JP2000338001A - 回転変動試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車用内燃機関エンジン等、クランク軸に
回転変動成分が重畳されている出力軸を模して、回転変
動周期、回転変動率を自在に設定する回転変動試験機を
提供することによってクランク軸を原動機とする各種伝
動要素の性能試験を行う。 【解決手段】 アーム３０の一端に設けられた軸受１０
１を回転させることによって、遊星歯車旋回機構２を任
意の角速度ωＭで加減速旋回運動させる方法であり、こ
の時の角速度変動成分を入力軸１０の角速度ωＡに重畳
させることよって、任意の回転変動成分を有する角速度
ωＡ’の出力を出力軸２０から取出すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関エンジン
をその原動機とする動力伝達機構の模擬試験機であり、
特に出力軸角速度が周期的に大きく変動する自動車用エ
ンジンに付随する動力伝達機構の模擬試験機であり、詳
説すれば前記出力軸を駆動部とし、歯付ベルト、Ｖリブ
ドベルト、チェーン、或いは歯車を介してその動力を従
動軸、すなわち、エンジンカムシャフト、或いはエンジ
ン補機を駆動させる動力伝達機構の模擬試験機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関エンジン等の往復機関のクラン
ク軸により駆動される歯付ベルト、チェーン、Ｖベル
ト、歯車、或いはこれに付随する歯付プーリ、チェーン
スプロケット、Ｖプーリ、更には、カップリング、軸
受、ダンパー等の動力伝動機構の性能試験は、その評価
方法の安定性、或いは安全性の面から実機エンジンを使
用せず、電動機等の制御性に優れた代用原動機が一般に
用いられている。

【０００３】しかし、汎用電動機は、滑らかな回転、す
なわち定角速度運転を行うものであって、エンジン出力
のような回転変動成分を重畳した運転を直接、模擬する
ことには適していなかった。

【０００４】このため、本出願人は、特開平３−９２７
４３号公報でユニバーサルジョイントのカルダン誤差を
応用した回転変動試験機を開示した。この方法は、ユニ
バーサルジョイントを所定の曲げ角度に配することによ
って出力側に軸一回転当り、二回の角速度変動成分を重
畳させる方法である。

【０００５】しかし、この方法では、変動成分の大きさ
を曲げ角度で調節することは可能であるが、軸一回転当
りの回転変動周期を変えることはできない。従って、こ
の回転変動出力は４サイクル４気筒エンジンのクランク
軸出力を模擬することは可能であるが、４サイクル３気
筒エンジン、或いは４サイクル６気筒エンジン等を模擬
することはできなかった。

【０００６】そこで、本出願人は特開平８−４３２５６
号公報で前記ユニバーサル出力軸と被測定物入力軸の間
に機械的動力変速機構を設け、この変速比を整数比に変
換することによって、前記の被測定物入力軸１回転当り
の回転変動周期が変更可能となる試験機を提案した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
試験機にあっては変速比の変更が機械的手段のみによる
ものであり、その設定変更は決して容易とは云えないも
のであった。また、同理由により、この変速比を任意の
整数比にすることは容易ではなかった。

【０００８】そこで本発明者は、回転変動試験機の出力
軸、すなわち被測定物の入力軸に発生する入力軸１回転
当りの回転変動周期を容易に変更できる回転変動試験機
を発明した。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１の発
明は、入力側と出力側に太陽歯車と遊星歯車を噛合い状
態に設け、相対向する遊星歯車を連結一体に回転させる
ように配した入力側歯車列と出力側歯車列と、前記入力
側と出力側の各遊星歯車を同時に太陽歯車に噛合いつつ
その周りを移動可能にするアームと、このアームを旋回
運動させる伝動機構を備えた遊星歯車旋回機構とで構成
し、前記一対の太陽歯車の内、一方の太陽歯車に直結さ
れた軸を入力軸とし、もう一方の太陽歯車に直結された
軸を出力軸とし、この出力軸に任意の回転変動成分を重
畳する回転変動試験機である。

【００１０】請求項２の発明は、前記遊星歯車旋回機構
にサーボモーターを用いるものであって、サーボモータ
ーの制御によってアームを加減速旋回運動させる請求項
１の回転変動試験機である。

