JP2009058251A - Excitation tester - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加振試験装置の改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement of an excitation test apparatus.
従来、加振試験装置には、試験装置本体の他に試験装置を駆動する油圧源が別置され、一方向にのみ回転駆動する油圧源は、加振試験装置のシリンダと油圧ホースを介して接続される。さらに加振試験装置と駆動源の間の油圧ホースに高速応答性のサーボ弁を接続し、サーボ弁の切り換えにより、シリンダの移動速度や荷重を制御している(特許文献1参照のこと)。
しかしながら、このような従来の加振試験装置にあっては、駆動源が常に試験機の最大負荷に対応した圧力、流量を発生しているため、実際に要求される圧力や流量が低い場合にはエネルギ損失が大きくなる。損失が大きくなることで、発熱量が増大し、熱を放出するための冷却装置の容量が大きくなり、サイズが大型化する。 However, in such a conventional vibration testing device, the drive source always generates a pressure and flow rate corresponding to the maximum load of the testing machine, so when the actually required pressure or flow rate is low. Increases the energy loss. As the loss increases, the amount of heat generation increases, the capacity of the cooling device for releasing heat increases, and the size increases.
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、エネルギ効率を向上する加振試験装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an excitation test apparatus that improves energy efficiency.
本発明は、モータと、このモータの回転子を貫通して設けられ、試験片を加振する加振軸と、前記モータの回転子の回転運動を前記加振軸の直線運動に変換する変換手段とを備えることを特徴とする加振試験装置である。 The present invention includes a motor, an excitation shaft that is provided through the rotor of the motor and that excites a test piece, and a conversion that converts the rotational motion of the rotor of the motor into linear motion of the excitation shaft. And a vibration testing apparatus.
本発明によれば、モータを加振試験装置の駆動源とすることで、エネルギー効率を向上することができる。また加振軸をモータの回転子を貫通させ、回転子の回転運動を加振軸の直進運動に変換する変換出段を備え、駆動源としてモータを用いることでエネルギ効率を向上することができる。また、モータの回転数を制御することで、加振軸のストローク量を制御し、変速用のギヤ等を設ける必要がなく、加振試験装置を小型化することができる。 According to the present invention, energy efficiency can be improved by using a motor as a drive source of a vibration test apparatus. In addition, it is possible to improve the energy efficiency by using a motor as a drive source with a conversion stage for passing the excitation shaft through the rotor of the motor and converting the rotational motion of the rotor into the linear motion of the excitation shaft. . Further, by controlling the number of rotations of the motor, it is not necessary to control the stroke amount of the excitation shaft and provide a gear for shifting, etc., and the excitation test apparatus can be miniaturized.
図1は、本発明の加振試験装置の組立図であり、図2は、加振試験装置の構成部品を説明するための分解図である。 FIG. 1 is an assembly view of the vibration testing apparatus of the present invention, and FIG. 2 is an exploded view for explaining the components of the vibration testing apparatus.
本発明の加振試験装置は、不図示の試験片に接続する加振軸1を備える加振部20と、この加振軸1を軸方向に振幅させるダイレクトドライブモータ(以下、単にモータという。)2を備えるモータ部30と、このモータ部30を内装する円筒状のハウジング部40と、ハウジング部40をその軸方向に直交する軸周りに揺動可能に支持し、所定角度でハウジング部40を固定するブラケット部50とから構成される。ここで、ダイレクトドライブモータとは、モータ2の回転力を間接的機構(ギアボックスなど)を介さずに直接、駆動対象(加振軸1)に伝達するモータである。 The vibration testing apparatus of the present invention includes a vibration unit 20 including a vibration shaft 1 connected to a test piece (not shown), and a direct drive motor (hereinafter simply referred to as a motor) that swings the vibration shaft 1 in the axial direction. ) 2, a cylindrical housing portion 40 in which the motor portion 30 is housed, and a housing portion 40 that supports the housing portion 40 so as to be swingable about an axis orthogonal to the axial direction. It is comprised from the bracket part 50 which fixes. Here, the direct drive motor is a motor that transmits the rotational force of the motor 2 directly to the drive target (excitation shaft 1) without using an indirect mechanism (gearbox or the like).
