CAE及び振動試験システムを活用した現場の振動再現評価技術の開発
髙宮義弘 *1

内野正和 *1

木下雅博 *2

Development of on-site vibration reproduction evaluation technology using CAE andvibration testing systems
Yoshihiro Takamiya，Masakazu Uchino and Masahiro Kinoshita

輸送環境を反映した製品の振動評価方法は多いが，製品特有の振動条件における評価事例は少ない。また部品単体での評価が難しく，構造全体として実際に稼働しなければ評価できず，且つ振動の影響が表れるには時間がかかるため評価が不十分となり，市場で故障することもある。このように再現が困難で，評価に時間がかかる振動評価には，実験やCAE解析による事前の評価技術が求められている。そこで本研究では，現場の振動特性の計測手法及びCAEによる解析及び振動試験システムによる振動再現実験評価技術を開発した。

1 はじめに2 研究，実験方法

包装貨物が流通過程において受ける振動，衝撃及び2-1 現場計測

圧縮に対する包装の保護が適正であるかどうかを評価

図 1 に現場で振動計測を行った際の機器の取り付けするための試験方法として，JIS Z 0200が規定されて状況を示す。フォークリフト屋根梁部にブラケットと1)いる 。ただし同時にJIS Z 0232では，加速度パワー上下方向の加速度を計測する加速度ピックアップを取スペクトル密度は，路面状況，使用する車両の種類なり付けた。フォークリフト後部に計測用のロガー，PC

ど，輸送条件に大きく依存するため，測定されたデー及びバッテリーを固定した。計測条件は加速度計測方タに基づく加速度パワースペクトル密度及び試験時間

向を上下方向とし，サンプリング時間 0.5 msec，フが利用できる場合には，このデータを用いて試験する

ィルタ処理無し，アース接続有りとした。現場は一般のがよい，とされて いる 2) 。これらのことからJISに的な工場を想定しており，高負荷がかかるように計測おける輸送環境試験は，多種多様な輸送環境の平均的ルート上にグレーチングによる 3 回の段差を設けた。

な試験としては有用だが，ある程度限定された環境下における構造体に振動が与える影響をより正確に評価
ボルト検討する場合は，現場での振動計測結果を基に振動条件を決定することが望ましいと考えられる。
そこで本研究では，ものづくり企業の振動課題を開発早期に評価対策できる環境を整備することを目的に，現場の振動計測，再現手法及びCAE解析による不規則振動再現評価手法を確立した。試験体のサンプルは，
和新工業株式会社が開発した主に工場内で使用するフフォークリフト

加速度ピックアップ

バッテリー

PCブラケットォークリフト用ブラケットとした。工場内を走行するフォークリフトという限定された振動環境において，ブラケット固定用のボルトが緩まないかを評価するため，現場の振動計測，振動試験システムによる振動再データ
ロガー

現，加速及び高度解析システムによる振動解析を実施したので結果を報告する。

図1*1 機械電子研究所*2 和新工業株式会社- 71 -

振動計測機器取り付け状況

2-2 振動再現

リブが補助プレートに干渉しないこと， ボルトの締図 2 に振動試験システム（IMV㈱，A30/EM3HM）を活め付けにより本体が変形しないこと，を考慮し設定し用したブラケットの振動再現試験の様子を示す。振動た。構造解析は，高度解析システムが保有するANSYS

試験システムが保有する六面体加振冶具の梁にフォー

Mechanical Enterpriseで使用した時刻歴解析を 実施

クリフト同様にブラケットを固定した。

した。振動の再現時と同様に実測値のCSVデータを時図 3 に再現する振動波形を示す。再現する振動は現刻歴応答加速度として入力データとした。

場計測結果において，最大最小の加速度を示した波形前後の振動とした。振動の再現には，振動試験システ
ムの実測波形定義機能を使用した。実測波形定義では

照明取付用
プレート

デジタル化された波形データを目標波形に設定する機追加
リブ本体能である。
ブラケット取付梁補助プレート
改善前ボルト

図4振動試験システム

改善後

ブラケット構造解析モデル

2-4 解析の検証
解析の精度検証のため，構造改善前後のブラケットの変位量を振動試験システムにて確認した。図5にブ六面体加振冶具

図2

ラケット変位実験の様子を示す。六面体加振冶具にブブラケットの振動再現試験の様子

ラケットを固定し，六面体加振冶具及びブラケット本体のボルトと直交に接合する部材の上下方向変位をレ80400-40-80ーザー変位計にて計測した。
レーザー変位計 1（ベース変位）0レーザー変位計 2（ブラケット変位）

5 10 15 20 25 30時間 sec

80400-40-80
9.59.7
図39.910.1時間 sec

10.310.5

再現する振動波形

2-3 解析

図5ブラケットの変位実験

図4に構造解析で使用したブラケットモデルを示す。
ブラケットは開発過程にて構造改善を行っており，解3 結果と考察

析では，構造改善前後モデルの振動による変位を比較

3-1 現場計測する計算を実施した。構造改善では本体にリブを追加

図6に計測結果の一例を示す。段差通過時に加速度したが，リブの追加は，本体がより変位しにくいこと，- 72 -が大きくなっていることを確認した。

80くなっていることがわかった。

段差 160段差 2 段差 3

また改善前後のベース変位との標準偏差は，改善前

4020が0.0792，改善後が0.0287となり，63.8 %標準偏差が0小さくなる結果となった。これは解析における変位減-20ともおよそ一致する傾向を示したが，解析結果との統-40一的な比較となっておらず，評価手法については今後-60-80検討を行っていく予定である。
0510
図61520時間 sec
振動計測結果

2530
3.90
改善前

3.85
3.80

3-2 振動再現

3.75

振動再現試験の結果から，振動再現回数10万回以上3.70

でもブラケットが外れることがないことを確認した。

改善前
ベース

3.65
3.60
0.45

3-3 解析
解析の結果からボルトの緩みにくさを評価するため，

0.50

0.45
0.60
時間 sec0.65

3.60

ボルトに直交する本体部品の変位を出力した。図7に

3.55

ボルト直交部材の上下変位を示す。改善前の最大変位3.50は3.2 μmp-p，改善後の最大変位は0.8 μmp-pとなり，3.45－76 %変位が小さくなる結果となった。

3.40

改善後

改善後
ベース

3.35
2.0

3.30
0.45

改善前

1.50.500.450.60
時間 sec

図8変位計測結果例

1.00.5

0.65

0-0.5

4 まとめ

-1.01)和新工業株式会社のフォークリフト用ブラケットを

-1.5
-2.0

00.2

0.4
0.6
時間 sec0.8

1.0

現場での時間と加速度を求めて，振動試験システム2.0による再現手法を蓄積した。

改善後

1.5

サンプルに，現場における輸送時の振動を計測し，1.02)現場の振動特性を条件として読み込み，高度解析シ0.5

ステムを使用した構造解析によりブラケット固定ボ

0

ルト周辺の定性的な変位の傾向を予測した。

-0.53)今後は，実験と解析の比較手法について改善を図る-1.0

と共に現場の振動特性計測，振動試験システムによ-1.5-2.000.2
図70.40.6
時間 sec0.81.0る再現及び高度解析システムによる評価の各プロセスの簡易化を検討する。

ボルト直交部材の上下変位
5 参考文献3-4 解析の検証

1)JIS Z0200，包装貨物-性能試験方法一般通則(2023)

図8に変位計測結果の一例を示す。ベースの変位に2)JIS Z0232，包装貨物-振動試験方法(2020)

対して改善前と改善後の変位では，改善前の方が大き- 73 -