CN103620372B - 旋转扭曲试验机 - Google Patents

Abstract

包括：第一驱动轴，其安装工件的一端，以规定旋转轴为中心旋转；第二驱动轴，其安装工件的另一端，以旋转轴为中心旋转；载荷赋予部，支承第一驱动轴并对第一驱动轴进行旋转驱动，对工件施加扭曲载荷；以旋转轴为中心将载荷赋予部支承为自由旋转的至少一个第一轴承；旋转驱动部，其以相同相位对第一驱动轴和载荷赋予部进行旋转驱动；和检测扭曲载荷的转矩传感器。载荷赋予部包括框体，该框体具有被第一驱动轴插入其中的圆筒状的轴部，在轴部，框体由第一轴承支承并对第一驱动轴进行支承，转矩传感器安装于第一驱动轴插入轴部的部分，对该部分的扭曲载荷进行检测。

Description

旋转扭曲试验机

技术领域

本发明涉及一种一边使工件旋转一边对工件施加旋转方向的扭曲的旋转扭曲试验机。

背景技术

例如，汽车的离合器、传动轴等动力传递部件，在高速旋转状态下，在旋转轴的周围承受较大变动的转矩。为了正确地评价这种部件的耐疲劳性，进行旋转扭曲试验，一边使试样旋转一边对试样的旋转轴周围施加转矩（扭曲载荷）。

在专利文献1中公开一种旋转扭曲试验机，其包括：对试样11施加转矩的油压致动器52；和使油压致动器52与试样11同步旋转的交流电动机58。交流电动机58使油压致动器52的主体旋转，并以与油压致动器52的主体相同的速度，使试样11的输出轴也同轴地旋转。试样11的输入轴与油压致动器52的输出轴连结，通过驱动交流电动机58与油压致动器52，能够一边使试样11旋转一边对试样11施加转矩。利用设置于输出轴46与试样11之间的转矩传感器47测量施加于试样11的转矩。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-125549号公报

发明内容

发明想要解决的问题

在专利文献1的试验机中，试样11、用于安装试样11的安装凸缘成为经由转矩传感器47支承于试验机的结构。因此，在转矩传感器47，除了被施加作为检测对象的扭曲载荷之外，还被施加由试样11、安装凸缘的重力、离心力产生的弯曲载荷，所以在试验中不能充分正确地测量施加于试样11的转矩。

根据本发明的实施方式，提供一种旋转扭曲试验机，其包括：第一驱动轴，其安装工件的一端，以规定旋转轴为中心进行旋转；第二驱动轴，其安装工件的另一端，以旋转轴为中心进行旋转；载荷赋予部，其支承第一驱动轴并对该第一驱动轴进行旋转驱动，对工件施加扭曲载荷；以旋转轴为中心将载荷赋予部支承为自由旋转的至少一个第一轴承：旋转驱动部，以相同相位对第一驱动轴和载荷赋予部进行旋转驱动；和检测扭曲载荷的转矩传感器，由旋转驱动部，经由第一和第二驱动轴使工件旋转，并且由载荷赋予部对第一驱动轴与第二驱动轴的旋转施加相位差，由此对工件施加载荷，载荷赋予部包括框体，该框体具有被第一驱动轴插入其中的圆筒状的轴部，在轴部，框体由第一轴承支承并对第一驱动轴进行支承，转矩传感器安装于第一驱动轴的被插入于轴部的部分，对该部分的扭曲载荷进行检测。

根据此结构，在第一驱动轴利用转矩传感器检测扭曲载荷的部分因为由框体轴部和第一轴承支承，所以对于弯曲的刚性高，因此，安装于第一驱动轴的工件由重力、离心力等产生的弯曲载荷所引起的转矩传感器的检测误差被抑制得较低，能够进行扭曲载荷的高精度检测。

也可以采用如下结构：轴部包括一对第二轴承，该一对第二轴承在轴方向上分离地配置，将第一驱动轴支承为自由旋转，转矩传感器配置于一对第二轴承之间。

根据该结构，被施加于第一驱动轴的弯曲载荷，由于被一对第二轴承承接，所以弯曲载荷几乎没有传递到第一驱动轴配置于第二轴承间的部分，防止弯曲载荷影响转矩传感器的检测结果。另外，根据此结构，不仅在试样侧，在载荷赋予侧产生的弯曲载荷的影响也受到抑制。

也可以采用如下结构：载荷赋予部包括：驱动第一驱动轴的电动机：和检测该电动机的驱动量的驱动量检测单元。

也可以采用如下结构：旋转扭曲试验机包括：驱动电力供给部，其配置于载荷赋予部的外部，对电动机供给驱动电力；驱动电力传送路径，其从驱动电力供给部向电动机传送驱动电力；转矩信号处理部，其配置于载荷赋予部的外部，处理转矩传感器输出的转矩信号；和转矩信号传送路径，其从转矩传感器向转矩信号处理部传送转矩信号，其中，驱动电力传送路径包括：外部驱动电力传送路径，其配置于载荷赋予部的外部；内部驱动电力传送路径，其配置于载荷赋予部的内部，与该载荷赋予部一起旋转；和第一滑动环部，其连接外部驱动电力传送路径和内部驱动电力传送路径，转矩信号传送路径包括：外部转矩信号传送路径，其配置于载荷赋予部的外部；内部转矩信号传送路径，其配线于载荷赋予部的内部，与该载荷赋予部一起旋转；和第二滑动环部，其连接外部转矩信号传送路径和内部转矩信号传送路径，其中，第二滑动环部与第一滑动环部外隔离地配置。