【００１１】請求項３の発明は、アームの一端をサーボ
モーターの制御によって加減速回転させることによっ
て、アームを加減速旋回させる請求項２記載の回転変動
試験機である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態
を、図１、図２面を用いて説明する。図１は本発明に係
る回転変動試験機の正面図であり、図２は図１の側面図
である。

【００１３】図１において、回転変動試験機１は、太陽
歯車Ａおよび遊星歯車Ｂからなる入力側歯車列１ａ、及
び遊星歯車Ｂ’および太陽歯車Ａ’からなる出力側歯車
列１ｂと、相対向する遊星歯車Ｂ、Ｂ’を一体に連結す
る遊星歯車軸４０を、太陽歯車Ａ、Ａ’と噛合いつつそ
の回りに旋回させるアーム３０と、アーム３０の一端に
設けた軸受１０１を回転中心としてアーム３０を旋回さ
せる遊星歯車旋回機構２で構成される。

【００１４】この遊星歯車旋回機構２は、入力軸１０の
周りに自在に回転する軸受１０１と一体に旋回するアー
ム３０を、同じく軸受１０１のボス部に一体に取付けら
れた歯付プーリ５１を回転させることによって旋回させ
る機構である。

【００１５】図２において、この歯付プーリ５１はサー
ボモーター５０の軸に取付けられた歯付プーリ５３およ
び歯付ベルト５２を介して駆動される。

【００１６】次に、回転変動試験機１の動力伝達経路
を、図１を用いて説明する。図１において、入力側歯車
列１ａ側の軸受１００に支持された入力軸１０の一端に
ベース回転となる入力ωＡが付与される。この入力ωＡ
が直結状態の太陽歯車Ａを回転させる。

【００１７】更に、この太陽歯車Ａは噛合い状態にある
遊星歯車Ｂを回転させ、同時に遊星歯車Ｂと直結した出
力側歯車列１ｂの遊星歯車Ｂ’を回転させる。続いて遊
星歯車Ｂ’は同じく噛合い状態にある太陽歯車Ａ’を回
転させ、最後に太陽歯車Ａ’に直結された出力軸２０の
一端に出力ωＡ’を伝達する。

【００１８】この出力ωＡ’を用いて、出力軸２０に接
続された各種の伝動要素を試験することができる。以上
が本発明に係る回転変動試験機１の全体構成と動力の伝
達経路である。

【００１９】次に、上述した入力ωＡに回転変動成分を
重畳し、出力ωＡ’から目的とする回転変動成分を重畳
した出力を取り出す原理を説明する。

【００２０】差動歯車列は、噛合い状態にある一対の歯
車の内、一方の歯車が他方の歯車に対して公転する歯車
列であって、公転する歯車を遊星歯車、固定する歯車を
太陽歯車と称し、歯車の自転と遊星歯車の公転が独立し
ている遊星歯車列と定義される。即ち歯車とアームの回
転を独立して制御することによって固定歯車列の運動と
は異なる差動的な運動を実現できる。このような使用形
態にある遊星歯車列は差動歯車列と定義される。

【００２１】具体的には一対の歯車を回転可能な噛合い
状態に支持するために、軸同士をアームで接続固定し、
軸間距離を規制することによって差動歯車列を構成す
る。

【００２２】以下図３、図４を用いて詳細に説明する。
図３において、歯車Ａ、Ｂで構成される遊星歯車列を入
力側遊星歯車列１ａとし、歯車Ａの回転軸を入力軸１０
とする。同様に歯車Ａ’、Ｂ’で構成される遊星歯車列
を出力側遊星歯車列１ｂとし、歯車Ａ’の回転軸を出力
軸２０とする。

【００２３】尚、前記歯車は、夫々、歯車Ａ（歯数Ｚ
Ａ、ピッチ円半径ｒＡ）、歯車Ｂ（歯数ＺＢ、ピッチ円
半径ｒＢ）、歯車Ａ’（歯数ＺＡ’、ピッチ円半径ｒ
Ａ’）、歯車Ｂ’（歯数ＺＢ’、ピッチ円半径ｒＢ’）
で定義される。

【００２４】ここで入力側遊星歯車列１ａ及び出力側遊
星歯車列１ｂは、夫々、歯車Ａ及び歯車Ａ’を太陽歯車
とし、歯車Ｂ及び歯車Ｂ’を遊星歯車とするものであっ
て、遊星歯車Ｂ及び遊星歯車Ｂ’同士は、一本の軸４０
に固定されており、軸４０はアーム３０の一端に設けた
軸受１０２によって回転可能に支持されている。

