こんにちは、おかえりなさい！

モーダル検証ブログ記事シリーズのPart1では、単一のギヤボックスのハーフケーシングのMASTAモデリングをモーダル試験データと比較して検証しました。

Part 2 では、この研究をさらに拡張し、2つのハーフケーシングをボルトで結合したギヤボックス全体のケーシングを検証します。

はじめに

モーダル試験は、Part 1 で説明したものと同様の方法で実施しました。インパクトハンマーとロービング加速度計を使用し、構造物のモードシェイプを捉えます。

ケーシングをボルト接続した試験のセットアップ

全体を結合したセットアップと局所的に結合したセットアップ

最良のモデリング方法を決定するために、MASTAモデルのFEセットアップの変更を検討しました。

2つのケーシングハーフ間の接続は、全面結合として、または各ボルト位置で局所的に結合されたより小さな接触として近似できます。

合計16本のボルトの質量は、ギヤボックスの総質量の2%未満であるため、簡略化のためMASTAモデルからは省略しています。

全体を結合したセットアップと局所的に結合したセットアップ

分かったこと

試験対シミュレーションの Modal Assurance Criterion (MAC) プロットでは、最大3kHzまでに非常に良好な相関が達成され、周波数が高くなるにつれて相関が一般的に弱くなることを示しています。

モード間の周波数差もほとんどが5%未満です。

試験中に使用したインパクトハンマーと加速度計の推奨上限周波数は5kHzなので、これを超える結果は完全には信頼できません。

全体を結合した節点と局所的に結合した節点の対角線上の平均MAC値は約0.43であり、結合方法がモーダル検証にはほとんど影響を与えないことを示しています。

ただし、全体剛性が低いことから予想されるように、局所的に結合したモデルの場合、固有振動数はわずかに低くなります。

全体を結合および局所的に結合されたボルト固定ケーシングのMACプロット（試験とシミュレーションの比較）

試験の妥当性を確認するために、試験とそれ自体のMACをプロットしました。

全体的に、非対角項は最小限であり、正確なモードシェイプを求めるのに十分な加速度計の位置が使用されていることが分かります。

MACの数値が高い非対角項がいくつかありますが、これらの項は似たような周波数をもつモード間にあり、これらのモードシェイプが類似している可能性が高いことを示唆しています。

ボルト結合したケーシングのMACプロット(試験対試験)

MASTAでモードシェイプを精査すると、モード13と14 (試験モード7と8) の形状が似ているため、試験でこれらのモードを完全に分離するには、より多くの加速度計が必要になることが明らかになりました。

現実的には、全ての位置に加速度計を設置することは非現実的であり、詳細なシミュレーションモデルの必要性が浮き彫りになりました。

MACプロットの拡大 

ケーシングを全体で結合した場合の Mode 13 と 14 (~2.5kHz)

まとめ

このブログ記事の Part 1 で、単一のギヤボックスケーシングのモーダルテストを検証したのに続き、ケーシングをボルト結合した場合にも検証を拡張した結果、2つの結合方法において、最大5kHzまでの平均MAC値が対角項で0.4を上回り、モーダル周波数の差はほとんどのモードで5%未満であることを確認できました。

ここで得られた結果は、このギヤボックス設計とボルト結合方法、最大5kHzまでに特有のものです。

異なる設計や高い周波数では、結合方法がより重要になる可能性があります。

Part 3Part 3 では、この研究をケーシング内部のギヤ、シャフト、ベアリングを含むギヤボックス全体に拡大します。

この情報に興味を持たれた場合は、是非お問い合わせください。