根据此结构，能够对旋转中的电动机供给驱动电流，实现使用电动机的旋转扭曲试验机。采用电动机，由此需要宽广的设置空间的油压供给装置变得不再需要，因而能够不用维护麻烦的油压系统。另外，由于液压油的漏出被解决，所以能够维持良好的作业环境。并且，使用其它的滑动环，将驱动电力传送路径和转矩信号传送路径完全分离，由此减轻从大电流流动的驱动电力传送路径对微弱信号流动的转矩信号传送路径造成的电磁干扰，抑制扭曲载荷的检测精确度降低。

也可以采用如下结构：在第一滑动环部与第二滑动环部之间配置有至少一个第一轴承。

根据该结构，因为在大电流流动的第一滑动环部产生的电磁噪声被第一轴承屏蔽，所以难以经由第二滑动环部混入转矩信号传送路径，防止扭曲载荷的检测精确度降落。

也可以采用如下结构：在第一驱动轴的配置于轴部内的部分设置有外径形成得较细的狭窄部，转矩传感器包括贴附于狭窄部以检测扭曲载荷的应变计。

根据该结构，利用在第二驱动轴直接贴附应变计的简单结构，实现小巧的转矩传感器。另外，利用在狭窄部贴附应变计的结构，能够在不干扰轴部地将转矩传感器收容于轴部内。并且，利用在狭窄部贴附应变计的结构，实现高检测灵敏度的转矩传感器。

也可以采用如下结构：轴部具有从狭窄部在轴方向上延伸的槽部，内部转矩信号传送路径从狭窄部通过槽部与第二滑动环部的环状电极连接。

根据该结构，能够容易地进行转矩传感器的制作和设置。

也可以采用如下结构：包括将驱动量检测单元的输出信号传送至驱动电力供给部的驱动量信号传送路径，驱动量信号传送路径包括：外部驱动量信号传送路径，其配置于载荷赋予部的外部；内部驱动量信号传送路径，其配线于载荷赋予部的内部，与该载荷赋予部一起旋转；和第三滑动环部，其与第一滑动环部隔离地配置，连接外部驱动量信号传送路径和内部驱动量信号传送路径。

根据该结构，能够抑制驱动电力传送路径和驱动量信号传送路径的电磁干扰，能够防止驱动量的检测精确度降低。

也可以采用如下结构：包括检测载荷赋予部的转数的转数检测单元，在转数检测单元与第一滑动环部之间配置有至少一个第一轴承。

也可以采用如下结构：旋转驱动部包括：第二电动机；和驱动力传递部，其将该第二电动机的驱动力传递至载荷赋予部和第二驱动轴，使载荷赋予部和第二驱动轴以相同相位旋转，其中，该驱动力传递部包括：第一驱动力传递部，其将第二电动机的驱动力传递至第二驱动轴；和第二驱动力传递部，其将第二电动机的驱动力传递至载荷赋予部。

也可以采用如下结构：第一和第二驱动力传递部分别包括环形带机构、链机构和齿轮机构的至少一个。

也可以采用如下结构：第一和第二驱动力传递部分别包括环形带机构，第一驱动力传递部包括：第三驱动轴，其与旋转轴平行地配置，被第二电动机驱动；第一驱动轮，其被同轴地固定于第三驱动轴；第一从动轮，其被同轴地固定于载荷赋予部；和第一环形带，其被架设于第一驱动轮和第一从动轮，第二驱动力传递部包括：第四驱动轴，其与第三驱动轴同轴地连结；第二驱动轮，其被固定于第四驱动轴；第二从动轮，其被固定于第一驱动轴；和第二环形带，其被架设于第二驱动轮和第二从动轮。

也可以采用如下结构：在载荷赋予部的框体的外周部形成有第一从动轮。

根据该结构，例如与第一从动轮安装在框体的一端的一般结构相比，实现小巧的装置。

也可以采用如下结构：包括配置于载荷赋予部内的减速器，第一从动轮被固定于安装有减速器的减速器固定板。

根据该结构，由于受到较大的变动载荷的减速器与第一从动轮以较高的刚性结合，所以试验中的载荷赋予部的变形减少，能够以高精确度施加扭曲载荷。

也可以采用如下结构：第一驱动轴与载荷赋予部的框体同轴且连接为一体。

根据该结构，能够使用共同动力传递机构来驱动第一驱动轴和载荷赋予部，实现简单结构的扭曲旋转装置。

也可以采用如下结构：载荷赋予部的框体具有外周面形成为与旋转轴同轴的圆柱状的圆柱部，旋转扭曲试验机，包括：第三驱动轴，其与旋转轴平行地配置，被第二电动机驱动；第一驱动轮，其被固定于第三驱动轴；和同步带，其被卷挂于第一驱动轮和框体圆柱部。

