JP2854808B2

JP2854808B2 - 回転変動試験機

Info

Publication number: JP2854808B2
Application number: JP6194832A
Authority: JP
Inventors: 進山川
Original assignee: MITSUBOSHI BERUTO KK
Current assignee: MITSUBOSHI BERUTO KK
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1994-07-26
Publication date: 1999-02-10
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: JPH0843256A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジン等の往復機関の
動力伝達機構を模擬的に出現させる回転変動試験機であ
り、特にＯＨＣ、ＤＯＨＣエンジン等のカム軸駆動用歯
付ベルトやチェーン、歯車のように入力軸角速度と出力
軸トルクが周期的に変わる伝動部品に対し、模擬的に回
転変動あるいはトルク変動を与え、上記伝動部品の耐久
性能を試験する回転変動試験機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジン等の往復機関のクランク軸によ
り駆動されるベルト、チェーン、歯車等の動力伝達機構
の耐久試験は一般的に実物エンジンを使用せず、電動機
を動力源とする模擬的装置が使用されている。しかし、
電動機が一般に回転角速度変動のない滑らかな回転を発
生させるのに対し、内燃機関エンジンは燃料爆発、往復
運動機関等に起因して該出力軸に不等速運動を発生させ
ている。

【０００３】このため前記模擬装置と実際のエンジンで
はベルト、チェーンが受けるストレスが非常に異なって
いた。そこで当出願人は非常にシンプルな手段であるカ
ルダン誤差をもつユニバーサルジョイントを用いた回転
変動試験機を実用化した。この回転変動試験機は例えば
特公平４−４７２５６号公報をはじめとして特公平４−
７３７３７号公報、特公平４−７４６５９号公報、特開
平３−９２７４３号公報等に開示されている。しかし、
上記の回転変動試験機の場合、１回転周期のミクロの時
間領域では完全には模擬出来ないことが判ってきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】即ち、特開平３−９２
７４３号公報に開示した装置では、４サイクル４気筒エ
ンジンを想定した場合、クランク軸の角速度変動は１回
転に２回発生することから、ユニバーサルジョイントの
カルダン誤差（入力軸１回転中に出力軸２回変動す
る。）を応用した。しかし、この考え方では６気筒の場
合、１回転に３回の角速度変動を発生させることにな
り、上記ユニバーサルジョイントでは回転変動回数を完
全に模擬することはできなかった。

【０００５】また、カム軸を模擬した出力軸についても
下記の問題を有していた。即ち、図４（ｄ）のカム軸ト
ルク変動波形に示した通り、４サイクル直列４気筒エン
ジンではカム軸１回転に略４回のバルブリフト負荷が変
動トルクとしてカム軸に加わる。従って、従来の回転変
動装置によって模擬する場合、出力軸に該ユニバーサル
ジョイントを直結し、ユニバーサルジョイントからテス
トプーリ間の慣性モーメントによる慣性負荷トルク変動
を発生させることは出来ても、１回転に２回のトルク変
動回数はカルダン誤差を利用する以上変えられない。こ
のため、軸１回転時間軸領域の動力伝達メカニズムを模
擬することは不可能であった。

【０００６】本発明は従来のかかる欠点に着目し、入出
力軸の１回転時間領域での角速度変動、トルク変動回数
を任意にしかも容易に設定できる安定性の高い回転変動
試験機を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の特徴は、
入力軸と出力軸の間に被測定物となる動力伝達機構を装
着した回転変動試験機において、入力側には駆動電動
機、該電動機軸に任意の角度に配置されたユニバーサル
ジョイント、そして上記駆動電動機の回転数を任意の整
数比に変換する機械的動力変速機構をそれぞれ連結し、
他方出力側には該出力軸の回転数を任意の整数比に変換
する機械的動力変速機構、該機械的動力変速機構軸に任
意の角度に配置されたユニバーサルジョイント、および
負荷装置を連結した回転変動試験機にある。また、本発
明の負荷装置は渦電流式制動機、水流式制動機および回
生制動式誘導電動機等を使用する。

【０００８】

【作用】本発明の回転変動試験機において最大の特徴と
する機械的動力変換機構の変速比を１対１にすると原理
（カルダン誤差）的に１回転に２回の回転変動を発生す
る。即ち従来型の回転変動試験機の構成要件と同一とな
る。しかるに、いま上記ユニバーサル軸と入力軸の間に
プーリ比２対３のベルト式変速機構を追加設置したとす
ると、ユニバーサル軸３回転に付き入力軸は２回転す
る。このときユニバーサル軸には１回転当たり２回の角
速度変動を発生させる事から、入力軸は１回転当たり３
回の回転角速度変動を発生させることになる。この結果
得られる入力軸の挙動は丁度４サイクル６気筒に相当す
るクランク軸の挙動に一致する。出力軸についても同じ
議論が成立する。即ち、４サイクル直列４気筒の場合、
カム軸模擬軸に対し、軸１回転に付き４回の変動を加え
るために、該模擬軸とユニバーサルジョイント間に設け
た機械的変速機構を用いる。該変速比を２倍に増速する
事によってカム軸１回転に付き４回の変動を発生させ
る。但し、入力軸には角速度変動、出力軸には慣性負荷
トルク変動を取り出す点で相違が有る。