加振部20は、加振軸1と、加振軸1から試験片に作用する荷重を検出するロードセル6と、加振軸1のストローク(変位)量を検出する変位検出手段8と、ボール螺子機構を用いて加振軸1を軸方向にストロークするボール螺子ナット4と、加振軸1の軸心回りの回転を規制するスプラインナット5とを備える。ここで、ボール螺子ナット4とスプラインナット5とは、モータ2のロータの回転運動を加振軸1の直線運動に変換する変換手段を構成する。 The vibration unit 20 includes a vibration shaft 1, a load cell 6 that detects a load acting on the test piece from the vibration shaft 1, a displacement detection unit 8 that detects a stroke (displacement) amount of the vibration shaft 1, and a ball A ball screw nut 4 that strokes the vibration shaft 1 in the axial direction by using a screw mechanism and a spline nut 5 that restricts rotation of the vibration shaft 1 around the axis are provided. Here, the ball screw nut 4 and the spline nut 5 constitute conversion means for converting the rotational motion of the rotor of the motor 2 into the linear motion of the excitation shaft 1.
加振軸1は、円筒状の部材からなり、その外周面にはボール螺子ナット4にボールを介して面する螺子溝が形成される。さらに加振軸1の外周面には軸方向に凹状のスプライン溝が形成される。このスプライン溝に係合する凸部を備えたスプラインナット5がボール螺子ナット4から軸方向に所定距離離れて配置される。ボール螺子ナット4は後述のハウジング部40に相対回転可能に支持され、スプラインナット5はハウジング部40に固定される。 The excitation shaft 1 is formed of a cylindrical member, and a screw groove that faces the ball screw nut 4 via the ball is formed on an outer peripheral surface thereof. Further, a concave spline groove is formed in the axial direction on the outer peripheral surface of the excitation shaft 1. A spline nut 5 having a convex portion that engages with the spline groove is disposed away from the ball screw nut 4 by a predetermined distance in the axial direction. The ball screw nut 4 is supported by a housing part 40 described later so as to be relatively rotatable, and the spline nut 5 is fixed to the housing part 40.
このような構成により、加振軸1とスプラインナット5との相対回転が禁止され、かつハウジング部40へスプラインナット5が支持されることにより、ハウジング部40に対する軸方向への移動が禁止されたボール螺子ナット4の回転により加振軸1が軸方向へストロークする。 With such a configuration, relative rotation between the excitation shaft 1 and the spline nut 5 is prohibited, and the movement of the housing portion 40 in the axial direction is prohibited by supporting the spline nut 5 to the housing portion 40. As the ball screw nut 4 rotates, the excitation shaft 1 strokes in the axial direction.
加振軸1の試験片側一端部にはロードセル6が設置され、加振軸1から試験片に作用する荷重を検出する。他端部には変位検出手段8の環状の電磁石21が設置される。 A load cell 6 is installed at one end of the excitation shaft 1 on the side of the test piece, and a load acting on the test piece from the excitation shaft 1 is detected. An annular electromagnet 21 of the displacement detection means 8 is installed at the other end.
変位検出手段8は、電磁石21と、コイル線が配設された磁歪管22と、磁歪管22の端部に設けられる検出部23とから構成される。パイプ状の磁歪管22がこの電磁石21を貫通して中空状の加振軸1内に相対変位可能に配置され、検出部23で加振軸1のストローク量を検出する。 The displacement detection means 8 includes an electromagnet 21, a magnetostrictive tube 22 provided with a coil wire, and a detection unit 23 provided at an end of the magnetostrictive tube 22. A pipe-shaped magnetostrictive tube 22 passes through the electromagnet 21 and is disposed in the hollow excitation shaft 1 so as to be relatively displaceable. The detection unit 23 detects the stroke amount of the excitation shaft 1.