根据该结构，通过将载荷赋予部的框体的一部分作为从动轮使用，部件个数减少，实现小巧结构的旋转扭曲试验机。

上述旋转扭曲试验机也可以是根据转矩传感器的检测结果，来测定一边使工件旋转一边对工件施加有旋转方向的扭曲时的工件的运动（变动）的旋转扭曲试验机。

根据本发明的实施方式的结构，提供一种旋转扭曲试验机，能够高精确度地测量扭曲载荷。

附图说明

图1是关于本发明的第一实施方式的旋转扭曲试验机1的侧视图。

图2是旋转扭曲试验机1的载荷赋予部100附近的纵截面图。

图3是表示旋转扭曲试验机1的控制系统的概略结构的方块图。

图4是关于本发明的第二实施方式的旋转扭曲试验机200的平面图。

图5是关于本发明的第二实施方式的旋转扭曲试验机200的侧视图。

图6是旋转扭曲试验机200的载荷赋予部1100附近的纵截面图。

图7是表示旋转扭曲试验机200执行的处理的流程图。

图8是表示扭转动作处理S100的详细的流程图。

图9是表示动态扭转动作处理S100的详细的流程图。

图10是表示在扭转动作处理S100中施加于试样的转矩的时间变化的例子的图表。

图11是表示在扭转动作处理S100中施加于试样的转矩的时间变化的例子的图表。

具体实施方式

以下，参照图式来说明关于本发明的实施方式的旋转扭曲试验机。

[第一实施方式]

图1是关于本发明的第一实施方式的旋转扭曲试验机1的侧视图。旋转扭曲试验机1是将汽车用离合器做为试样T1进行旋转扭曲试验的装置，能够一边使试样T1旋转一边对试样T1的输入轴和输出轴（例如离合器盖和离合器圆盘）之间施加设定的固定或变动转矩。旋转扭曲试验机1包括：基座10，其支承旋转扭曲试验机1的各部；载荷赋予部100，其一边与试样T1一起旋转，一边对试样T1施加规定的转矩；将载荷赋予部100支承为自由旋转的轴承部20、30、40；将载荷赋予部100的内外电连接的滑动环部50、60；检测载荷赋予部100的转数的回转式编码器70；变频调速电动机80，其以设定的旋转方向和转数旋转驱动载荷赋予部100；和驱动轮91与驱动带（正时皮带）92。

基座10具有：在上下水平排列配置的下层基板11和上层基板12；和连结下层基板11与上层基板12的多个垂直支承壁13。在下层基板11的下表面安装有多个防震底座15，基座10隔着防震底座15被配置于平坦地面F上。在下层基板11的上表面固定有变频调速电动机80。另外，在上层基板12的上表面安装有轴承部20、30、40和回转式编码器70。

图2是旋转扭曲试验机1的载荷赋予部100附近的纵截面图。载荷赋予部100包括：带阶梯的筒状外壳100a；安装在外壳100a内的伺服电动机150、减速器160以及连结轴170；和转矩传感器172。外壳100a包括：收容有伺服电动机150的电动机收容部（胴部）110；可自由旋转地被支承于轴承部20的轴部120；可自由旋转地被支承于轴承部30的轴部130；和安装有滑动环部50（第一图）的滑动环51的轴部140。电动机收容部110和轴部120、130、140分别是具有中空部的大致圆筒状（或者，直径在轴方向阶梯状变化的带阶梯的圆筒状）的部件。电动机收容部110是在中空部收容伺服电动机150的外径最大的部件。电动机收容部110的试样T1侧的一端（在图2中的右端）与轴部120连接，另一端与轴部130连接。另外，轴部130的与电动机收容部110相反一侧的端部与轴部140连接。轴部140在前端部（在第一图的左端部）由轴承部40支承为自由旋转。

伺服电动机150由多个固定螺栓111固定于电动机收容部110。伺服电动机150的驱动轴152经由联接器154与减速器160的输入轴连结。另外，减速器160的输出轴与连结轴170连接。此外，减速器160包括安装凸缘162，在电动机收容部110与轴部120之间夹着安装凸缘162的状态下，经由未图示的螺栓紧固电动机收容部110和轴部120固定于外壳100a。

轴部120是带大致阶梯的圆筒状部件，在电动机收容部110侧具有外径大的轮部121，在试样T1侧具有由轴承部20支承为自由旋转的主轴部122。如图1所示，在轮部121的外周面和在变频调速电动机80的驱动轴81所安装的驱动轮91架设有驱动带92，变频调速电动机80的驱动力被驱动带92传递至轮部121，使载荷赋予部100旋转。另外，在轮部121内收容有减速器160和连结轴170的连结部。将为了收容该连结部而必须加大外径的某部位做为轮进行利用，因此，能够不增加部件个数地实现紧凑的装置结构。

在轴部120的主轴部122的前端（在图2中的右端）安装有转矩传感器172。另外，转矩传感器172的一面（在图2中的右侧面）成为安装试样T1的输入轴（离合器盖）的支承面，利用转矩传感器172检测施加于试样T1的转矩。

在轴部120的主轴部122的内周面，在轴方向两端附近设置有轴承123、124。连结轴170由轴承123、124支承为在轴部120内自由旋转。连结轴170的前端（在图2中的右端）贯通转矩传感器172，突出至外部。从转矩传感器172突出的部分被插入于试样T1的输出轴（即离合器从动盘毂）的轴孔而固定。即，利用伺服电动机150，相对于载荷赋予部100的外壳100a使连结轴170旋转驱动，能够对相对于外壳100a被固定的试样T1的输入轴（离合器盖）和被固定于连结轴170的试样T1的输出轴（离合器从动盘）之间施加设定的动态或静态转矩。