【０００９】

【実施例】以下、添付図面を参照し、本発明の実施例を
説明する。第１図は本発明の具体的実施例における回転
変動試験機の構成図、第２図はユニバーサルジョイント
の正面図、第３図は出力側Ｂの各部軸角速度波形、第４
図は実機エンジンの回転変動及び、トルク変動波形、第
５図は入力側Ａの各部軸角速度波形を示している。本発
明の回転変動試験機１では、入力軸２と出力軸３に被測
定物となる動力伝達機構５が装着され、入力側Ａには駆
動電動機８、該電動機軸に対して任意の角度に配置され
たユニバーサルジョイント７、そして上記駆動電動機８
の回転数を任意の整数比に変換する機械的動力変速機構
４がそれぞれ直列に連結されている。一方、出力側Ｂで
は、出力軸３の回転数を任意の整数比に変換する機械的
動力変速機構６、機械的動力変速機構軸１１に任意の角
度に配置されたユニバーサルジョイント７、そして負荷
装置９がそれぞれ直列に連結されている。

【００１０】上記動力伝達機構５は、入力軸２と出力軸
３に装着した試験プーリ５１、５２に試験ベルト５３を
掛架した構成からなっている。本発明においては、歯付
プーリと歯付ベルトとの組合せに限定されるものではな
く、歯付プーリに変わってＶ溝付プーリ、チェーンスプ
ロケット、あるいは直結伝動用歯車でも何ら問題なく適
用できる。また、使用するベルトも歯付ベルトに限ら
ず、上記に対応して夫々Ｖ型伝動ベルト、チェーンにて
も一向差し支えない。

【００１１】また、機械的動力変速機構４は入力軸１回
転の時間領域での角速度変動の周期を任意に設定する必
要がある。具体的方法としてプーリ４１、４２の直径比
を適宜組み合わせることによって、所定の変速比を確保
し、角速度変動の周期を任意に設定する。また、機械的
動力変速機構４は、該機械的動力変速機構４自身に起因
する外乱が起こりにくい構成とする。即ち、試験ベルト
５３の伝達能力を大きく上回る伝動用ベルトを使用す
る。例えば、試験ベルト５３に歯付ベルトを使用し、上
記機械的動力変速機構４のベルト４３にも歯付ベルトを
使用する場合には、ベルト幅を試験ベルト５３の２倍以
上とすることが好ましい。これにより試験条件が長期に
わたって安定する。

【００１２】駆動電動機８は、同期電動機や直流電動機
にても差し支えない。また、電動機軸にフライホィール
（慣性モーメント）を追加設置するにより、ユニバーサ
ルジョイント７より角速度変動を大きく取り出すことが
できる。具体的には、ユニバーサルジョイント７から入
力軸２、及び試験プーリ５１迄の慣性モーメントの約１
０倍の慣性モーメントを、上記駆動電動機軸に付加す
る。

【００１３】ユニバーサルジョイント７は、該電動機８
の軸に対して任意の角度αで配置されている。この角度
を変えることによって出力軸Ｓ２の回転角速度変動の大
きさを変量し、実機条件を模擬する。一般に、ユニバー
サルジョイントは図１、図２に示す如く、入力軸Ｓ１と
出力軸Ｓ２が交差角度αで回転を伝える。入力軸Ｓ１が
一定角速度ω₁で１回転する場合、出力軸Ｓ２は下記式
に示す不等速角速度ω₂で回転する。

【００１４】

【数１】

【００１５】但し、γは入力軸の回転角度であり、角速
度の最大値、最小値は下記のとおり、ω₂ｍａｘ＝１／
ｃｏｓα、ω₂ｍｉｎ＝ｃｏｓα となる。このことを
カルダン誤差といっている。上記交差角度αは通常±３
０°が干渉による限界であり、実用上は±１５°以内が
好ましい。

