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ジ ェ ッ トル ー ム 用 フ ラ ッ トヘ ル ドの横 振 動 特 性

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Academic year: 2022

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(1)47. Original. Paper. Transverse KINARI. Toshiyasu. Vibration * , IWATA. Faculty. of Heald. Yoshio * *, SHINTAKU. ofEngineering,. Received. Properties. Kanazawa. University,. 8 May 2001; accepted. Sukenori Kanaza. for publication. for Jet Loom *, MIYASHITA. wa, 920-8667. 29 November. Daisuke. *. Japan. 2001. Abstract. It becomes important to understand dynamic properties of moving parts of the loom according to increasing speed on the jet loom. There is no-information, however, for the heald vibration generated in the shedding motion of the loom. In this report, natural frequencies of the transverse vibration for healds are investigated by means of impulsive resonance. Frequency resonances are obtained for ten kinds of commercial flat healds those differ in their length, thickness or material by using an impact hummer equipped with a load sensor and a laser displacement sensor system. The natural frequency of a flat heald can be roughly estimated on the assumption that it has an uniform rectangular cross section. It is also found that the first natural frequency of the transverse vibration for the flat heald supported on its both ends exists slightly higher than its actual driving speed. Key Words: Jet loom; Held shape; Natural frequency; Transfer function. ジ ェ ッ トル ー ム 用 フ ラ ッ トヘ ル ドの横 振 動 特 性 喜 成 年 泰 *, 岩. 1.. 田 佳 雄 * *, 新 宅 救 徳 *, 宮 下 大 輔 *. 一 ム用 強化 フ ラ ッ トヘ ル ドの振 動 特 性 に着 目 し,イ ンパ ク ト ハ ンマ ー を用 い た加 振 試 験 に よ りヘ ル ドの横 振 動 の 固有 振. は じめ に. 近年 の織 機 の高 速 化 に伴 い,ヘ ル ドやヘ ル ドフ レー ム を含. 動 数 を測 定 し,そ の振 動 特 性 につ い て 検 討 した結 果 を報 告 す. む 開 口運 動 関連 部 品 に 対 して,軽 量 化 と剛性 ・耐 久 性 の 向 上. る.. とい う相反 す る性 能 が 求 め られ て い る。す な わ ち,ジ ェ ッ ト. 2.. ル ー ム な どの超 高速 織 機 に お い て は,高 速 で運 動 す る部材 は. 実 験 に用 い たヘ ル ド. 軽 量 で あれ ば軽 量 で あ るほ ど経 済 的 な 運 転 に とっ て,ま た 高 Table. 速 生 産 の観 点 か ら も有 利 で あ るが,高 速 運 転 に よ って 増 大 す. 1 Heald. samples. used in this investigation.. る慣性 力 に よる部 材 の 変 形 や 振 動 を抑 制 す るた め に は剛 性 の 高 い 構 造 が必 要 とな り,こ れ は 必 然 的 に 運 動部 材 の重 量 増 加 を と もな う.ま た,ヘ ル ドお よび ヘ ル ドフ レー ム の振 動 に よ って 引 き起 こ され る 工 場 内 騒 音 は100dB(A)を 超 え る と も 言 われ て い るが そ の 主 要 因 の 一 つ と して ヘ ル ドとヘ ル ドフ レー ム あ るい は ヘ ル ド同 志 の 衝 突 に よ るヘ ル ドの振 動 が挙 げ られ る[1]。さ らに,ヘ ル ドの メー ル 部 お よび ロ ッ ドス ロ ッ ト部 につ い た きず に よっ て 織 物 の 品質 を低 下 させ る障害 が お こ って い る[2,3】 が,そ の きず の 発 生 原 因 の 一 つ にヘ ル ドの 振 動 が 関与 して い る と考 え られ る. しか し,開 口運 動 に よっ て 生 じるヘ ル ドの 振 動 現象 に 関す る研 究 は まだ 報 告 例 が な い.そ こ で本 研 究 で は,ジ ェ ッ トル. 連 絡 先: * **. 会 員,金 非 会 員. 沢 大 学 工 学 部,金. 沢 市 小 立 野2‑40‑20,. TEL.. 076‑234.4694,. T15. FAX.. 076‑234‑4695,.

