.
請求項1から請求項3に記載の発明によれば、波形調整部において実振動波形に基づく目標波形を振動台の中立位置を変更するための重畳波形を加えて調整された目標波形とし、この調整された目標波形に基づいて負荷アクチュエータの駆動を制御することから、試験中に振動台の中立位置が変更され、軸受の転動体が同じ箇所で軌道面に接触し続けることを防止することができる。これにより、軸受の転動体と軌道面での油切れによるフレッティングなどの不具合を減少させることが可能となる。 According to the first to third aspects of the present invention, the target waveform based on the actual vibration waveform in the waveform adjusting unit is set as the target waveform adjusted by adding the superimposed waveform for changing the neutral position of the vibration table, since controlling the driving of the adjusted load actuator based on the target waveform, is changed Shaking neutral position during the test, the rolling elements of the bearing is prevented from continuing to contact the raceway surface with the same 箇 plants Can do. As a result, it is possible to reduce problems such as fretting caused by running out of oil on the rolling elements and raceway of the bearing.
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、この発明に係る振動試験装置の概要図であり、図2は、軸受40の概要図である。図2(a)は、軸受40の部分斜視図であり、図2(b)は、レール41とボール46との位置関係を説明する断面図であり、図2(c)は、その側面図である。なお、図2(b)および(c)においては、キャリッジ42の図示を省略している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a vibration test apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a
この振動試験装置は、床面Gに軸受40を介して往復動可能に設置された振動台24を負荷アクチュエータ31により加振することにより、振動台24上に載置された供試体20に連続して振動負荷を付与する試験を行うものである。
In this vibration test apparatus, a vibration table 24 installed on a floor G through a
制御装置50は、ROM、RAM等の記憶装置および演算装置を備えるコンピュータやシーケンサーによって構成され、この振動試験装置全体の動作を制御する。制御装置50はこの発明の制御手段として機能する。制御装置50からは、この負荷アクチュエータ31の駆動信号が送信される。この駆動信号は、増幅器35を介して負荷アクチュエータ31のサーボ弁32に入力される。振動台24の変位量は変位計23で検出され、その変位検出信号は増幅器36を介して、制御装置50に入力される。
The
負荷アクチュエータ31は複動式油圧シリンダであって、油圧源34からアキュムレータ33およびサーボ弁32を介してシリンダ31a内に供給される作動油によりピストン31cおよびロッド31bが往復動する。負荷アクチュエータ31のロッド31bに、振動台24が連結されることで、負荷アクチュエータ31のロッド31bの往復動に同期して振動台24が図1に示すX方向に繰り返し移動する。
The
振動台24と床面Gとの間に介挿されている軸受40は、図2(a)に示すように、床面Gに固定されるレール41と振動台24の下面に連結されるキャリッジ42とを有する直線駆動の軸受(直動軸受)である。レール41には、レール溝43が形成され、キャリッジ42の移動にともなって転動体としてのボール46がレール溝43の表面、すなわち軸受40における軌道面を回転する構成となっている(図2(b)および(c)参照)。なお、図2(a)および(c)におけるX方向は、図1と同様、振動台24が往復動するときの移動方向である。
The
供試体20に作用する振動は、供試体20を載置する振動台24に配設された加速度計21により計測され、その計測値は増幅器37を介して、制御装置50に入力される。なお、この振動試験装置において、加速度計21は、実行したい試験の内容に応じて、振動台24および供試体20の任意の場所に移動させて配設することが可能に構成されている。
The vibration acting on the
図3は、制御装置50内部の機能ブロック図である。なお、図3では、この実施形態の機能を実行するために必要な構成のみを図示している。
FIG. 3 is a functional block diagram inside the
この制御装置50は、伝達関数補正部51と、波形調整部52とを備え、振動台24の加振制御を実行する。伝達関数補正部51は、負荷アクチュエータ31と供試体20とを含む制御系における各伝達関数GA(S)、GS(S)を同定し制御対象を監視するとともに、変位計23および加速度計21からの出力に応じて、各伝達係数を補正する。すなわち、この振動試験装置では、振動台24の加振命令を、変位計23からのフィードバックによる変位制御、加速度計21からのフィードバックによる加速度制御による加振制御により行うことが可能となっている。
The
波形調整部52は、この振動試験装置で再現したい目標波形として入力された、実際の地震波などの加速度波形である実振動波形r1を、振動台24の加振制御の制御目標となる調整された目標波形r2とする波形の調整を実行する。
The