【００２５】一方、太陽歯車Ａ及び太陽歯車Ａ’は、夫
々、入力軸１０、出力軸２０に固定されている 図３において、アーム３０を旋回させる軸受１０１の回
転軸に出力軸２０を用いているが、この回転軸は出力軸
２０に限られず、入力軸１０或いは別途中間軸を設ける
ことは任意に成し得る。

【００２６】尚、図３、図４では図示していないが、ア
ーム３０の一端に設けた軸受１０１を、アーム３０と一
体に旋回させる伝動機構が接続されている。この伝動機
構には図示しないモーターが接続されており、このモー
ターの制御によってアーム３０は角速度ωＭで表せる加
減速旋回運動を行う。

【００２７】図３、図４で示した入力側遊星歯車列１ａ
において、太陽歯車Ａの角速度をωＡ、遊星歯車Ｂの角
速度をωＢ、遊星歯車Ｂを太陽歯車Ａの周りに旋回させ
るアーム３０の角速度をωＭとすると、角速度の関係は
式（１）で表せる。

【００２８】式（１）ωＢ＝（１＋ｒＡ／ｒＢ）×ωＭ
−（ｒＡ／ｒＢ）×ωＡ 同様に出力側遊星歯車列１ｂにおいて、太陽歯車Ａ’の
角速度をωＡ’、遊星歯車Ｂ’の角速度をωＢ’、遊星
歯車Ｂ’を太陽歯車Ａ’の周りに旋回させるアーム３０
の角速度をωＭとすると、角速度の関係は式（２）で表
せる。

【００２９】式（２）ωＢ’＝（１＋ｒＡ’／ｒＢ’）
×ωＭ−（ｒＡ’／ｒＢ’）×ωＡ’ ところで、遊星歯車Ｂと遊星歯車Ｂ’は共通の軸４０に
一体固定されているので式（３）が成立する。

【００３０】式（３）ωＢ＝ωＢ’ 上記の式（１）、式（２）、式（３）を用いて、出力軸
２０の角速度ωＡ’を入力軸の角速度ωＡ、およびアー
ム３０の角速度ωＭ、で表すと式（４）が得られる。

【００３１】式（４）ωＡ’＝｛１−（ｒＡ×ｒＢ’）
／（ｒＡ’×ｒＢ）｝×ωＭ＋（ｒＡ×ｒＢ’）／（ｒ
Ａ’×ｒＢ）×ωＡ ところで、式（４）において、ｒＡ、ｒＡ’、ｒＢ、ｒ
Ｂ’は、夫々の歯車のピッチ円半径を示し、この歯車諸
元が決定された後には、定数となるものであるから、式
（４）は、式（５）に簡約化される。

【００３２】式（５）ωＡ’＝Ｃ１×ωＭ＋Ｃ２×ω
Ａ、ここでＣ１，Ｃ２は定数である。

【００３３】上記の式（５）から判るように、出力軸１
０の角速度ωＡ’が、アーム３０の旋回角速度ωＭと、
入力軸１０の角速度ωＡの線形結合で表せることから、
この旋回角速度ωＭを制御することによって、任意の回
転変動成分を重畳した回転変動出力を取り出すことがで
きる。

【００３４】

【実施例】以下、表１、表２および図５、図６を援用し
て実施例を説明する。

【００３５】

【表１】

【００３６】上記の表１で示した実施例ＮＯ．１〜Ｎ
Ｏ．５は、本発明の構成要件である遊星歯車旋回機構２
に用いた遊星歯車列の終変速比を、１／４、０．６４、
１、１．５６、４．０としたものである。

【００３７】上記の条件で、入力軸１０の回転速度を１
０００ｒｐｍ（角速度：ωＡ＝２×π×Ｎ／６０＝２×
π×１０００／６０）とし、アームの旋回速度を１００
０±１００ｒｐｍ（角速度：ωＭ＝２×π×Ｎ／６０＝
２×π×１０００±１００／６０）、且つ所定の周期で
加減速旋回させた場合の出力軸２０の回転速度を（ｒｐ
ｍ）の単位で表２に示している。