(2) 48. J. Text. Mach. Soc. Japan. ヘ ル ドは 両 端 を 支持 され た状 態 で 運 動 して い る と考 え られ る. 各 種 の 変 断 面 は りの 固有 振 動 数 につ い て は 古 く か ら研 究 が進 ん で い る[4]が,ヘ ル ドの よ うな 複 雑 な 形 状 の は りにつ い て有 効 な モ デ ル は な い.そ こで,ヘ ル ドをモ デ ル 化 す る第1 近似 と して,長. さL全 体 にわ た って 幅b,厚. さthの 均 一 な. 長 方 形 断 面 を もっ た は りで あ る と仮 定 し,そ の 横 方 向 の 振 動 現象 を 考 え る.こ の とき,は. りの 軸 方 向(x方 向)微小 部 分dx. の横 方 向(厚 さth方 向)の た わみWは. 図2の よ うに な り,以 下. の よ うな 運 動 方程 式 に よ って あ らわ され る. (1). こ こ で ρ は 密 度,Aは 式(1)か ら 得 られ る,一. は り の 断 面 積,Vは. せ ん 断 力 で あ る.. 般 的 な は りの 横 振 動 の 固 有 振 動 数fi. (Hz)は 式(2)に よ っ て 与 え られ る[5]。. Fig.1 Schematic. diagram. of a heald. 本 研 究 で は 図1に 示 よ うな,ジ ェ ッ トル ー ム用 強 化 フ ラ ッ トヘ ル ドの 振 動 特 性 に つ い て 検 討 す る.こ の た め,表1に す よ うに,長. さ L,厚 さthお よび 材 質(オ ー ス テ ナ イ ト系. ス テ ン レス鋼SUS304お SUS420J2)の. 示. よび マ ル テ ンサ イ ト系 ステ ン レス鋼. 異 な る10種 類 のヘ ル ドを 用 意 し,そ の加 振 試 験. を行 っ た.こ れ らの フ ラ ッ トヘ ル ドは いず れ も市 販 品 で,ジ ェ ッ トル ー ム 用 と して 使 わ れ て い る.No.1な. どの比 較 的 長 い. 試 料 は 開 口量 が 大 き く,織 機 回 転 数 が あ ま り大 き くない ドビ ー 開 口用 ,比 較 的試 料 長 の 短 いNo.9やNO.10な どは 開 口量 を 極 力 小 さ く して 高 速 で 回 転 させ る ク ラ ン ク 開 口に用 い られ. Fig.2 Transverse. vibration of a beam. て い る. 図1に 示 す よ うに フ ラ ッ トヘ ル ドの 断 面 は複 雑 な形 状 を. (2). して い る.す な わ ち,上 部 お よび 下 部 の 端 付 近 にヘ ル ドをヘ ル ドバ ー に 通 入す る た め の ロ ッ ドス ロ ッ ドが あ いて い る.下 こ こ で,Eは. 部 ロ ッ ドス ロ ッ ド付 近 で は 隣 接 す るヘ ル ドとの密 着 を防 ぐ. ま た,こ. た めにヘ ル ドは厚 さ方 向 に 形 状 が 湾 曲 して い る.中 央 部 に は. 弾 性 率,1は. 断 面2次. こ で ヘ ル ドの 幅 をb,厚. モ ー メ ン トで あ る. さ をthと す る と,. た て 糸 を 通 す た め の メ ー ル が あ る.