另外，如图1所示，在轴部130的端部（在图1中的左端）附近配置有用于检测载荷赋予部100的转数的回转式编码器70。

在轴部140的轴方向中央部安装有滑动环部50的滑动环51。在滑动环51与供给驱动电流的动力线150W（图2）连接，动力线150W对伺服电动机150供给驱动电流。从伺服电动机150延伸的动力线150W通过形成在轴部130、140的中空部与滑动环51连接。

滑动环部50包括滑动环51、刷固定件52和四个刷53。如上所述，滑动环51安装于载荷赋予部100的轴部140。另外，刷53被刷固定件52固定于轴承部40。滑动环51具有在轴方向上等间隔配置的四个电极环51r，相对于各电极环51r配置有刷53。各电极环51r与伺服电动机150的动力线150W连接，各刷53的端子与伺服电动机驱动单元330（后述）连接。即，伺服电动机150的各动力线150W经由滑动环部50与伺服电动机驱动单元330连接。滑动环部50向旋转的载荷赋予部100的内部，导入伺服电动机驱动单元330供给的伺服电动机150的驱动电流。

另外，在轴部140的前端（在图1中的左端）安装有滑动环部60的滑动环（未图示）。滑动环部60的滑动环与从伺服电动机150延伸的通信线150W'（图2）连接，例如内置于伺服电动机150的内置回转式编码器（未图示）的信号，经由滑动环部60被输出至外部。当在滑动环中流动大容量电动机的驱动电流等的大电流时，由于放电而容易产生大的电磁噪声。另外，由于滑动环不能充分被屏蔽，所以容易受到电磁噪声的干扰。如上所述，利用使用隔开一定距离配置的另外的滑动环、将微弱电流流动的通信线150W'与大电流流动的动力线150W连接于外部配线的结构，能够有效地防止噪声混入通信用信号。另外，在本实施方式中，滑动环部60设置于轴承部40的与滑动环部50侧相反一侧的面。采用该结构，利用轴承部40也能够获得屏蔽滑动环部60以避开滑动环部50产生的电磁噪声的效果。

接着，说明旋转扭曲试验机1的控制系统。图3表示旋转扭曲试验机1的控制系统的概略结构的方块图。旋转扭曲试验机1包括：控制旋转扭曲试验机1的整体的控制单元310；用于设定试验条件的设定单元370；波形产生单元320，其根据已设定的试验条件（对试样施加的转矩波形、扭转角的波形等），计算伺服电动机150的驱动量的波形并将其输出至控制单元310；伺服电动机驱动单元330，其根据控制单元310的控制，生成伺服电动机150的驱动电流；变频调速电动机驱动单元340，其根据控制单元310的控制，生成变频调速电动机80的驱动电流；转矩测量单元350，其根据转矩传感器172的信号计算施加于被试样的转矩；和转数测量单元360，其根据回转式编码器70的信号，计算载荷赋予部100的转数。

设定单元370包括未图示的触摸面板等使用者输入接口、CD-ROM驱动器等可换型记录介质读取装置、GPIB（GeneralPurposeInterfaceBus，通用接口总线）或USB（UniversalSerialBus，通用串行总线）等外部输入接口和网络接口。设定单元370根据经由使用者输入接口接收的使用者输入、从可换型记录媒体读取的数据、经由外部输入接口从外部设备（例如信号产生器（functiongenerator））输入的数据，和/或经由网络接口从服务器取得的数据，进行试验条件的设定。另外，本实施方式的旋转扭曲试验机1能够使用位移控制和转矩控制这两个控制方式，经由设定单元370能够设定以任一控制方式控制被施加于试样T1的扭转，其中，上述位移控制是根据施加于试样T1的扭转角（即由内置于伺服电动机150的内置回转式编码器检测的伺服电动机150的驱动量）进行控制，上述转矩控制是根据施加于试样T1的（即由转矩传感器172检测的）转矩进行控制。

控制单元310根据从设定单元370取得的试样T1的旋转速度的设定值，对变频调速电动机驱动单元340指令变频调速电动机80的旋转驱动。另外，控制单元310根据从波形产生单元320取得的伺服电动机150的驱动量的波形数据，指令伺服电动机驱动单元330进行伺服电动机150的驱动。

如图3所示，转矩测量单元350根据转矩传感器172的信号算出的转矩测量值，被发送到控制单元310和波形产生单元320。另外，内置于伺服电动机150的内置回转式编码器的信号，被发送到控制单元310、波形产生单元320和伺服电动机驱动单元330。波形产生单元320根据对伺服电动机150的驱动轴152的旋转角进行检测的内置回转式编码器的信号，计算伺服电动机150的转数的测量值。波形产生单元320在转矩控制的状况下，比较转矩（在位移控制的状况下是伺服电动机150的驱动量）的设定值和测量值，对向控制单元310发送的伺服电动机150的驱动量的设定值进行反馈控制，使得该设定值与该测量值一致。

另外，转数测量单元360根据回转式编码器70的信号所算出的载荷赋予部100的转数的测量值，被发送到控制单元310。控制单元310比较载荷赋予部100的转数的设定值和测量值，对向变频调速电动机80发送的驱动电流的频率进行反馈控制，使得该设定值与该测量值一致。

另外，伺服电动机驱动单元330比较伺服电动机150的驱动量的目标值和由内置回转式编码器检测出的驱动量，对向伺服电动机150发送的驱动电流进行反馈控制，使得驱动量接近目标值。