加振軸1の軸方向ストローク量は、例えば特開平07−190015号公報に記載の、いわゆるウィーデマン効果を適用する磁歪式の変位検出手段8を用いて検出する。これは、磁歪管22にコイル線を設け、設けられたコイル線に電流を流すと周回磁束が生じ、この周回磁束と直交する方向に外部(電磁石21)から磁界を加えると磁歪管22にねじれが生じる現象で、この現象を応用して検出部23で検出するものである。 The axial stroke amount of the excitation shaft 1 is detected by using a magnetostrictive displacement detecting means 8 to apply a so-called Weedmann effect described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-190015. This is because when a coil wire is provided in the magnetostrictive tube 22 and an electric current is passed through the provided coil wire, a circular magnetic flux is generated. This phenomenon is applied and is detected by the detection unit 23 by applying this phenomenon.
ロードセル6とボール螺子ナット4間の加振軸1の外周部にはボール螺子ナット4と加振軸1の螺子溝間へのダスト等の侵入を防止するブーツ24が配置される。 A boot 24 is disposed on the outer periphery of the vibration shaft 1 between the load cell 6 and the ball screw nut 4 to prevent dust and the like from entering between the ball screw nut 4 and the screw groove of the vibration shaft 1.
ボール螺子ナット4は、モータ2のロータを構成する鉄心9に固定され、鉄心9は加振軸1が貫通するように円筒状に構成される。鉄心9の外周側にはマグネット10が固定され、マグネット10の外周面に面してステータ11が配置される。ステータ11は、ハウジング部40の本体部12内に収装される。モータ2は、不図示のコントローラによりその回転数等の回転条件が制御され、コントローラはモータ2を制御することで加振軸1のストローク量等を制御する。 The ball screw nut 4 is fixed to an iron core 9 that constitutes the rotor of the motor 2, and the iron core 9 is formed in a cylindrical shape so that the excitation shaft 1 passes therethrough. A magnet 10 is fixed to the outer peripheral side of the iron core 9, and a stator 11 is disposed facing the outer peripheral surface of the magnet 10. The stator 11 is accommodated in the main body portion 12 of the housing portion 40. The rotation condition such as the rotation speed of the motor 2 is controlled by a controller (not shown), and the controller controls the motor 2 to control the stroke amount of the excitation shaft 1.
ハウジング部40を構成する本体部12は円筒形状を有し、その壁部を軸方向に貫通する複数の貫通孔が同一円周上に所定の間隔で形成される。この各貫通孔が直列に接続されるように開口端部を連結するU字状のパイプ41が設けられる。そして、この貫通孔内にモータ2を冷却する冷媒を流通させることでハウジング部40に内装したモータ2の温度を所定温度に制御する。モータ2またはモータ2近傍のハウジング部40には、モータ2の温度を検出する不図示のセンサが設けられ、検出された温度に応じてコントローラが、冷媒を本体部12に供給する不図示のポンプの負荷状態を制御する。 The main body portion 12 constituting the housing portion 40 has a cylindrical shape, and a plurality of through holes penetrating the wall portion in the axial direction are formed on the same circumference at a predetermined interval. A U-shaped pipe 41 is provided to connect the open ends so that the through holes are connected in series. And the temperature of the motor 2 built in the housing part 40 is controlled to predetermined temperature by distribute | circulating the refrigerant | coolant which cools the motor 2 in this through-hole. The motor 2 or the housing part 40 in the vicinity of the motor 2 is provided with a sensor (not shown) that detects the temperature of the motor 2, and a controller (not shown) that supplies the refrigerant to the main body part 12 according to the detected temperature. Control the load state of
本体部12の試験片側の開口部を閉止するヘッドフランジ13が設けられ、加振軸1を支持するボール螺子ナット4は、ヘッドフランジ13の内面に相対回転可能に支持される。ボール螺子ナット4の回転に伴い、ヘッドフランジ13の中央部に設けられた貫通孔から加振軸1が軸方向に伸縮する。 A head flange 13 that closes the test piece side opening of the main body 12 is provided, and the ball screw nut 4 that supports the excitation shaft 1 is supported on the inner surface of the head flange 13 so as to be relatively rotatable. As the ball screw nut 4 rotates, the excitation shaft 1 expands and contracts in the axial direction from a through hole provided in the central portion of the head flange 13.