メ ー ル 付 近 で はた て 糸 の. (3). 屈 曲が 少 しで も軽 減 す る よ うにヘ ル ドがね じ られ た 形 状 と な って い る. ヘ ル ドフ レー ム にヘ ル ドを 装 着 す る 際 に は,ヘ ル ド下 側 で. とな り,(2)式 に お いてbが 消 去 され るた め,固 有 振 動 数 は, は りの 幅 の影 響 を 受 け ない と考 え られ る.. は 隣 り合 うヘ ル ド同 志 は そ れ ぞ れ ロ ッ ドス ロ ッ ト湾 曲部 の. な お,固 有 値 λiはヘ ル ドの境 界 条 件 に よ っ て 異 な り,両. 頂 点 で接 して お り,横 方 向 へ の 運 動 を拘 束 され た状 態 に あ る. 端 支持 で は,. と考 え られ る.一 方 上 側 で は,開 口運 動 中,開 口運 動 上 死 点 付 近 で ヘ ル ドがヘ ル ドバ ー か ら飛 び 上 が っ て い る ご くわず か な 時 間 を 除 き,大 部 分 の 時 間 にお い てヘ ル ドはヘ ル ドバ ー 一 端 固定 で は. の 上 に載 っ て 運動 して お り,ヘ ル ドバ ー との摩 擦 に よ り横 方 向 へ の 運 動 を 拘束 され た 状 態 に あ る と考 え られ る.こ のた め,. T16. ,.

(3) Vol.55,No.2(2002). 49. れ る.. と な る[5].. 本 実 験 で 用 い た イ ンパ ク トハ ン マ ー は 質 量1.25gと. 3.ヘ 3.1実. ル ドの加 振試 験. に小 型 で,質 量約2gの. ヘ ル ドを加 振 す る た め に適 した容 量. の も の で あ る.一 端 固 定 の場 合 は上 耳 部 か ら24mmま. 験装 置. 力 に 固 定 し,(L‑24)mmの. でを万. 試 料 長cに 対 す る加 振 試 験 を行 っ. た.こ の とき 打 撃 点qは 固 定端 か ら0.1cの. 表1に 示 した,長 さ,厚 さ,材 質 の 異 な る10種 類 の強 化 フ. 非常. 位 置 に,そ の応. ラ ッ トヘ ル ドに 対 して,図3に 示 す よ うな イ ンパ ク トハ ンマ ー を用 い た 加 振 実 験 に よ り,伝 達 関数 を求 めた.試 料 の 固定. 答 変 位 測 定 点pは 固 定端 か ら0.2cの. 位 置 に設 定 した.. は,取 扱 い が簡 単 な 一端 固 定(片 持 は り型)の 場 合[図3(a)]. 上 が り」 を避 け,か つ,支 持 端 で の 「た わ み 角 」 を拘 束 しな. 両端 支持 の 条件 で は,ハ ン マー 打 撃 に よ るヘ ル ドの 「 跳び い よ うに す るた め,ヘ ル ドを ナ イ フ エ ッジ 上 に粘 着 テ ー プ で. と,実 際 の織機 上 の 状 態 に 近 い 両 端 支 持 の場 合[図3(b)]と. 接 着 した.こ の 支持 方 法 に よ り,接 着 部 で の減 衰 の影 響 が 懸. の2種 類 を用 い た.. 念 され るが,そ の影 響 は 高 次 の周 波 数 に 対 す る もの で,1次 や2次. の 固 有 振 動 数 に相 当す る低 次 の 振 動 数 に及 ぼ す 影 響. は 小 さい と考 え,ヘ ル ドの 跳 び 上 が りを抑 制 す る メ リッ トを 優 先 した.