【００１６】また、出力側Ｂの機械的動力変速機構６で
も、同様に直径の相違するＶ溝プーリ６１、６２にＶベ
ルト６３が掛架されている。但し、出力側では角速度変
動（∂²θ／∂ｔ²）と慣性モーメント（Ｉ）によりト
ルク変動（Ｔ）に変換し、本発明のもう一方の目的とす
る出力軸のトルク変動を模擬化している点において相違
がある。上記角速度変動とトルク変動の変換公式は次式
より求まる。Ｔ＝Ｉ×∂²θ／∂ｔ² ここで、トルク：Ｔ（ｋｇｆ×ｍ）、慣性モーメント：
Ｉ（ｋｇｆ×ｍ²×ｓ²）、角度：θ（ｒａｄ／ｓ）、
時間：ｔ（ｓｅｃ）〕である。ところで、この場合でも
負荷装置９の軸に上記と同様に慣性モーメントをプラス
することによりトルク変動を大きく取り出せる効果があ
る。

【００１７】次に、本発明の回転変動試験機において４
サイクル直列４気筒の実機エンジンを模擬した具体例を
表１に示す。尚、４サイクル直列４気筒の実機エンジン
クランク軸の角速度変動の様子は第４図（ｅ）の通りで
あり、図示の時間軸２Ｔで２回転する様子を示してい
る。同じくカム軸のトルク変動の様子は同図（ｄ）で示
している。実機エンジンではクランク軸とカム軸の回転
比は２：１である。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１では、入力側Ａの機械的動力変速機構
４の回転比を１：１とし、出力側Ｂの機械的動力変速機
構の回転比を２：１としている。クランク軸を模擬する
ための本発明実施例における入力側Ａの入力軸２、中間
軸１０、および、駆動電動機８の軸での角速度変動の様
子は第５図の（ｆ），（ｇ），（ｈ）に示している。本
実施例では回転比は１：１であり、ユニバーサルジョイ
ント７の不等速回転をそのまま中間軸１０を経由して入
力軸２に伝達している。また、カム軸を模擬するための
出力側Ｂの出力軸３、中間軸１１、および、負荷装置９
の軸での角速度変動の様子は第３図（ａ），（ｂ），
（ｃ）に示している。出力軸３には軸１回転に４回の回
転変動を発生させるために出力側機械的動力変速機構の
回転比を１：２としている。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明の回転変動試験機で
は、ユニバーサルジョイントと入力軸及び出力軸の間に
軸回転数を整数比に変換する機械的動力変速機構を設け
ることによって、従来不可能であった実物エンジンのク
ランク軸及びカム軸の１回転中の角速度変動、トルク変
動の周期を任意に模擬化することが可能になった。これ
により角速度変動を原理的に有する内燃機関エンジンの
駆動軸、及び周期的トルク変動を発生する負荷軸を模擬
化することを可能にし、本発明の主目的となる動力伝達
部品であるベルト、チェーン、歯車等の性能、耐久評価
を可能にした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転変動試験機の構成図である。

【図２】本発明の回転変動試験機に使用するユニバーサ
ルジョイントの正面図である。

【図３】本発明の出力側Ｂにおける出力軸３、中間軸１
１、および、負荷装置９の軸での角速度波形を（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示す。

【図４】実機エンジンにおけるクランク軸の角速度波形
および、カム軸のトルク波形を（ｄ）、（ｅ）に示す。

【図５】本発明の入力側Ａにおける入力軸２、中間軸１
０、および、駆動電動機８の軸での角速度波形を
（ｆ），（ｇ），（ｈ）に示す。

【符号の説明】

Ａ入力側Ｂ出力側１回転変動試験機２入力軸３出力軸４機械的変速機構５動力伝達機構６機械的変速機構７ユニバーサルジョイント８駆動電動機９負荷装置１０、１１中間軸４１、４２Ｖ溝プーリ４３Ｖベルト５１、５２試験プーリ５３試験ベルト６１、６２Ｖ溝プーリ６３Ｖベルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01M 13/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力軸と出力軸の間に被測定物となる動
力伝達機構を装着した回転変動試験機であって、入力側
には入力軸に駆動電動機、該電動機の軸に任意の角度に
配置されたユニバーサルジョイント、そして上記駆動電
動機の回転数を任意の整数比に変換する機械的動力変速
機構をそれぞれ連結し、他方出力側には出力軸に該出力
軸の回転数を任意の整数比に変換する機械的動力変速機
構、該機械的動力変速機構の軸に任意の角度に配置され
たユニバーサルジョイント、そして負荷装置をそれぞれ
連結したことを特徴とする回転変動試験機。
【請求項２】動力伝達機構が一対のプーリとこれらに
嵌着する伝動ベルトからなる請求項１記載の回転変動試
験機。
【請求項３】負荷装置が渦電流式制動機、水流式制動
機および周波数変換式誘導電動機からなる請求項１記載
の回転変動試験機。