JPH01257236A - 回転変動試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジン等の往復機関の動力伝動を模擬的に
表出する回転変動試験機であり、特にＯＨＣ，ＤＯＨＣ
エンジン等のカム軸とクランク軸を連動する自動車用歯
付ベルトやディーゼルエンジンその他を駆動源とするチ
ェーン、カップリング、歯車のように角速度とトルクが
周期的に変わる伝動部品に対し、模擬的に回転変動ある
いはねじり振動を与え、上記伝動部品の性能を試験する
回転変動試験機に関するものである。

（従来技術） 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
車、チェーン、ベルト、カップリング、軸受、ダンパ等
一連の動力伝動機構の性能試験は一般に安全性、騒音、
制御特性の問題から実物のエンジン等は使用せず、電動
機を動力源として採用する試験装置が使用されている。

しかし、電動機は回転の角速度の変化が小さく円滑な回
転を行うのに対し、エンジン等は上下死点の存在、爆発
排気等に基因して角速度が周期的に変化する回転特性を
有する。

そのため、単に試験装置の駆動源をエンジンがら電動機
に置き換えるのみでは、被試験物に負荷されるストレス
は現実のストレスよりも小さなものとなり、現実と離れ
た試験結果となってしまう欠点があった。

そこで、本発明者は先に電動機を駆動源とし、角速度変
化を有する回転力を出力する回転変動試験機としてユニ
バーサルジヨイントのカルダン誤差を応用したものを提
案した（特願昭６１年１４５７５８号、特願昭６２年１
１７７９２号）。

上記した特許出願に開示した回転変動試験機は、電動機
から一定の角度に傾斜してセットされたユニバーサルジ
ヨイントを介して出力軸に回転力を伝達するものである
。

（発明が解決しようとする問題点） 従来技術の回転変動試験機は簡易な手段で任意の角速度
変化を行う回転を出力することができる効果がある。

しかし、現実のエンジン等の動力伝動と比較するとき、
まだなお伝動特性に無視することのできない相違がある
。例えば、ＯＨＣエンジンにおけるクランク軸とカム軸
間の動力を伝動する歯付ベルトや歯車、またエンジンに
より他の往復連動を行うクーラー等を駆動する場合の伝
動機構は駆動源の角速度の周期的変化に加えて負荷特性
によるトルクの周期的変化が負荷される。

すなわち、上記に例示した伝動機構はカムの回転による
圧力角の変化やコンプレッサーの圧縮排気により負荷ト
ルクが周期的に変化する。これに対し、従来の回転変動
試験機は駆動側の角速度変化は出力できるもののトルク
変化は実現できないため、これらの試験を行う場合現実
性に欠ける面があり、改善が望まれていた。

本発明は従来の回転変動試験機の有するかかる欠点に着
目し、エンジン等を現実の負荷に使用して試験した状態
により近い特性を有する回転変動試験機を提案すること
を目的とする。

（問題点を解決するための手段） しかして、上記した目的を達成するための本発明の構成
上の特徴は、一つには入力軸と負荷軸を有し、両軸の間
に被測定物たる動力伝動機構が嵌合される回転変動試験
機であって、入力軸は原動機から任意の角度に傾斜して
セットされたユニバーサルジヨイントを経由して接続さ
れ、一方負荷軸は一定の制動力を短時間に断続的に加え
ることができるブレーキに接続されている回転変動試験
機にあり、今一つの特徴は入力軸と負荷軸を有し、両軸
の間に被測定物たる動力伝動機構が嵌合される回転変動
試験機であって、入力軸は回転数を周期的に変速可能で
ある電動機に接続され、一方負荷軸は一定の制動力を短
時間内に断続的に加えることができるブレーキに接続さ
れている回転変動試験機にある。

本発明における入力軸は、任意の角度に傾斜してセット
されたユニバーサルジヨイントを介して電動機に接続さ
れており、又は電動機自体が周期的に角速度変化を行う
ことができるものであるため、任意の周期的角速度変化
を供なって回転する。