另外，控制单元310包括用于保存试验数据的硬盘装置（未图示），将试样T1的旋转速度、施加于试样T1的扭转角（伺服电动机150的旋转角）和扭曲载荷的各测量值的数据记录于硬盘装置。各测量值的时间变化遍及从试验开始至结束的整个期间被记录。利用以上说明了的第一实施方式的结构，能够进行以汽车用离合器为试样T1的旋转扭曲试验。

（第二实施方式）

接着，说明本发明的第二实施方式的旋转扭曲试验机1000。旋转扭曲试验机1000是将汽车用传动轴做为试样T2进行旋转扭曲试验的装置，能够一边使传动轴旋转一边对传动轴的输入轴和输出轴之间施加已设定的固定或变动转矩。图4是旋转扭曲试验机1000的平面图，图5是旋转扭曲试验机1000的侧视图（在图4中从下侧看上侧的图）。另外，图6是后述的载荷赋予部1100附近的纵截面图。此外，旋转扭曲试验机1000的控制系统具有与图3所示的第一实施方式相同的概略结构。

如图4所示，旋转扭曲试验机1000包括：支承旋转扭曲试验机1000的各部分的四个基部1011、1012、1013和1014；载荷赋予部1100，其一边与试样T2一起旋转，一边对试样T2的两端间施加规定的转矩；将载荷赋予部1100支承为自由旋转的轴承部1020、1030和1040；将载荷赋予部1100的内外配线电连接的滑动环部1050、1060和1400；检测载荷赋予部1100的转数的回转式编码器1070；变频调速电动机1080，其以已设定的旋转方向和转数，对载荷赋予部1100和试样T2的一端（在图4中的右端）进行旋转驱动；驱动力传递部1190（驱动轮1191、驱动带（正时皮带）1192和从动轮1193），将变频调速电动机1080的驱动力传递至载荷赋予部1100；和驱动力传递部1200，其将变频调速电动机1080的驱动力传递至试样T2的一端。驱动力传递部1200包括：轴承部1210；驱动轴1212；中继轴1220；轴承部1230；驱动轴1232；驱动轮1234；轴承部1240；驱动轴1242；从动轮1244；驱动带（正时皮带）1250；和工件安装部1280。

另外，在旋转扭曲试验机1000中的轴承部1020、1030、1040、滑动环部1050、滑动环部1060、回转式编码器1070、变频调速电动机1080和驱动轮1191，分别与第一实施方式的旋转扭曲试验机1中的轴承部20、30、40、滑动环部50、滑动环部60、回转式编码器70、变频调速电动机80和驱动轮91同样构成。另外，载荷赋予部1100，除了后述的轴部1120、连结轴1170、工件安装部1180和滑动环部1400外，具有与第一实施方式的载荷赋予部100相同的结构。另外，驱动带1192在从动侧被挂于从动轮1193，这点与第一实施方式的驱动带92的结构不同，但其它结构与驱动带92相同。在以下说明中，对与第一实施方式相同或相似的结构，使用相同或相似的符号省略详细说明，以与第一实施方式的结构上的不同点为中心来说明。

四个基部1011、1012、1013和1014分别配置于相同的平坦地面F上，被固定螺栓（未图示）固定。在基部1011上固定有变频调速电动机1080和轴承部1210。在基部1012上固定有支承载荷赋予部1100的轴承部1020、1030和1040和滑动环部1400的支承框体1402。另外，在基部1013固定有轴承部1230，在基部1014固定有轴承部1240。基部1013和1014通过分别松缓固定螺栓，根据应试样T1的长度，能够在轴承部1230或1240的轴方向上移动。

载荷赋予部1100的连结轴1170，从轴部1120的前端（在图6的右端）往外部突出，在连结轴1170的前端（在图6的右端）固定有工件安装部（凸缘接头）1180。在从连结轴1170的轴部1120突出部分的轴方向中央部安装有具有多个电极环的滑动环1401。

另外，如图6所示，在连结轴1170的收容于轴部1120内的部分形成有环状狭窄部1172，该狭窄部1172形成为外径较细，在狭窄部1172的周面贴附有应变计1174。另外，连结轴1170是具有贯穿中心轴上的中空部（未图示）的筒状部件，在狭窄部1172形成有与中空部连接的插通孔（未图示）。应变计1174的导线（未图示）通过形成于连结轴1170的上述插通孔和中空部，与滑动环1401的各电极环连接。另外，也可以在连结轴1170的周面设置从狭窄部1172延伸到滑动环1401的配线槽来替代中空部和插通孔，将应变计1174的导线通过配线槽配线至滑动环1401。

在滑动环1401的下部配置有固定于支承框体1402上的刷部1403。刷部1403包括以分别与滑动环1401的各电极环接触的方式相对配置的多个刷。各刷的端子经由未图示的电线与转矩测量单元1350（后述）连接。

接着，说明驱动力传递部1200（图4）的结构。轴承部1210、1230和1240分别将驱动轴1212、1232和1242支承为自由旋转。驱动轴1212的一端（在图4中的左端）经由驱动轮1191与变频调速电动机1080的驱动轴连结。另外，驱动轴1232的一端（在图4中的左端）经由中继轴1220与驱动轴1212的另一端（在图4中的右端）连结。在驱动轴1232的另一端（在图4中的右端）安装驱动轮1234，在驱动轴1242的一端（在图4中的右端）安装从动轮1244。驱动轮1234和从动轮1244上被架设驱动带1250。另外，在驱动轴1242的另一端（在图4中的左端）安装用于固定试样T2的一端的工件安装部（凸缘接头）1280。