図4は、波形調整部52における目標波形の調整を説明する波形図である。図4(a)は、実振動波形r1の一例を示し、図4(b)は、図4(a)の実振動波形r1に重畳させる重畳波形の好ましい一例であって、重畳波形を正弦波とした場合を示す。また、図4(c)は、図4(a)の実振動波形r1に図4(b)の正弦波を重畳させた目標波形r2を示す。なお、図4における各波形図の縦軸は加速度(gal)であり、横軸は時間(ms)である。
FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the adjustment of the target waveform in the
例えば、半径Ammのボール46であれば、振動台24の設計上の中立位置からのX方向の変位が少なくとも±Aπmmで、ボール46はレール溝43の軌道面に対して1回転することになる。
For example, in the case of the
加速度と変位とは、加速度を2回積分することで変位に変換可能であり、変位を2回微分することで加速度に変換することが可能であるという関係にある。したがって、図4(a)に示された加速度波形を2回積分して得た変位波形の最大振幅の絶対値が、Aπmmを超えなければ、ボール46はレール溝43の軌道面に対して1回転することなく同じ個所で接触し続けることになり、フレッティングなどの不具合が生じる。
The acceleration and the displacement have a relationship that they can be converted into displacement by integrating the acceleration twice, and can be converted into acceleration by differentiating the displacement twice. Therefore, if the absolute value of the maximum amplitude of the displacement waveform obtained by integrating the acceleration waveform shown in FIG. 4A twice does not exceed Aπmm, the
そこで、この発明では、波形調整部52において、加速度波形として入力される実振動波形r1に重畳波形を加えた波形を目標波形r2とすることにより、振動台24の往復動における基準位置となる中立位置を、設計上の中立位置とは違う位置に移動させ、軸受40におけるボール46が軌道面に対して少なくとも1回転できるようにしている。重畳波形は一定周期の繰り返し波形であって、供試体20に与える振動負荷に影響を及ぼすことのない長周期の波形である。重畳波形の周期は実振動波形r1の最も長い周期の10倍程度以上の周期とすることが望ましい。
Therefore, in the present invention, the
この発明での重畳波形は、図4(b)に示すように、ボール46を軌道面に対して少なくとも1回転させる振幅Dを有する波形である。この振幅Dの値が、例えば、図4(b)の波形を2回積分した変位波形の振幅がボール46の半径Amm以上となる値であれば、ボール46を軌道面に対して確実に1回転以上させることが可能である。この振幅Dはボール46を1回転以上回転させる大きさであればよいが、2回転から5回転程度の大きさとすることが好ましい。レール41の長さおよび負荷アクチュエータ31のストロークに余裕があればそれ以上の大きさの振幅Dとしても差し支えない。
The superimposed waveform in the present invention is a waveform having an amplitude D that causes the
図4(a)に示す実振動波形r1に図4(b)に示す長周期の正弦波を加えると、図4(c)に示す波形となる。制御装置50から、この図4(c)に示す波形を目標波形r2とする加振命令を出力することにより、振動台24の中立位置を一定周期で変動させながら、供試体20に振動負荷を与える加振制御が実行される。そして、試験中に振動台24の中立位置が変動することにより、試験中にボール46が軌道面に対して1回転以上することになる。
When a long-period sine wave shown in FIG. 4B is added to the actual vibration waveform r1 shown in FIG. 4A, the waveform shown in FIG. 4C is obtained. By outputting a vibration command with the waveform shown in FIG. 4C as the target waveform r2 from the
この発明では、加速度波形として入力される実振動波形r1を変位波形に変換した後に調整するのではなく、加速度波形として入力される実振動波形r1に直接的に一定周期の波形である長周期の正弦波を加えた目標波形r2を調整していることから、振動台24の加振制御を変位制御ではなく加速度制御で行う場合にも、中立位置を一定周期で変動させることが容易に行え、軸受40に油切れによるフレッティングなどの不具合が生じることを防止することができる。
In the present invention, the actual vibration waveform r1 input as the acceleration waveform is not adjusted after being converted into a displacement waveform, but the actual vibration waveform r1 input as the acceleration waveform has a long period that is a direct waveform of a constant period. Since the target waveform r2 to which the sine wave is added is adjusted, even when the vibration control of the vibration table 24 is performed by acceleration control instead of displacement control, the neutral position can be easily changed at a constant cycle, It is possible to prevent problems such as fretting caused by running out of oil in the