さらに本体部12の他方の開口部を閉止するボトムフランジ14が設けられる。ボトムフランジ14の内端面には前述のスプラインナット5が固定される。さらにボトムフランジ14の外端面には変位検出手段8を内装する円筒状の磁歪管ハウジング15が固定され、その開口部を塞ぐとともに変位検出手段8の検出部23を固定する磁歪管固定フランジ16が設置される。 Further, a bottom flange 14 that closes the other opening of the main body 12 is provided. The aforementioned spline nut 5 is fixed to the inner end surface of the bottom flange 14. Further, a cylindrical magnetostrictive tube housing 15 that houses the displacement detection means 8 is fixed to the outer end surface of the bottom flange 14, and a magnetostrictive tube fixing flange 16 that closes the opening and fixes the detection portion 23 of the displacement detection means 8. Installed.
ハウジング部40の本体部12の外周面には加振軸1の軸方向に直交する方向に突出する一対の支持軸17が設けられ、この支持軸17がブラケット部50に揺動可能に支持されるとともに所定角度で固定され、加振方向が設定される。 A pair of support shafts 17 projecting in a direction orthogonal to the axial direction of the excitation shaft 1 are provided on the outer peripheral surface of the main body portion 12 of the housing portion 40, and the support shafts 17 are swingably supported by the bracket portion 50. In addition, the excitation direction is set at a predetermined angle.
次に作用を説明する。 Next, the operation will be described.
本発明の加振試験装置は、試験片を加振する加振軸1がボール螺子機構の構成部材として構成され、ボール螺子機構により加振軸1を軸方向へストロークするボール螺子ナット4をモータ2のロータに固定することにより、モータ2によりボール螺子ナット4を直接回転させる構成とした。このため、モータ2の駆動条件を制御することにより、試験片を所定のストローク量、荷重、周波数等で加振するものである。このように、モータ2を駆動源として加振試験装置を構成することで、駆動源として油圧シリンダを用いた場合に比してエネルギ効率を向上することができる。また、加振軸をモータの回転子を貫通して設け、モータ2の回転子の回転運動を加振軸1の直線運動に変換するボール螺子機構を用いて構成される変換手段を備えたので、加振試験装置を小型化することができる。 In the vibration testing apparatus of the present invention, a vibration shaft 1 that vibrates a test piece is configured as a constituent member of a ball screw mechanism, and a ball screw nut 4 that strokes the vibration shaft 1 in the axial direction by the ball screw mechanism is used as a motor. The ball screw nut 4 is directly rotated by the motor 2 by being fixed to the rotor 2. For this reason, by controlling the driving conditions of the motor 2, the test piece is vibrated with a predetermined stroke amount, load, frequency, and the like. Thus, energy efficiency can be improved compared with the case where a hydraulic cylinder is used as a drive source by comprising a vibration test apparatus by using the motor 2 as a drive source. In addition, since the excitation shaft is provided through the rotor of the motor, conversion means configured using a ball screw mechanism that converts the rotational motion of the rotor of the motor 2 into the linear motion of the excitation shaft 1 is provided. The vibration testing apparatus can be downsized.
