低周波数域シフト

質問

エンジンのトルク計測を行った際、良い波形と不良の波形が現れました。
そこで、振動測定を行ったところ、FFT分析結果から
主に良い波形では220Hzのピークが現れ、不良の波形では20Hzの卓越したピークが現れました。
この低周波数のピークシフトは何を意味しているでしょうか？
宜しくお願い致します。

回答No.1

noname#230359

小生の私見から。

20Hzですが、エンジンマウントとエンジン自体のグローバルモード(剛体モード)が出ているのでは？　エンジン振動はこの辺の周波数帯が問題になると聞いたことがあります。つまり、マウントがバネ・エンジン自体がマスとなり、エンジンの回転成分である20HzとMeetし、f=(1/2π)*√(k/m)で共振している可能性があるのでは？ということです。例えば、測定時のエンジン回転数が1200r/minとか、それの倍数とかということはないでしょうか？
220Hzについても、同様にエンジン回転次数成分であると推察できます。20Hzが卓越している場合でも、よく見ると220Hzが立っているのでは？

以上、御参考まで。

「良いトルク波形に対して2倍、3倍のピークとなっています」という意味が正直わかりませんが・・・。

エンジンは4気筒でしょうか？
もしそうなら、220Hzについては話しは合います。
回転周波数がまさしく55Hzになるため、4発だとエンジン出力軸一回転当たり220Hzの周波数が出ます。この周波数とその次数成分が出て然りです。2263r/minでは、約150Hz辺りにピークが存在しませんか？

非線形振動の場合、ある回転数のハーフ次数成分が出ることがあると聞いたことがあります。これから考えると、約1/2のピークとMeetしていると考えても良いかも知れませんね。(マウントはゴムなので実際は非線形振動)
それか、エンジンの出力軸に行くまでに、エンジン回転数の1/2で回転させている箇所はありませんか？　それがあるならバッチリなのですが。

とりあえずトラッキングされているようですので、回転数を上げて行った時、必ずどこかの共振点とMeetします。その時は急激にピークが盛り上がるはずです。

正直、ここだけの情報ではこれ以上のことは言えませんので、頑張って下さい。

ピーク高さは、共振なら当然上がるわけですから、ここでは議論する必要はないでしょう。重要なのは周波数です。
上記のように沢山のピークが立つのも当然で、これだけ物が繋がっているのですから、それぞれの共振(グローバル・ローカル含む)や強制振動分が出ても全然不思議ではないでしょう。上記周波数にはやはり沢山の次数成分が含まれていますよね？　エンジン回転数にドンピシャにならないなら、それに合うものはないか探さないといけません。ただ、220Hzと225Hzというほぼ共通した周波数については、回転数とは無関係に立っている可能性もあります。この場合は、常に何らかの打撃力(大きさは異なるが)が入っていて、何かの部材or部位が常に共振しているのかも知れません。
エンジンを付けてからおかしくなったのなら、それはエンジンに付いて回っている問題だと思うので、エンジン周り中心に調査されるべきでしょう。エンジン回転次数成分はわかっているのですから。更に共振だとわかっているなら、それを潰すべきでは？　また20Hzという低周波数なら、その時にエンジンにどんな現象が起こっているか、触って安全な部分を触れたりしてわかりませんか？

現象をちゃんと把握したいのなら、実験モード解析を行うのが一番だと思います。可能なら実稼動解析(ODS)。これらを行って、グローバル・ローカルを含めたモードシェイプを把握する必要があると思います。CAEでやることもできますが、この場合は恐らくグローバルモードでしょうから、FEMではなくMBDのような機構解析の分野だと思います。でもこれも非常に大変です。

すみません、これ以上の手掛かりはありません。自分で現象を見たわけではないので。振動の問題は泥臭く地道にやるしかありません。小生の中でできるアドバイスはしました。あとは自力で頑張って下さい。

追加です。
まず上記のように沢山のパーツを結合するのではなく、エンジン単体で同じように振動測定しFFTを掛けてみて下さい。
そうすれば、エンジンだけに依存する周波数が見えるはずです。

お礼

ありがとうございます

まず、質問のデータが不足していました
測定点を5箇所取りまして、全体的に
良いトルク波形の3296rpmにおいては220Hzのピークが一番大きかったです
不良トルク波形の2263rpmにおいては20Hzのピークが一番大きかったです
不良トルク波形は良いトルク波形に対して2倍、3倍のピークとなっています

ご指摘から、回転数の何倍かを計算しますと
良いトルク波形の3296rpmの1:1周波数成分が54.9Hzから220Hzは4倍の周波数成分となります
不良トルク波形の2263rpmの1:1周波数成分が37.7Hzから0.5倍の周波数成分となります
いずれも、1:1周波数成分が僅かなピークで現れている箇所もありました
アドバイスお願い致します

ご回答ありがとうございます

「良いトルク波形に対して2倍、3倍のピークとなっています」は
ピーク高さの割合です。また、ピークの高さの積算で不良トルク波形状態の方が、大きくなっています

エンジンはV2 です
良いトルク波形の3296rpmでは、ピークは55Hz,65Hz,78Hz,110Hz,140Hz,220Hz,240Hz近辺です。
不良トルク波形の2263rpmでは、ピークは
20Hz,90Hz,180Hz,210Hz,225Hz,290Hz近辺です。

構造は、ダイナモモーターカップリングートルク計ー軸ーベアリングーフライホイールーベアリングーカップリングーV2エンジンの構成になっております

V2エンジンをつける前は、問題はなかったのですが、エンジンをつけた後計測を行いましたら、回転数を変化させて良いトルク波形の他に、共振と思われる不良トルクが波形が現れました。

アドバイス宜しくお願い致します

沢山のアドバイス有難うございました

前回、同じシステムでこのような問題が出ずに動いているようです。
しかしながら、モータの容量とエンジンが異なっています。
設計の合わなかった部分があると思われます。

何れにしても、地道にやってみます。