支 持 す る箇 所 は 両 端 か らそ れ ぞ れ15mmず と した の で,(L‑30)mmの. 試 料長cに. た.こ の と きの 打 撃 点qは 支 持 端 か ら0.05cの 応 答 変 位 測 定 点pは. つ内側. 対 す る加 振試 験 を行 っ. 固定 端 か ら0.1cの. 位 置 に,そ の. 位 置 に 設 定 した.. これ らの 打 撃 点qや 応 答 変 位 測 定 点pは. 十 分な加振 力や. 変位 振 幅 が 得 られ,か つ1次 お よび2次 の 横 振 動 モ ー ドの 節 に な らない よ うに試 行 錯 誤 に よ って 定 めた. 3.2ヘ. ル ドの 伝 達 関 数. あ る振 動 系 のq点. に 対 す る加 振 力 をfq(t),そ. 点 にお け る変 位 応 答 をxp(t)と (a) Cantilever type impact test system. の と きのp. し,そ れ ぞ れ 以 下 の フー リエ. 変 換 を施 す.. (4) (5). これ は 時 間 領 域 の 関数xp(t),fq(t)か Xp(ω),Fq(ω)へ. ら周 波 数 領 域 の 関 数. の 変 換 を 意 味 し,周 波数 領 域 上 で の 両 者. の 関係 は 次 式 の よ うに な る.. (6) こ こ にGpq(ω)はq点 (b) Supported ends type impact test system Fig. 3 Schematic 支 持 端(ま. of impact. け る 関数 で 伝 達 関数 と呼 ばれ る.式(6)よ. た は 固 定 端)付. 近 の1点qを よ り加 振 し. (7). イ ン パ ク トハ ン マ ,そ の と き のp点. お け る 変 位 応 答 を レー ザ 変 位 計(KEYENCE製LB01型)で. に. した が っ て,こ の伝 達 関数 は任 意 の周 波 数 成 分 に対 す る変位. 測. と加 振 力 の振 幅 比,す な わ ち コ ンプ ライ ア ン ス[5]を あ らわ す.. ン パ ク トハ ン マ ー に よ り検 出 さ れ た 力 の 信 号 と,. レ ー ザ セ ン サ に よ っ て 検 出 さ れ た 変 位 信 号 は,そ 御 ・増 幅 ユ ニ ッ トを 経 て シ グ ナ ル プ ロ セ ッサ(NEC三 DP6102)に. 記 録 され る.そ. (高 速 フ ー リエ 変 換)を. り. test system. ー(PCB製086C80型)に. 定 す る.イ. の加 振 力 とP点 の変 位 応 答 を 関係 付. し て,記. Gpq(ω)の ピー ク の ωか ら固 有 振 動 数fiを. れぞれ制. た伝 達 関 数 の ピー ク値 は,10回. 栄製. ための 「 打 撃 練 習 」 は 必 要 で は あ る が)に よ っ て3桁. 録 さ れ た デ ー タ にFFT. 施 す こ と に よ っ て,伝. 求 め る.得. られ. の加 振 実 験(ハ ンマ ー 加 振 の 目に変. 動 が 見 られ ず,き わ めて 再 現 性 が よい こ と が確 認 され た.. 達 関 数 が得 ら. T17.