ハウジング部40に対して軸方向変位する加振軸1は、中空軸状に構成され、この中空部に加振軸1のストローク量を検出する変位検出手段8が設置される。変位検出手段8としては、たとえば、ウィーデマン効果に基づく磁歪管22と電磁石21を用いた変位検出手段が配置される。このような構成とすることで、加振軸1のストローク量を精度よく検出し、また省スペース化を図るとともに、さらに加振軸1を中空状とすることで軽量化を図ることができる。 The excitation shaft 1 that is axially displaced with respect to the housing portion 40 is formed in a hollow shaft shape, and a displacement detection means 8 that detects the stroke amount of the excitation shaft 1 is installed in the hollow portion. As the displacement detection means 8, for example, a displacement detection means using a magnetostrictive tube 22 and an electromagnet 21 based on the Weedmann effect is arranged. With such a configuration, the stroke amount of the excitation shaft 1 can be detected accurately, space saving can be achieved, and the weight can be reduced by making the excitation shaft 1 hollow.
モータ2を内装するハウジング部40の壁部には、冷媒を流通する流路(貫通孔)が形成され、モータ2の温度を所定温度に維持することができる。 A flow path (through hole) for circulating the refrigerant is formed in the wall portion of the housing portion 40 that houses the motor 2, and the temperature of the motor 2 can be maintained at a predetermined temperature.
図3は、第2の実施形態の加振試験装置の分解図である。この実施形態の構成では、加振部20の構成である筒状の加振軸1とハウジング部40の構成が第1の実施形態に対して変更される。 FIG. 3 is an exploded view of the vibration testing apparatus of the second embodiment. In the configuration of this embodiment, the configurations of the cylindrical excitation shaft 1 and the housing portion 40 that are the configuration of the excitation unit 20 are changed from those of the first embodiment.
具体的には、加振軸1に構成したスプライン溝とスプラインナット5を廃止して、加振軸1は、加振軸1のストローク量を考慮してその長さが設定される螺子溝が形成される螺子部25と、外形が軸方向から見て多角形断面、例えば四角断面の棒状の摺動部26とを軸方向に並設する。 Specifically, the spline groove and the spline nut 5 formed on the vibration shaft 1 are eliminated, and the vibration shaft 1 has a screw groove whose length is set in consideration of the stroke amount of the vibration shaft 1. The formed screw portion 25 and a rod-shaped sliding portion 26 having a polygonal cross-section, for example, a square cross-section as viewed from the axial direction, are arranged in parallel in the axial direction.
そしてこの摺動部26は、ハウジング部40に形成された、摺動部26の断面形状に相似した、つまり四角形の孔部(不図示)を貫通して軸方向に摺動可能に支持されるとともに加振軸1の軸心周りの回転を禁止される。 The sliding portion 26 is similar to the cross-sectional shape of the sliding portion 26 formed in the housing portion 40, that is, is slidably supported in the axial direction through a rectangular hole (not shown). At the same time, rotation around the axis of the excitation shaft 1 is prohibited.
このような構成とすることにより、第1の実施形態の効果を維持したまま、スプライン溝とスプラインナット5を廃止してコストを低減するとともに、強度を向上することができる。 By adopting such a configuration, while maintaining the effects of the first embodiment, the spline groove and the spline nut 5 can be eliminated to reduce the cost and improve the strength.
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
本発明は、試験片を加振する加振試験装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a vibration test apparatus that vibrates a test piece.