一方負荷軸は一定の制動力を短時間内に断続的に加える
ことができるため、負荷を回転するのに必要とされるト
ルクは周期的に変化する。

そのため、入力軸と負荷軸の間に嵌合される動力伝動機
構は周期的な駆動源による角速度変化に加えて周期的な
負荷トルク変動が加重され、エンジン等により回転され
る場合に近時した状態で走行試験が行なわれる。

（実施例） 以下更に本発明の具体的実施例について説明する。

第１図は本発明の具体的実施例における回転変動試験機
の正面図であり、第２図は第１図の入力軸駆動装置の正
面図であり、第３図は第１図の入力軸駆動装置の平面図
であり、第４図はユニバーサルジヨイントの斜視図であ
り、第５図は第１図の負荷ブレーキのブロック図であり
、第６図は入力駆動装置の第２の実施例の正面図であり
、第７図は第６図の入力軸駆動装置の平面図であり、第
８図は入力軸の駆動装置の第３の実施例の正面図であり
、第９図は入力軸駆動装置の第４の実施例におけるユニ
バーサルジヨイントの正面図であり、第１０図は第５の
実施例の入力軸駆動装置を使用した回転変動試験機の正
面図であり、第１１図は第１０図における実施例に使用
する電動機の入力回路のブロックである。

第１図において（３０）は本発明の具体的実施例におけ
る回転変動試験機である。本実施例の回転変動試験機（
３０）は、一定周期の角速度変化をもって入力軸（３１
）を回転させる入力軸駆動装置（１）と、一定周期をも
って制動力が断続的に加えられる負荷軸（３２）を有す
るものである。本実施例において入力軸駆動装置（１）
は第２図のように移動ベース（１０）に搭載された駆動
モータ（２）の出力軸（３）と同じく移動ベース（１０
）上に搭載された軸受（４）で保持された第４図のよう
なユニバーサルジヨイント（５）の入力軸（６）が、好
ましくは固定カップリング、フランジ上手等の撓みやバ
ックラッシュのない接手で嵌合され、ユニバーサルジヨ
イント（５）の出力軸（７）は軸受（８）によって駆動
モータ（２）の出力軸と同一高さに保持されて入力軸（
９）として延長されたものである。移動ベース（１０）
は駆動モータ（２）をボルト等により固定する鋼板であ
って、同じく長方形状の鋼板からなる回転テーブル（１
１）上に固定された、２本の直線ガイドレール（１３）
に、それぞれ２個のリニアベアリング（１４）を介して
接続されレール（１３）に沿って軸方向に自由に直線連
動をすることができる。

又、回転テーブル（１１）はユニバーサルジヨイント（
５）のヨーク（５０）にあるコマ（５１）の中心の直下
に回転中心（２２）を有し、ベース（１６）上に、該ベ
ース（１６）と平行方向に回転可能に支障されたウオー
ムホイール（１７）の上面に、ブロック（１８）を介し
て固定されている。

そして、更に回転テーブル（１１）の後部はベース（１
６）上に、前期ウオームホイール（１７）の回転中心を
中心として円弧状に設けられたレール（１９）の上端部
に係合しており図示しない締結部材で任意の位置におい
て回転テーブル（１１）をレール（１９）に固定するこ
とができる。またウオームホイールにはハンドル（２０
）に連結されたウオーム（２１）が係合し、回転中心（
２２）を中心として回転可能であり、ハンドル（２０）
を手動で回転させることにより回転テーブル（１１）を
レール（１９）に係合しつつ円弧状に移動させ、ユニバ
ーサルジヨイント（５）に任意の傾斜角を与えることが
できる。

上述実施例中、移動ベース（１０）は最も好ましい例と
してレール及びリニアベアリングを使用したものを開示
したが、その他の公知の直線連動機器、例えば車輪を利
用したもの、コロを利用したもの、青銅合金やモリブデ
ン、ナイロン等の潤滑性の良好な素材を介するもの、ロ
ーラマイト等が利用可能である。