(4) 50. 4.実. J. Text. Mach. Soc. Japan. 験 結 果 お よび 考 察. Table 2 Natural. frequency. of healds. fixed at upper. edge.. 4.1一 端 固 定 条 件 実 験 結 果 の 一 例 と し て,試 No.10[図4(b)]の す.式(2)に. 料No.5[図4(a)]お. よ び. 一 端 固 定 条 件 で の横 振 動 の 伝 達 関数 を示. よ び2次c固. よ っ て 得 ら れ た 断 面 均 一 は りの 横 振 動 の1次. お. 有 振 動 数 を 破 線 で 示 し た.. 各 試 料 に つ い て得 られ た1次 振 動 数 を表2に 示 す.表2に. お よ び2次. 1次 が 計 算値 よ り も測 定 値 が6〜18%小 (a)Sample No.5. の横 振 動 の 固 有. よ る と,横 振 動 の 固有 振 動 数 は. よ り も測 定値 が1〜11%大. さ く,2次. は計 算 値. きか っ た.言 い 換 え れ ば,1次. 固有 振 動数 で は2割,2次. の. で は1割 程 度 の誤 差 を見 積 もれ ば. 横 振 動 の 固有 振 動 数 を式(2)に よ っ て概 算 す る こ とが 可 能 で あ る.. 4.2両 端 支 持 条 件 織 機 上 で の 支 持 条 件 に 近 い と考 え られ る,両 端 支 持 条 件 で の 実 験 結 果 の 一 例 と し て,試 料No.2[図5(a)]お 5(b)]の. 断 面 均 一 は り の 横 振 動 の1次 線 で 示 し た.図5の(a)に. Fig.4 Transfer function upper end.. 図4の(a)に. of transverse. vibration. for heald fixed at. お い て も(b)に お い て も 伝 達 関 数 は お よ び2次. の固有. 振 動 数 と し て 同 定 した.各 試 料 に つ い て 得 ら れ た1次. お よび. 2次 の 横 振 動 の 固 有 振 動 数 を 表3に. お い て も(b)に お い て も 伝 達 関数 は 破 線 近 傍. して 同定 した.一 方,伝 達 関数 に お い て1次 は14Hz付. の 固有振動数 を破. 示 す.表3に. よ る と,両. 端 支 持 条 件 に お い て は横 振 動 の伝 達 関 数 の ピー ク値 は計 算. で鋭 い ピー ク を示 し,こ れ を1次 お よび2次 の 固 有 振 動 数 と の 間((a)で. お よ び2次. よ っ て 得 られ た. 破 線 近 傍 で 鋭 い ピー ク を 示 し,こ れ を1次. (b) Sample No.10. よ びNo .7[図. 横 振 動 の 伝 達 関 数 を 示 す.式(2)に. 近,(b)で. は19Hz付. 値 と よ く一 致 して お り,1次. の 固 有 振 動 で はM/C=0.99〜. 1.08,2次. あ っ た.. で は0.95〜1.01で. と2次 の ピー ク. ジ ェ ッ トル ー ム で 平 織 物 を 製 織 す る 場 合,ヘ. 近)に 少 し高 い. 回 転 で 上 昇 ま た は 下 降 す る こ と に な り,織 機2回. ピー クが 見 られ る.こ の ピー ク の 発 生 に 関 して ,メ ール 部 の 形 状 に着 目 し,ヘ ル ドの メー ル 部 を 除 い た 部分 を用 い て 同様. 動 の1サ. の加 振 試 験 を行 っ た.そ の結 果,メ ー ル 部 を取 り除 い た(半. あ る.現. 分 の 長 さの)場 合,こ の ピー ク は現 れ な か っ た.ゆ えに,メ ー ル 部 の 特 殊 な形 状 が ヘ ル ドの 振 動 モ ー ドに影 響 を 与 えて. ドの 両 端 支 持 条 件 で の1次. な わ ち,織. 転 で 開 口運. 機 回 転 数840rpmの. ジ ェ ッ トル ー ム の ヘ ル ドの 上 下 動 の 運 動 サ イ ク ル は7Hzで 状 の ジ ェ ッ トル ー ム 回 転 数 と表3を. 比 べ る と,ヘ ル. の横 振 動 固 有 振 動 数 よ り もわ ず. か に 低 い 回 転 数 で 運 転 され て い る と 考 え ら れ る. 表1を. い る と考 え られ る.し か し,こ の ピー ク の 固有 振 動 数 を概 算 す る理 論式 を導 出す る こ とは で きな か っ た.そ の他,ね. イ ク ル を 終 え る.す. ル ドは 織 機1. 見 る と,1000本. で 質 量1.82kgの. に 対 し て そ れ よ り も 約0.3kg軽. じり. い,厚. 試 料No.7の. ヘル ド. さ0.25mmのNo.8は. の影 響 や 先 端 断 面 の影 響 等 に つ い て も検 討 した が,ピ ー ク に. 速 化 の 点 で 有 利 に 見 え る.し か し な が ら こ の 場 合,No.7の. 該 当す る も の は 見 い だせ な か っ た.ま た 伝 達 関 数 の 虚 部 か ら. ル ドで は1300rpm付. 得 られ る位 相 につ い て は,こ の測 定 で はヘ ル ドの 振 幅 が 大 き. 有 振 動 数 がNo.8の. す ぎて,有 効 な情 報 は得 られ な か っ た.. 意 す る 必 要 が あ る.. T18. 近 に あ っ た ヘ ル ドの 横 振 動 の1次 ヘ ル ドで は1100rpm付. 高 ヘ の固. 近 に な る こ とに 注.