变频调速电动机1080的驱动力经由上述的驱动力传递部1200（即驱动轴1212、中继轴1220、驱动轴1232、驱动轮1234、驱动带1250、从动轮1244和驱动轴1242）被传递至工件安装部1280，使工件安装部1280以已设定的旋转方向和转数旋转。另外，同时，变频调速电动机1080的驱动力经由驱动力传递部1190（即驱动轮1191、驱动带1192和从动轮1193）被传递至载荷赋予部1100，使载荷赋予部1100与工件安装部1280同步（即恒定以相同转数和相同相位）旋转。

接着，说明本发明的第二实施方式的旋转扭曲试验机1000的动作控制。另外，以下的说明是第二实施方式的旋转扭曲试验机1000的动作控制的一个例子，但在第一实施方式的旋转扭曲试验机1中也能够进行相同的控制动作。图7表示旋转扭曲试验机1000执行的处理的流程图。当旋转扭曲试验机1000起动时，首先进行各部分的初始化S1，然后在设定单元1370进行试验条件的设定（S2）。试验条件的设定经由在未图示的输入画面上的使用者输入来进行。另外，也能够经由存储卡等记录介质或网络从服务器读取已存的试验条件数据，来进行试验条件的输入。另外，也能够从信号产生器等外部设备输入试验条件（例如试验波形）。

接着，经由控制单元1310，判断所输入的试验条件的动作模式是“静态扭曲动作”还是“动态扭曲动作”（S3）。“静态扭曲动作”是不使工件旋转在静止状态下施加扭曲的动作模式，适用于进行一般扭曲试验时。另外，“动态扭曲动作”是在使工件旋转的状态下施加扭曲的动作模式，适用于进行旋转扭曲试验时。当已设定的试验条件的动作模式为静态扭曲动作时，执行如图8所示的“扭曲动作处理”（S100）。另外，当已设定的试验条件的动作模式为动态扭曲动作时，执行如第九图所示的“动态扭曲动作处理”（S200）。

在扭曲动作处理S100（图8）中，首先，进行驱动量波形计算S101，将在处理S2中所输入的试验转矩的波形转换为伺服电动机1150的驱动量的波形。驱动量波形计算S101由能够进行高速演算处理的波形产生单元1320执行。接着，控制单元1310根据在处理S101中所计算出的驱动量波形，将与各时刻对应的驱动量做为指示值的驱动信号输出至伺服电动机驱动单元1330，来驱动伺服电动机1150（S102）。然后，波形产生单元1320从转矩测量单元1350取得被施加于试样T2的转矩测量值（S103）。接着，波形产生单元1320判断在处理S103中所取得的转矩测量值是否达到设定值（S104）。当转矩测量值未达到设定值（S104：否）时，波形产生单元1320对驱动量波形进行反馈补正（S105），控制单元1310再根据新的驱动量波形输出驱动信号，来驱动伺服电动机1150（S102）。当转矩测量值达到设定值（S104：是）时，判定直到驱动量波形的最后是否结束驱动控制（S106），当直到驱动量波形的最后驱动控制没有结束时，回到处理S102继续驱动控制，当驱动控制结束时，扭曲动作处理S100结束。

另外，虽然上述内容是将施加于试样T1的转矩做为控制对象来进行转矩控制的例子，但旋转扭曲试验机1000也可以将施加于试样T1的扭转角（位移）做为控制对象来进行位移控制。在进行位移控制的状况下，在驱动量波形计算S101中，将试验位移（扭转角）的波形转换成伺服电动机1150的驱动量的波形。另外，波形产生单元1320，在处理S103中，根据内置于伺服电动机150的内置回转式编码器的信号，计算施加于试样T1的扭转角测量值，在处理S104中，判定扭转角的测量值是否达到设定值。

另外，在动态扭曲动作处理S200（图9）中，首先，驱动变频调速电动机1080，使得试样T2以已设定的转数进行旋转（S201）。接着，从转数测量单元1360取得与试样T2一起由变频调速电动机1080旋转驱动的载荷赋予部1100的转数的测量值（S202）。然后，判定所取得的载荷赋予部1100的转数的测量值是否达到设定值（S203）。当测量值未达到设定值（S203：否）时，对变频调速电动机1080的驱动电力（频率）进行补正（S204）。当载荷赋予部1100的转数的测量值达到设定值时，向处理S205前进。在处理S205中，判定是否为对试样T2施加预负荷（转矩）Lp的试验条件。预负荷Lp是对试样T2施加的转矩的直流成分（静载荷）。例如，当为模拟刹车动作时的旋转扭曲试验时，由变频调速电动机1080施加与旋转方向相反的方向（负）的预负荷Lp（图10）。另外，当为模拟以固定加速度行驶时的旋转转矩试验时，由变频调速电动机1080施加与旋转方向相同的方向（正）的预负荷Lp（图11）。

在施加预负荷Lp的状况（S205：是），将相当于预负荷Lp的驱动量设定为指示值，驱动伺服电动机1150使得仅对试样T2施加预负荷Lp（S206）。接着，从转矩测量单元1350取得施加于试样T2的转矩测量值（S207），判定是否达到预负荷Lp的设定值（S208）。当转矩测量值未达到预负荷Lp的设定值（S208：否）时，对伺服电动机1150的驱动量的指示值进行补正（S209），根据补正后的指示值再次驱动伺服电动机1150（S206）。