入力軸駆動装置（１）は、リニアベアリング（３３）を
介して回転変動試験機（３０）の本体ベース（５５）に
矢印入方向前後に直線移動可能に結合されている。

また本体ベース（５５）の端部であって入力軸駆動装置
（１）の側方にはめねじが設けられたストッパ（３４）
が固定され、ストッパ（３４）には一端にハンドル（３
５）が固定されたねじ（３６）が嵌合されている。

そして更にねじ（３６）の先端と入力軸駆動装置（１）
の間はロードセル（３７）を介して接続されておリハン
ドル（３５）を回転することにより入力軸駆動装置（１
）を直線軸受（３８）に沿って移動することができ、更
にその時の引張力をロードセル（３７）により検出する
ことができる。

一方の負荷軸は入力軸（３１）とは平行に配置され軸受
（３８）によって本体ベース（５５）に回転可能に支　
　−承され、トルク検出機（３９）及び渦流ブレーキ（
４０）に好ましくはバックラッシュのない軸継手（４１
）（４２）により接続されている。

ここで、渦流ブレーキ（４０）とは、ロータの周囲に励
磁コイルおよび渦流リングを配置したものであり、励磁
コイルを励磁し、ロータを励磁コイル及び渦流リングに
より形成される磁力線の中で回転し、ロータの回転によ
り渦流レンゲ内に渦電流を発生させ、この渦電流によっ
てロータに制御力を負荷するものである。

また渦流ブレーキ（４０）の入力軸には負荷軸（３２）
の角速度を検出する回転センサー（４６）を設けられて
いる。渦流ブレーキの励磁コイルには第５図のように整
流回路（８２）の他パレス発生回路（８３）が接続され
、のこぎり波状の脈流電流が入力される。

また、パレス発生回路は回転センサー（４６）により検
出される負荷軸の回転数又は回転角に対応して一定のパ
レスを発生するものとすれば、より実際の伝動に近い特
性が再現することができる。

次に本実施例の回転変動試験機の各部の動作を歯付ベル
トの走行試験を例にとって説明する。被試験物である歯
付ベルト（４３）は、入力軸（３１）および負荷軸（３
２）に夫々係止された歯付プーリ（４４）（４５）に嵌
合される。最初試験の準備として、歯付ベルト（４３）
を歯付ベルト（４３）（４４）に懸架しハンドル（３５
）を回転して歯付ベルト（４３）に所定の初期張力を与
える。

また、入力軸駆動装置（１）のハンドル（２０）を回転
してユニバーサルジヨイントに所定の交差角をグ、える
。この状態で電動機（２）を起動する。この時入力軸（
３１）はユニバーサルジヨイントのカルダン誤差によっ
て周期的な角速度変化を供なった回転を行う。この回転
は歯付プーリ（伺）を経て直接歯付ベルトを回転させる
。　そして、歯付ベルト（４３）はプーリ（４５）を介
して負荷軸（３２）を回転し、渦流ブレーキ（４０）を
回転する。ところで、この渦流ブレーキの励磁コイルに
は回転センサー（４６）により検出した負荷軸の回転角
に応じた脈流電流が流されるため渦流ブレーキにより試
験資料である歯付ベルトは周期的な負荷が与えられる。

以上の実施例において、負荷軸に脈動的な負荷を与える
ためのブレーキとして渦流ブレーキを使用した。これは
本発明の回転変動試験機は、その性質上長期間にわたっ
て連続運動することが多いため、ブレーキも長期にわた
って同一性能を維持できることが望ましい。

