JPH0474659B2 - - Google Patents

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イーゼルエン
ジンその他を駆動源とするチエーン、カツプリン
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、チエーン、ベルト、カツプリング、
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か
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つてしまう
欠点があつた。

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117792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ツトされ
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運動を
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ツサーの圧縮排
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つて、入力軸は原動
機から任意の角度に傾斜してセツトされたユニバ
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つて、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
てセツ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つて回転す
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ツク図であり、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
入力回路のブロツクである。

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つて
入力軸３１を回転させる入力軸駆動装置１と、一
定周期をもつ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、好ましくは固定カツプリング、フランジ
軸手等の撓みやバツクラツシユのない接手で嵌合
され、ユニバーサルジヨイント５の出力軸７は軸
受８によつて駆動モータ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つて、同じく長方形状の鋼
板からなる回転テーブル１１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
に沿つて軸方向に自由に直線運動をすることがで
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、ブロツク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
１６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運動機
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Ａ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の端部であつて入力軸駆動装
置１の側方にはめねじが設けられたストツパ３４
が固定され、ストツパ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りハ
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に沿つ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と平行に配置され軸
受３８によつて本体ベース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
好ましくはバツクラツシユのない軸継手４１，４
２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グ内に渦電流
を発生させ、この渦電流によつてロータに制御力
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の他のパレス発生回路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つて説明する。被
試験物である歯付ベルト４３は、入力軸３１およ
び負荷軸３２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与
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
差によつて周期的な角速度変化を供なつた回転を
行う。この回転は歯付プーリ４４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つて連続運動することが多い
ため、ブレーキも長期にわたつて同一性能を維持
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
例えば回転するデイスクとそれを挟んで摩擦力を
与えるデイスクパツドからなるデイスクブレーキ
等を用い周期的にデイスクパツドを作用させる構
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つて入力軸を
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ツプ
リングやチエーンカツプリングがある。

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Ｖベルト等のすべりや歯車、チエーン
等のバツクラシユ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
転力を受けベルトの滑りやバツクラツシユがある
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、場合によつては第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
軸と他方の軸によつ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つ
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つて同様の
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
つても可能である。しかし、より好ましくは誘導
電動機の入力電源として、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
いは入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ツク図である。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６
３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軸の端末
部近傍に配帯置される。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６５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車畳する加算回
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６２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、この出力信号によつてインバータ
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つて回転し、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、
クーラーやカムシヤフトに動力を伝動する場合と
同様の運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
ンやカムシヤ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ツク図であり、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
入力回路のブロツク図である。 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。

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
   あつて、入力軸は原動機から任意の角度に傾斜し
   てセツ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
   あつて、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
   キに接談されていることを特徴とする回転変動試
   験機。