【００３８】

【表２】

【００３９】表２に示された実施例ＮＯ．１から判る通
り、一定速度の回転入力ωＡ＝１０００ｒｐｍに対し、
アームの旋回速度を１０００±１００ｒｐｍに制御する
ことによって、最終的に回転出力ωＡ’＝１０００±７
５ｒｐｍが得られることが判る。

【００４０】すなわち、従来技術のユニバーサルジョイ
ントを用いた回転変動試験機では、図５で示す通り、軸
一回転当り二回の回転変動成分しか重畳することができ
なかった。

【００４１】しかしながら、本発明に係る回転変動試験
機１では、図６で示す通り、アーム３０を周期的に加減
速旋回させることによって任意の回転変動成分をそのま
ま出力回転に重畳することができる。以上のことから遊
星歯車旋回機構２の終変速比を任意に設定し、加減速周
期を任意に設定することによって、任意の回転変動成分
を重畳した回転出力ωＡ’が得られる。

【００４２】尚、このアーム３０を任意に加減速旋回さ
せる方法としては、サーボモーターの制御プログラムを
適宜変更することによって調節することができる。例え
ば、出力軸２０の出力回転ωＡ’の回転周期をベースに
した任意の整数比の周期的加減速運転プログラムを作成
し、実行させる。これによって軸一回転当りの回転変動
周期を任意に調節することができる。

【００４３】また、サーボモーターは制御プログラムに
より正逆運転とすることは適宜に成し得ることであるか
ら、表２には正逆運転時での出力回転ωＡ’の数値を併
記している、しかし、この方法はサーボモーターのロー
ターに慣性負荷が作用するため、高速条件では一般的に
適切とは云えない、低速条件に適した方法である。

【００４４】

【発明の効果】請求項１の発明は、差動歯車列の原理を
用いて遊星歯車旋回機構を任意に加減速旋回運動させる
ものあり、出力軸一回転の時間スケールで、任意の回転
変動成分を重畳した回転変動出力を得られる優れた効果
がある。これによって周期的変動成分を内在させる自動
車エンジン等の内燃機関エンジンのクランク軸出力回転
を正確に模擬することができる。

【００４５】請求項２の発明は、遊星歯車機構を旋回さ
せる原動機にサーボモーターを使用するもであるから、
安価で且つ制御性に優れた信頼性の高い回転変動試験機
を提供できる効果がある。

【００４６】請求項３の発明は、アームの一端に設けた
軸受を回転させることによって遊星歯車機構を旋回させ
る方法であるから、サーボモーターの使用と相俟って安
価で且つ極めてコンパクトな回転変動試験機を提供でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転変動試験機を示す正面図であ
る。

【図２】図１の側面図である。

【図３】本発明に係る歯車列を示す正面図である。

【図４】図３の側面図である。

【図５】従来例に係る入出力軸角速度を示すグラフ図で
ある。

【図６】本発明に係る入出力軸角速度を示すグラフ図で
ある。

【符号の説明】

１ 回転変動試験機 １ａ 入力側歯車列 １ｂ 出力側歯車列 １０ 入力軸 ２０ 出力軸 ３０ アーム ４０ 遊星歯車軸 １００ 軸受 １０１ アーム回転軸受 １０２ 遊星歯車軸受 Ａ、Ａ’太陽歯車 Ｂ、Ｂ’遊星歯車 ωＡ、ωＡ’角速度 ωＢ、ωＢ’角速度 ωＭ 角速度

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力軸の角速度に任意の回転変動成分を
   重畳する回転変動試験機において、 入力側と出力側に太陽歯車と遊星歯車を噛合い状態に設
   け、相対向する遊星歯車を連結一体に回転させるように
   配した入力側歯車列と出力側歯車列と、 前記入力側と出力側の各遊星歯車を同時に太陽歯車に噛
   合いつつその周りを移動可能にするアームと、このアー
   ムを加減速旋回運動させる伝動機構を備えた遊星歯車旋
   回機構からなり、 前記一対の太陽歯車の内、一方の太陽歯車に直結された
   軸を入力軸とし、もう一方の太陽歯車に直結された軸を
   出力軸とすることを特徴とする回転変動試験機。
2. 【請求項２】 遊星歯車旋回機構のアームを、サーボモ
   ーターを用いて加減速旋回運動させる請求項１記載の回
   転変動試験機。
3. 【請求項３】 遊星歯車旋回機構のアームを、アームの
   一端を回転させることによって旋回運動させる請求項２
   記載の回転変動試験機。