この観点において渦流ブレーキは、渦流電流を利用して
負荷トルクを発生させるため、機構上非接触であり、摩
耗による性能変化がなく最も望ましい。

しかし、用途に応じては、接触形のブレーキも例えば回
転するディスクとそれを挟んで摩擦力を与えるディスク
パッドからなるディスクブレーキ等を用い周期的にディ
スクパッドを作用させる構成を利用することも可能であ
る。入力軸駆動装置は、本実施例においては電動機（２
）を軸方向に移動可能である移動ベース（１０）上に設
置したものを例示した。これをユニバーサルジヨイント
を傾斜角を持たせて回転した場合、現実的に軸方向の変
位が発生することに着目し、その変位を開放して円滑な
回転を行なわせるために採用された手段である。

本構成は相当に大きなトルクをもって入力軸を回転して
も、各部に無理な力が発生せず装置寿命が長い特徴があ
るが、比較的低トルクで使用する場合においては、移動
ベースを採用せず直接的に電動機を固定してもよい（第
６図、第７図）。

しかし、この場合でもユニバーサルジヨイントと電動機
を接続する軸接手（８０）はある程度の軸方向変位を許
容するものを利用することが望ましい。

軸方向の変位を許容する軸接手としては、入力軸を間に
弾性体を会して連結する弾性体カップリングやチェーン
カップリングがある。

また、軸接手自体には軸方向の許容能力を持たせず、第
９図のようにユニバーサルジヨイントの入出力軸の一方
のスプライン（８１）を設け、軸側に伸縮性を付与する
手段も有効である。

また、電動機とユニバーサルジヨイントの接続はなるべ
く■ベルト等のすべりや歯車、チェーン等のバラクラシ
ュの存在しない手段によることが望ましい。最も良好な
結果が得られるのは本実施例のような固定軸接手により
直接接続した場合である。

これは、本装置は角速度に変化ある回転を発生するもの
であるため、変化の最中に軸が試験試料の慣性により入
力軸が回転方向と逆方向による回転力を受はベルトの滑
りやバックラッシュがある場合にはユニバーサルジヨイ
ントの入力側の軸の回転変動が出力側に伝達されず、入
出力軸の回転が平滑化するためである。

しかし、本発明は電動機とユニバーサルジヨイント間に
ベルト等を使用したものを排除するものではないことは
言うまでもない。（ただし、出力軸の変動波形に歪が加
わる欠点がある。）本実施例においてはユニバーサルジ
ヨイントは一個のみ使用したものを例示したが、場合に
よっては第８図のように２個以上のユニバーサルジヨイ
ント（５°）（５”）を使用することも可能である。ユ
ニバーサルジヨイントを２個以上使用する場合には角速
度変化を大きくすることができる。ただしこの場合２つ
のユニバーサルジヨイントに挟まれる中間軸と他方の軸
によって形成される角が互いに相等しくならないように
、あるいは２つのユニバーサルジヨイントが同一平面上
にならないように設計することが必要である。

上記のように構成された場合角速度変位は互いに押し消
し合い結果的に角速度の変動がなくなってしまうことに
注意すべきである。

また、上記した実施例のようにユニバーサルジヨイント
を使用せず、電動機自体に周期的に角速度が変速する機
能を持たせることによって同様の左様効果を得ることが
できる。

上記の電動機は簡単には、直流電動機の入力電圧を周期
的に変動させるか、あるいは誘導電動機において入力電
源の周波数を変動させることによっても可能である。し
かし、より好ましくは誘導電動機の人力電源として、そ
の周波数を周期的に脈動させることに加えて、刻々の電
動機の回転数を検出し、この検出値と基本となる回転数
、あるいは人力電源の脈動する刻々の周波数より理論的
に算出される回転数を比較してその比較値に応じた電流
を電動機に通電する回路を採用することが推奨される。

上記回路によると、目標とする刻々の回転数と現実の回
転数との偏差に応じたトルクが電動機に発生するため、
電動機が目標とする回転数により機敏に追従させること
ができる。

