JP2000338002A - 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ピストン
ピン（軸受１０２）を往復運動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で往復旋回運動さ
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。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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】

【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、同上理由により、この変速比を任意の整
数比にすることは決して容易ではなかった。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。

【０００７】

【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、このアームの一端
に連結したピストンロッドを往復運動させるクランク機
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。

【０００８】請求項２の発明は、クランク機構のクラン
クプーリが、どちらか一方の太陽歯車によって駆動され
る請求項１記載の回転変動試験機である。

【０００９】

【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。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
歯車列Ｂ’および太陽歯車Ａ’からなる出力側歯車列１
ｂ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。

【００１０】この遊星歯車旋回機構２は、アーム３０の
他の一端に連結されたピストンロッド６１の往復運動に
よって、軸受１０１を回転中心として出力軸２０の周り
に往復旋回運動する。

【００１１】図２において、アーム３０を往復旋回させ
るクランク機構は、軸受１０２に連結されたピストンロ
ッド６１、ピストンロッド６１を連結するクランクピン
６２、クランクピン６２を偏心回転させるクランクプー
リ６０で構成される。クランクプーリ６０にはこれと一
体に回転する歯付プーリ５３が直結されており、この歯
付プーリ５３は、歯付ベルト５２を介して出力軸２０に
直結された歯付プーリ５１によって駆動される。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。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。

【００１６】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。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２
０とする。

【００１７】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。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４
０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。一
方、太陽歯車Ａ及び太陽歯車Ａ’は、夫々、入力軸１
０、出力軸２０に固定されている。

【００１８】図３において、アーム３０を旋回させる軸
受１０１の回転軸には出力軸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。

【００１９】また、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１０２には、往復クラン
ク機構のピストンピン６１が連結されており、この往復
クランク機構は、出力軸２０から図示しない歯付ベルト
伝動機構を介して駆動されている。

【００２０】アーム３０は、歯付ベルト伝動機構及び往
復クランク機構を介して出力軸２０の周りに、角速度ω
Ｍの加減速旋回運動を行う。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。 式（１）ωＢ＝（１＋ｒＡ／ｒＢ）×ωＭ−（ｒＡ／ｒ
Ｂ）×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。 式（２）ωＢ’＝（１＋ｒＡ’／ｒＢ’）×ωＭ−（ｒ
Ａ’／ｒＢ’）×ωＡ’

【００２１】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。 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。 式（４）ωＡ’＝｛１−（ｒＡ×ｒＢ’）／（ｒＡ’×
ｒＢ）｝×ωＭ＋（ｒＡ×ｒＢ’）／（ｒＡ’×ｒＢ）
×ω 式（４）において、ｒＡ、ｒＡ’、ｒＢ、ｒＢ’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。 式（５）ωＡ’＝Ｃ１×ωＭ＋Ｃ２×ωＡ、ここでＣ
１，Ｃ２は定数である。上記の式（５）から判るよう
に、出力軸１０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。

【００２２】図５は、遊星歯車Ｂ’を太陽歯車Ａ’の回
転中心Ｋ２の周りに半径Ｒの円弧を描いて往復運動する
クランク機構を示している。この遊星歯車Ｂ’はクラン
ク機構のピストンに相当し、アーム３０の一端にあって
遊星歯車Ｂ’を回転可能に軸承する軸受１０２はピスト
ンピンに相当する。このピストンピンに長さＬのピスト
ンロッド６１が連結され、反対側のクランクプーリ６０
のクランクピン６２に連結されている。このクランクピ
ン６２は、回転中心Ｋ１から半径ｒの位置を回転する。

【００２３】従って、クランクピン６２の位置とピスト
ンピン（軸受１０２）の位置関係は、クランクピン６２
の位置がＰ１の時、ピストンピン（軸受１０２）の位置
はＰ１’となり、以下、反時計周りにＰ２の時、Ｐ
２’、Ｐ３の時、Ｐ３’、Ｐ４の時、Ｐ４’となる。