なお、この実施形態では重畳波形として正弦波を示したが、例えば、三角波であってもよい。すなわち、重畳波形は、供試体20に与える振動負荷に影響を及ぼすことのない周期の波形であり、かつ、ボール46を軌道面に対して少なくとも1回転させる振幅Dを有する波形であれば、正弦波に限定されるものではない。
In this embodiment, a sine wave is shown as the superimposed waveform. However, for example, a triangular wave may be used. That is, the superimposed waveform is a waveform having a period that does not affect the vibration load applied to the
上述した実施形態では、転動体の形状が球形のボール46を例に、転動体の回転と軌道面との関係を説明したが、転動体の形状が円柱状のコロの場合でも、この発明の適用により油切れによるフレッティングなどの不具合が生じることを防止することができる。
In the embodiment described above, the relationship between the rotation of the rolling element and the raceway surface has been described using the
また、上述した実施形態では、振動台24と床面に直動軸受が介挿されている例を示したが、供試体20に回転振動を付与する振動試験装置における、振動台が連結された回転軸を支持する軸受についても、この発明の適用により油切れによるフレッティングなどの不具合が生じることを防止することができる。
In the above-described embodiment, the example in which the linear motion bearing is inserted between the vibration table 24 and the floor surface is shown. However, the vibration table in the vibration test apparatus that applies rotational vibration to the
20 供試体
21 加速度計
23 変位計
24 振動台
31 負荷アクチュエータ
32 サーボ弁
33 アキュムレータ
34 油圧源
35 増幅器
36 増幅器
37 増幅器
40 軸受
41 レール
42 キャリッジ
43 レール溝
46 ボール
50 制御装置
51 伝達関数補正部
52 波形調整部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
目標波形に前記振動台の中立位置を変更するための重畳波形を加える波形調整部を有し、前記波形調整部において調整された目標波形に基づいて前記負荷アクチュエータの駆動を制御する制御手段を備え、
前記重畳波形は、前記軸受における転動体を軌道面に対して少なくとも一回転させる振幅を有する波形であることを特徴とする振動試験装置。 A vibration table supported by a bearing; and a load actuator connected to the vibration table; and driving the load actuator to move the vibration table to vibrate the specimen placed on the vibration table. A vibration test apparatus for providing
A control unit for controlling driving of the load actuator based on the target waveform adjusted by the waveform adjustment unit, the waveform adjustment unit adding a superimposed waveform for changing the neutral position of the shaking table to the target waveform; ,
The vibration test apparatus according to claim 1, wherein the superimposed waveform is a waveform having an amplitude that causes the rolling element of the bearing to rotate at least once with respect to the raceway surface .
前記重畳波形は、前記軸受における転動体を軌道面に対して2回転から5回転させる振幅を有する波形である振動試験装置。 The vibration test apparatus according to claim 1,
The superposed waveform is a vibration test apparatus having a waveform with an amplitude that causes the rolling element in the bearing to rotate two to five times with respect to the raceway surface.
前記軸受は、直線駆動の軸受である振動試験装置。 The vibration test apparatus according to claim 1,
The vibration test apparatus, wherein the bearing is a linear drive bearing.
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