因为预负荷Lp也对变频调速电动机1080施加负荷，所以使变频调速电动机1080的转数变化。因此，在施加预负荷Lp后，再次取得载荷赋予部1100的转数的测量值（S210），判定是否与已设定的转数一致（S211）。当转数的测量值与设定值不一致（S211：否）时，补正变频调速电动机1080的驱动电力的频率来消除与设定值间的误差（S212）。当补正变频调速电动机1080的驱动电流的频率使载荷赋予部1100的转数变化时，施加于试样T2的转矩会变化。因此，再次检测转矩（S207），判定是否依据设定值施加预负荷Lp（S208）。

另外，当在S211所取得的载荷赋予部1100的转数的测量值与设定值一致（S211：是）时，此时将用于变频调速电动机1080和伺服电动机1150驱动指令的指示值存储于存储器（S213）。然后，在持续施加预负荷Lp的状态下，转移到上述的扭曲动作处理S100。

另外，在不施加预负荷Lp的试验条件的状况下（S205：否），保持原状转移到扭曲动作处理S100。

另外，在施加预负荷Lp的试验条件的状况下，在处理S101中，将试验转矩分离成直流成分（静载荷）和交流成分（动载荷），仅针对交流成分进行驱动量波形计算。然后，将在处理S212中所存储的施加预负荷所需要的驱动量、与在处理S101中计算出的施加交流成分的驱动量相加所得的值，做为对伺服电动机1150的指示值。变频调速电动机1080的驱动控制也使用在处理S212中所存储的指示值。

以上是本发明的例示的实施方式说明。本发明实施方式的结构，并不限定于上述说明，在专利申请的范围的记载所记载的技术思想范围内能够任意变更。

在上述各实施方式中，虽然伺服电动机的驱动力被减速器增强，但当使用了能够输出足够大转矩的伺服电动机时，也可以不使用减速器。通过省略减速器，由此降低摩擦损耗，也降低旋转扭曲试验机的驱动部的惯性转矩，所以能够以较高频率进行反转驱动。

另外，在上述各实施方式中，平行配置的旋转轴间的驱动力传递使用正时皮带，但也可以使用其它种类的环形带（例如平带、V带）。另外，也可以使用环形带之外的驱动力传递机构（例如链条机构、齿轮机构）。

另外，在上述第二实施方式中，从动轮1193相对于轴承部1020被配置于工件安装部1180侧。利用该结构，动轮1193与1244的间隔变短，实现小巧的驱动力传递部。另外，在第二实施方式中，动轮1244相对于轴承部1240被配置于工件安装部1280的相反侧，但从动轮1244也可以相对于轴承部1240被配置于工件安装部1280侧。经由此结构，实现更小巧的驱动力传递部。另外，也可以采用将从动轮1193相对于轴承部1020配置于工件安装部1180的相反侧的结构。在从动轮1193与工件安装部1180之间配置轴承部1020，由此防止旋转方向之外的振动噪声从驱动力传递部1190传递到试样T2，能够进行更正确的试验。

另外，在上述实施方式中，控制单元是对伺服电动机驱动单元和变频调速电动机驱动单元供给数字符号的指令信号的结构，但也可以是将其它形式的指令信号（例如模拟电流信号、模拟电压信号、脉冲信号）供给至各驱动单元的结构。另外，控制单元也可以是将不同形式的指令信号供给至各驱动单元的结构。

另外，上述实施方式，通过控制伺服电动机的驱动轴的旋转角（位移）或施加于试样的转矩，来控制伺服电动机的驱动，但本发明的实施方式的结构不限定于此，将其它参数（例如伺服电动机的旋转速度或试样的扭曲速度等）做为目标值来控制的结构也包含于本发明的技术范围。

另外，在第一实施方式中，虽然转矩传感器172被配置于轴承部20的外侧，但也可以与第二实施方式一样，采用在连结轴170的收容于轴承部20内的部分设置有外径形成得较细的环状的狭窄部、在狭窄部的周面贴附有应变计的结构，能够在轴承部20内配置转矩传感器。

附图标记说明

1、1000…旋转扭曲试验机

20、1020…轴承部

30、1030…轴承部

40、1040…轴承部

50、60、1050、1060、1400…滑动环部

70、1070…回转式编码器

100、1100…载荷赋予部

310、1310…控制单元

320、1320…波形产生单元

330、1330…伺服电动机驱动单元

340、1340…变频调速电动机驱动单元

1200…驱动力传递部

T1、T2…试样

Claims (15)

1.一种旋转扭曲试验机，其特征在于，包括：

第一驱动轴，其安装工件的一端，以规定旋转轴为中心进行旋转；

第二驱动轴，其安装所述工件的另一端，以所述旋转轴为中心进行旋转；

载荷赋予部，其对该第一驱动轴进行旋转驱动，对所述工件施加扭曲载荷；

包含以所述旋转轴为中心将所述载荷赋予部支承为自由旋转的第一轴承部的至少一个轴承部：

旋转驱动部，其包括以相同相位对所述第二驱动轴和所述载荷赋予部进行旋转驱动的第一电动机；和

检测所述扭曲载荷的转矩传感器，

由所述旋转驱动部，经由所述第一驱动轴和所述第二驱动轴使所述工件旋转，并且由所述载荷赋予部对所述第一驱动轴与所述第二驱动轴的旋转施加相位差，由此对所述工件施加载荷，