【００２４】いま、ピストンピン（軸受１０２）の位置
Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３’、Ｐ４を規制する半径Ｒの円弧
を直線で近似すると、クランクピン６２とピストンピン
（軸受１０２）の位置関係は、ピストンピン（軸受１０
２）の位置をＸＰとすると、式（６）で与えられる。 式（６）ＸＰ＝ｒ×｛ＣＯＳθ＋Ｌ／ｒ×｛１−（ｒ／
Ｌ）²×ＳＩＮ²θ｝^{1/ 2}｝ ここで、ｒ／Ｌを１／３〜１／４とすると、近似的に式
（７）が得られる。 式（７） ＸＰ＝Ｌ×｛１−１／４×（ｒ／Ｌ）²｝＋
ｒ×ＣＯＳθ＋１／４×（ｒ／Ｌ）×ｒ×ＣＯＳ２θ 式（７）を時間軸ｔで微分すると、ピストンピン（軸受
１０２）の速度、即ちアーム３０の旋回速度は、式
（８）となる。 式（８）ｄＸＰ／ｄｔ＝−ｒω×｛ＳＩＮωｔ＋１／２
×（ｒ／Ｌ）ＳＩＮ２ωｔ｝、ここで、ω＝２πＮ／６
０、Ｎ（ｒｐｍ）である。上記の通り、アーム３０の旋
回速度ｄＸＰ／ｄｔ、旋回角速度ωＭは式（８）で表せ
る。また、旋回角速度ωＭは、式（８）の基本波である
正弦波ＳＩＮωｔに注目すると、クランク軸一回転当
り、一回の回転変動成分を含むことになる。

【００２５】尚、上記クランクプーリ６０を、太陽歯車
Ａ’または太陽歯車Ａに直結された入力軸１０または出
力軸２０から歯付ベルト伝動等を介して駆動することに
よって、出力回転ωＡ’と回転変動成分ωＭの同期を取
ることが可能になる。この回転変動成分の周期は、歯付
ベルト伝動等の変速比を変えることによって、また、こ
の回転変動成分の大きさは、クランクピン６２の偏心量
を変えることによって任意に変更できる。

【００２６】

【実施例】以下、表１、表２および図６，図７を用いて
実施例を説明する。

【００２７】

【表１】

【００２８】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差動歯車列の最終変
速比を、１／４、０．６４、１、１．５６、４．０とし
たもので、この条件で入力軸の回転速度を１０００ｒｐ
ｍ（角速度：ωＡ＝２×π×Ｎ／６０＝２×π×１００
０／６０）とし、アームの回転速度を±１００ｒｐｍ
（角速度：ωＭ）で設定した時の出力軸の回転速度（角
速度：ωＡ’）を表２に示している。

【００２９】

【表２】

【００３０】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±１００ｒｐｍに制御することによ
って、最終的に回転出力ωＡ’＝２５０±７５ｒｐｍが
得られることが判る。

【００３１】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６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。しかしながら、本発明に係る回転変動試験機
１ではアーム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重畳した回転変動出力を取り
出すことができる。

【００３２】すなわち、図７に示した通り、アーム３０
の加減速周期を所定の周期に設定すれば、出力軸２０に
は、回転変動成分がそのまま出力回転に重畳される。本
発明実施例では、往復クランク機構のクランクプーリ６
０の回転数を任意に設定し、クランクピン６２の偏心量
を任意に設定することができるから、任意の回転変動成
分を重畳した回転出力ωＡ’が得られる。

【００３３】尚、クランク軸を別途設けたモーターで制
御し、前記アームの回転速度を自在に変えることは可能
であるが、出力軸の回転周期と変動周期の同期を機械的
に取ることはできない。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明は、遊星歯車旋回機構に
往復クランク機構を用いることによって、出力軸に任意
の回転変動成分を重畳した回転出力が容易に得られるこ
とから、内燃機関エンジンのクランク軸に発生するの実
際の回転出力を模擬することが可能になる優れた効果が
ある。

【００３５】請求項２の発明は、これによって出力軸の
回転周期と回転変動成分の周期を機械的に同期させるこ
とが可能となることから、より正確にクランク軸の回転
出力を模擬することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転変動試験機機を示す正面図で
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】本発明に係る往復クランク機構を示す概略図で
ある。

【図６】従来例に係る入出力軸角速度を示すグラフ図で
ある。

【図７】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 (2)

【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して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
   ムの一端に連結したピストンロッドを往復運動させるク
   ランク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】 クランク機構のクランクプーリが、どち
   らか一方の太陽歯車によって駆動される請求項１記載の
   回転変動試験機。