1 加振軸
2 モータ
4 ボール螺子ナット
5 スプラインナット
6 ロードセル
8 変位検出手段
9 鉄心
10 マグネット
11 ステータ
12 本体部
13 ヘッドフランジ
14 ボトムフランジ
15 磁歪管ハウジング
16 磁歪管固定フランジ
17 支持軸
20 加振部
21 電磁石
22 磁歪管
23 検出部
24 ブーツ
25 螺子部
26 摺動部
30 モータ部
40 ハウジング部
41 パイプ
50 ブラケット部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Excitation shaft 2 Motor 4 Ball screw nut 5 Spline nut 6 Load cell 8 Displacement detection means 9 Iron core 10 Magnet 11 Stator 12 Body part 13 Head flange 14 Bottom flange 15 Magnetostrictive tube housing 16 Magnetostrictive tube fixing flange 17 Support shaft 20 Excitation part 21 Electromagnet 22 Magnetostrictive tube 23 Detecting section 24 Boot 25 Screw section 26 Sliding section 30 Motor section 40 Housing section 41 Pipe 50 Bracket section
Claims (8)
このモータの回転子を貫通して設けられ、試験片を加振する加振軸と、
前記モータの回転子の回転運動を前記加振軸の直線運動に変換する変換手段とを備えることを特徴とする加振試験装置。 A motor,
An excitation shaft provided through the rotor of the motor, for exciting the test piece,
An excitation test apparatus comprising: conversion means for converting rotational motion of the rotor of the motor into linear motion of the excitation shaft.
前記コイル線に電流を流すと周回磁束が生じ、この周回磁束と直交する方向に前記マグネットから磁界を加えると磁歪管にねじれが生じるウィーデマン効果に基づき前記加振軸の変位量を検出することを特徴とする請求項2に記載の加振試験装置。 The displacement detection means includes a magnet installed on the excitation shaft, and a magnetostrictive tube installed in a hollow portion of the excitation shaft so as to be relatively displaceable and provided with a coil wire.
When a current is passed through the coil wire, an orbiting magnetic flux is generated, and when a magnetic field is applied from the magnet in a direction perpendicular to the orbiting magnetic flux, the magnetostrictive tube is twisted to detect the displacement amount of the excitation shaft. 3. The vibration testing apparatus according to claim 2, wherein
前記ハウジングは、円筒形状を有し、その壁部に前記モータを冷却する冷媒が流通することを特徴とする請求項3に記載の加振試験装置。 A housing portion that houses the motor,
The vibration test apparatus according to claim 3, wherein the housing has a cylindrical shape, and a coolant for cooling the motor flows through a wall portion of the housing.
前記加振軸の外周面に形成された螺子溝と、
前記加振軸の外周面軸方向に形成された軸方向溝と、
前記螺子溝にボールを介して接続し、前記モータの回転子とともに回転する一方、前記ハウジング部に回転自在に支持されたボール螺子ナットと、
前記軸方向溝に係合して、前記加振軸の回転を禁止するスプラインナットとを備えたことを特徴とする請求項4に記載の加振試験装置。 The converting means includes
A screw groove formed on the outer peripheral surface of the excitation shaft;
An axial groove formed in the axial direction of the outer peripheral surface of the excitation shaft;
A ball screw nut connected to the screw groove via a ball and rotating together with a rotor of the motor, while being rotatably supported by the housing portion;
The excitation test apparatus according to claim 4, further comprising a spline nut that engages with the axial groove and prohibits rotation of the excitation shaft.
前記変換手段は、
前記加振軸の螺子溝と摺動部と、
前記螺子溝にボールを介して接続し、前記モータの回転子とともに回転する一方、前記ハウジング部に回転自在に支持されたボール螺子ナットとを備えたことを特徴とする請求項4に記載の加振試験装置。 The excitation shaft is composed of a screw groove portion having a screw groove formed on an outer peripheral surface, and a slide portion supported so as to be slidable in the axial direction with respect to the housing portion and non-rotatable.
The converting means includes
A screw groove and a sliding portion of the excitation shaft;
5. The additive according to claim 4, further comprising: a ball screw nut connected to the screw groove via a ball and rotating together with a rotor of the motor while being rotatably supported by the housing portion. Vibration test equipment.
前記ハウジング部は、前記摺動部の断面形状に相似した孔部を備えることを特徴とする請求項7に記載の加振試験装置。 The sliding portion is formed in a rod shape having a polygonal cross section when viewed from the axial direction,
The vibration test apparatus according to claim 7, wherein the housing portion includes a hole portion similar to a cross-sectional shape of the sliding portion.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20101102 |