所述载荷赋予部包括：

驱动第一驱动轴的第二电动机；和

具有被所述第一驱动轴插入其中的圆筒状的轴部的框体，

在所述轴部，所述框体由所述第一轴承部支承并对所述第一驱动轴进行支承，所述转矩传感器安装于所述第一驱动轴的被插入轴部的部分，对该部分的扭曲载荷进行检测，

所述轴部包括一对第一轴承，该一对第一轴承在轴方向上分离地配置，将所述第一驱动轴支承为自由旋转，

所述转矩传感器配置于所述一对第一轴承之间，

在所述第一驱动轴的配置于所述轴部内的部分设置有外径形成得较细的狭窄部，

所述转矩传感器包括贴附于所述狭窄部以检测所述扭曲载荷的应变计。

2.如权利要求1所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

所述第一轴承部包括一对第二轴承，该一对第二轴承在轴方向上分离地配置，将所述轴部支承为自由旋转，

所述转矩传感器配置于所述一对第二轴承之间。

3.如权利要求1或2所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

所述载荷赋予部包括检测所述第二电动机的驱动量的驱动量检测单元。

4.如权利要求1或2所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

所述旋转扭曲试验机包括：

驱动电力供给部，其配置于所述载荷赋予部的外部，对所述第二电动机供给驱动电力；

驱动电力传送路径，其从所述驱动电力供给部向所述第二电动机传送驱动电力；

转矩信号处理部，其配置于所述载荷赋予部的外部，处理所述转矩传感器输出的转矩信号；和

转矩信号传送路径，其从所述转矩传感器向所述转矩信号处理部传送转矩信号，其中，

所述驱动电力传送路径包括：

外部驱动电力传送路径，其配置于所述载荷赋予部的外部；

内部驱动电力传送路径，其配置于所述载荷赋予部的内部，与该载荷赋予部一起旋转；和

第一滑动环部，其连接所述外部驱动电力传送路径和所述内部驱动电力传送路径，

所述转矩信号传送路径包括：

外部转矩信号传送路径，其配置于所述载荷赋予部的外部；

内部转矩信号传送路径，其配线于所述载荷赋予部的内部，与该载荷赋予部一起旋转；和

第二滑动环部，其连接所述外部转矩信号传送路径和所述内部转矩信号传送路径，其中，

所述第二滑动环部与所述第一滑动环部外隔离地配置。

5.如权利要求4所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

在所述第一滑动环部与所述第二滑动环部之间配置有至少一个所述轴承部。

6.如权利要求4所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

所述轴部具有从所述狭窄部在轴方向上延伸的槽部，

所述内部转矩信号传送路径从所述狭窄部通过所述槽部与所述第二滑动环部的环状电极连接。

7.如权利要求6所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

包括将所述驱动量检测单元的输出信号传送至所述驱动电力供给部的驱动量信号传送路径，

所述驱动量信号传送路径包括：

外部驱动量信号传送路径，其配置于所述载荷赋予部的外部；

内部驱动量信号传送路径，其配线于所述载荷赋予部的内部，与该载荷赋予部一起旋转；和

第三滑动环部，其与所述第一滑动环部隔离地配置，连接所述外部驱动量信号传送路径和所述内部驱动量信号传送路径。

8.如权利要求4所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

包括检测所述载荷赋予部的转数的转数检测单元，

在所述转数检测单元与所述第一滑动环部之间配置有至少一个所述轴承部。

9.如权利要求1或2所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

所述旋转驱动部包括将该第一电动机的驱动力传递至所述载荷赋予部和所述第二驱动轴的驱动力传递部，

该驱动力传递部包括：

第一驱动力传递部，其将所述第一电动机的驱动力传递至所述第二驱动轴；和

第二驱动力传递部，其将所述第一电动机的驱动力传递至所述载荷赋予部。

10.如权利要求9所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

所述第一和所述第二驱动力传递部分别包括环形带机构、链机构和齿轮机构的至少一个。

11.如权利要求10所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

所述第一和所述第二驱动力传递部分别包括环形带机构，

所述第一驱动力传递部包括：

第三驱动轴，其与所述旋转轴平行地配置，被所述第一电动机驱动；

第一驱动轮，其被同轴地固定于所述第三驱动轴；

第一从动轮，其被同轴地固定于所述载荷赋予部；和

第一环形带，其被架设于所述第一驱动轮和所述第一从动轮，

所述第二驱动力传递部，包括：

第四驱动轴，其与所述第三驱动轴同轴地连结；

第二驱动轮，其被固定于所述第四驱动轴；

第二从动轮，其被固定于所述第一驱动轴；和

第二环形带，其被架设于所述第二驱动轮和所述第二从动轮。

12.如权利要求11所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

在所述载荷赋予部的框体的外周部形成有所述第一从动轮。

13.如权利要求11所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

包括配置于所述载荷赋予部内的减速器，

所述第一从动轮被固定于安装有所述减速器的减速器固定板。

14.如权利要求1或2所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

所述第一驱动轴与所述载荷赋予部的框体同轴且连接为一体。

15.如权利要求14所述的旋转扭曲试验机，其特征在于：

所述载荷赋予部的框体具有外周面形成为与所述旋转轴同轴的圆柱状的圆柱部，

所述旋转扭曲试验机，包括：

第三驱动轴，其与所述旋转轴平行地配置，被所述第一电动机驱动；

第一驱动轮，其被固定于所述第三驱动轴；和

同步带，其被卷挂于所述第一驱动轮与所述框体的圆柱部。