(5) 51. Vol.55,No.2(2002). 5.結. 言. 本研 究 で は,ジ ェ ッ トル ー ム用 フ ラ ッ トヘ ル ドの横 振 動 の 固 有 振 動数 を求 め る こ とを 目的 と し,形 状,材 質 の異 な る市 販 の 強 化 ヘル ドに対 して,イ ンパ ク トハ ン マ ー を 用 い た加 振 試 験 を 行 い,ヘ ル ドの形 状 と固有 振 動 数 の 関係 につ い て検 討 した 結 果,以 下 の こ とが 明 らか に な っ た. 1)イ ン パ ク トハ ンマ ー を 用 い て,フ. ラ ッ トヘ ル ドの 加 振 試. 験 を行 い,そ の結 果 か ら再 現 性 良 くヘ ル ドの伝 達 関数 を求 め る こ とがで きた. 2)ヘ ル ドは 複 雑 な 形 状 を して お り,一 端 固 定 の 境 界 条 件 に. (a)Sample No.2. お い て は,断 面均 一 は りの 固 有 振 動数 の 理 論値 と測 定値 に は2割 近 くの差 が 見 られ,断 面 均 一 は りの 横 振 動 で は想 定 され な い伝 達 関数 の ピー ク も 見 られ た. 3)織 機 上 で の 支 持 条 件 に 近 い,両. 端 支 持 の 境 界 条 件 で は,. 断 面 均 一 は りの 固 有 振 動 数 の理 論 値 と測 定 値 が 近 か っ た こ とか ら,断 面均 一 は りに よ るモ デ ル 化 は 有 効 で あ り,(2) 式 で そ の 固 有振 動 数 を概 算 す る こ とが で きた. 4)両 端 支 持 の1次 の 固 有 振 動 数 が,実 際 の織 機 の稼 動 回 転 数 に近 い た め,こ れ が 開 口の 不 具 合,ヘ ル ドの摩 耗 の助 長 な どの 諸 問 題 の原 因 に な っ て い る と考 え られ る. (b)Sample No.7 Fig.5 Transfer function at both ends.. of transverse. vibration. 本研 究 の 実験 実 施 に協 力 い た だ い た森 口卓也 君(現 在 の所 属:ス ギ ノマ シ ン(株)),塩原 由季 央 君(現 在 の 所 属:ブ ー 工 業(株))に感 謝 します .. for heald supported. 本研 究 の 一部 は第51回 Table 3 Natural frequency. of healds supported at both edges.. 年 次 大 会研 究 発 表 会 で 発 表 した.. ま た,本 研 究 は科 学 技 術 振 興 事 業 団 支 援 事 業(可 能 性 試 験)の. 地 域研 究 開 発促 進 拠 点. 支援 を得 て 実 施 され た.. References [1] Kinari,T., Preprint of 52nd Annual Conference of the Textile Machinery Society of Japan, 116(1999) [2] Takahashi,K, J. Text. Mach. Soc. Japan, 38, P308(1985) [3] Shintani,R, Donjo,I., Mori,D., Report of the Industrial Research Institute of Ishikawa, 43, 43 (1994) [4] JSME, Mechanical Engineer's Handbook, A3-53 [5] Sato,H., Okabe,H., Iwata,Y., "Kikaisindougaku", Kogyochosa - kai (1993). T19. ラザ.

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