以下、上記回路の具体的を例示する。

第１１図は本発明の具体的実施例において使用する電動
機の入力回路のブロック図である。図において（６０）
は図示しない整流回路により平滑に調整された直流電源
。（６１）はベルトの制御回路（６２）からの信号によ
り電流量の増減を行う電流制御回路、（６３）は電流制
御回路（６１）により制御された直流電力を周波数およ
び位相制御して交流電力に変換する電流制御形インバー
タで誘導電動機（６４）はこの電流、周波数、位相制御
されたインバータ（６３）の出力電力が入力される。（
４６）は前記した回転検出装置であり、先の実施例同様
負荷軸の端末部近傍に配置される。（６５）は所定の一
定回転数を設定する速度設定器であり、速度設定器（６
５）の信号と回転検出装置（４６）からの信号は偏差増
巾回路（６６）に入力される。偏差増巾回路（６６）に
おいては、両信号の差が増巾される。（６７）は脈動す
る出力信号を発生する脈動信号発生回路で（６８）はそ
の周波数を設定する脈動周波数設定器、（６９）は同じ
く脈動信号の振幅を設定する脈動振幅設定器である。

（７０）は偏差増幅回路（６６）と脈動発生回路（６７
）の双方から出力される信号を加算重畳する加算回路。

（６２）は加算回路（７０）の出力信号と回転検出装置
（４６）の回転信号により誘導電動機（６４）へ入力さ
れる電流値周波数を刻々増減するための演算を行うベク
トル制御回路である。（７１）はベクトル制御回路（６
２）の周波数指令信号および位相指令信号を入力し、イ
ンバータ（６３）を制御するインバータ制御回路であり
、この出力信号によってインバータ（６３）の出力周波
数および位相を制御するものである。

（効果） 本発明の回転変動試験機はユニバーサルジヨイントのカ
ルダン誤差や、電気的信号により入力軸を周期的な角速
度変化を供なって回転し、また負荷軸も周期的に変動す
る負荷を与えることによりあたかもエンジン等の往復運
動機関を駆動源とし、クーラーやカムシャフトに動力を
伝動する場合と同様の連動を被測定物に与えることがで
きる効果がある。

本発明の回転変動試験機により、実際のエンジンやカム
シャフト等を使用せずに、エンジン等の用途に使用する
動力伝動機構の走行試験を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体的実施例における回転変動試験機
の正面図であり、第２図は第１図の入力軸駆動装置の正
面図であり、第８図は第１図の入力軸駆動装置の平面図
であり、第４図はユニバーサルジヨイントの斜視図であ
り、第５図は第１図の負荷ブレーキのブロック図であり
、第６図は入力軸駆動装置の第２の実施例の正面図であ
り、第７図は第６図の入力軸駆動装置の平面図であり、
第８図は入力軸駆動装置の第３の実施例の正面図であり
、第９図は入力軸駆動装置の第４の実施例におけるユニ
バーサルジヨイントの斜視図であり、第１０図は第５の
実施例の入力軸駆動装置を使用した回転変動試験機の正
面図であり、第１１図は第１０図における実施例に使用
する電動機の入力回路のブロック図である。 （１）・・・入力軸駆動装置 （２）・・・駆動モータ （５）・・・ユニバーサルジヨイント （３０）・・・回転変動試験機 （３１）・・・入力軸 （３２）・・・負荷軸 （４０）・・・渦流ブレーキ 特許出願人　　三ツ星ベルト株式会社 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力軸と負荷軸を有し、両軸の間に被測定物たる動
   力伝動機構が嵌合される回転変動試験機であって、入力
   軸は原動機から任意の角度に傾斜してセットされたユニ
   バーサルジョイントを経由して接続され一方負荷軸は一
   定の制動力を短時間内に断続的に加えることができるブ
   レーキに接続されていることを特徴とする回転変動試験
   機。 ２、入力軸と負荷軸を有し、両軸の間に被測定物たる動
   力伝動機構が嵌合される回転変動試験機であって、入力
   軸は回転数を周期的に変速可能である電動機に接続され
   、一方負荷軸は一定の制動力を短時間内に断続的に加え
   ることができるブレーキに接続されていることを特徴と
   する回転変動試験機。