JP4310446B2 - 回転軸振動試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の振動特性を精度良く試験できる回転軸振動試験装置に関する。更に詳しくは回転軸に面外曲げ振動と捩り振動を同時に発生させて実際の機械系において回転軸に発生する振動モードを再現して、遠心力の影響を考慮した回転軸の回転数の測定、振動状態の解析を行なうことが可能な回転軸振動試験装置に関する。

ターボ機械等では、回転軸の曲げ固有振動数と回転速度が一致すると、振れ回りの振幅が増加し、危険な状態になる場合がある。この回転速度を曲げ危険速度という。
また、曲げ危険速度のほかにピストンエンジン等で軸系の捩り固有振動数と爆発の周期とが一致すると捩りの共振が発生し、激しい振動が生じる。
従来の回転軸危険速度試験装置は、モータ軸（入力軸）と回転軸（出力軸）を同軸又は平行に配置し、捩り振動がない状態で回転軸の回転数を変化させ、回転軸の面外曲げ振動が最大となる危険速度を計測していた。
また、捩り振動試験装置では、スライダクランク機構等を用いた往復駆動装置により回転軸を正転方向と逆転方向に交互に微小角度で回動させ、定常回転がない状態で捩り振動のみを計測していた。
例えば（特許文献１）には「捩り振動試験を受ける回転機の回転軸と回転駆動機との間に、同駆動軸から回転軸へ回転トルクを伝達する遊星歯車機構が設けられ、同遊星歯車機構が駆動軸および回転軸の一方と他方とにそれぞれ結合された太陽歯車および遊星歯車キャリアをそなえるとともに、同遊星歯車キャリアに支持された複数の遊星歯車の外周に噛み合う内歯車をそなえ、同内歯車の外周から突設されたアームの先端部に、往復動式加振器が連結された捩り振動試験用加振装置。」が開示されている。
特開平１１−３７８９３号公報

しかしながら、上記従来の技術では、以下のような課題を有していた。
（１）駆動部と負荷部が直結された回転系では、回転部の回転変動により捩り振動が発生し、歯車、ベルト、チェーン等が組合された多軸系では回転変動に加えて、伝達部の加工精度や変形等による伝達誤差によっても捩り振動が引き起こされる。実際の装置における回転軸の振動は、こうした回転変動や捩り振動、伝達誤差が複雑に絡み合ったものであるため、回転軸危険速度や捩り振動を個別に扱っていては精度のよい試験を行なうことができないという課題を有していた。又、個別に扱うためには個別の振動試験装置が必要であるという課題を有していた。
（２）例えば、捩り振動を低減させる手段として用いられる振子式、ゴム式、慣性摩擦式等のダイナミックダンパは、回転軸の振動数とモードを想定して設計する必要があり、又、特に危険速度（面外曲げ振動）に及ぼすダイナミックダンパ付回転軸の捩り振動の影響を調べる場合などは精度のよい測定が要求される。しかし、（特許文献１）のような捩り振動試験用加振装置等を利用した従来の捩り振動試験装置では回転軸が回転していないため、コイルばねクラッチディスクのようにコイルばねが遠心力で外周に押し付けられるような遠心力の影響を受けるものについて精度のよい試験を行なうことができず、特に遠心力を利用する振子式ダンパについては、試験そのものを行なうことができないという課題を有していた。
（３）また、実機の回転軸の捩り振動を直接、測定することは可能であるが、この場合、回転軸を危険速度で運転することが安全管理の面から困難であるという課題を有していた。更に、予め振動特性を把握するためには、各種条件での試験を行なう必要があるが、実機では条件設定を変更することが困難であり、試験範囲が限られてしまい汎用性、作業性に欠けるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、簡単な構成で回転軸に面外曲げ振動と捩り振動を同時に又は独立に発生させることができ、実際の機械系において回転軸に発生する振動モードを再現することができ、各種の条件で容易に回転軸の回転数の測定や振動状態の解析等を行なうことができ、遠心力の影響を考慮して回転軸の振動特性を精度良く試験することができる作業性、汎用性、信頼性に優れた回転軸振動試験装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の回転軸振動試験装置は、以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載の回転軸振動試験装置は、基台と、前記基台上に形成された凸条又は凹条の水平案内部と、基部に前記水平案内部に嵌合する凹条又は凸条の嵌合部が形成され前記水平案内部に着脱及び摺動自在に配設された１以上の軸受部と、前記軸受部に挿通され支持された出力回転軸と、前記出力回転軸の端部に一端を接続された自在継手と、前記自在継手の他端に接続された入力回転軸と、前記入力回転軸に連設され前記入力回転軸を回転させるモータと、前記基台上に配設又は形成され前記出力回転軸の軸芯と前記入力回転軸の軸芯との交点を中心として前記出力回転軸と前記入力回転軸のなす交角を任意に設定して前記モータを固定角度可変に固定するモータ角度可変固定部と、を備えている構成を有している。

この構成により、以下のような作用を有する。
（１）基台上に配設された軸受部に挿通され支持された出力回転軸と、入力回転軸を回転させるモータが連設された入力回転軸を接続する自在継手を有するので、出力回転軸の軸芯と入力回転軸の軸芯との交点を中心として出力回転軸と入力回転軸のなす交角を任意に変更することができ、モータによって回転された入力回転軸の回転を確実に出力回転軸に伝達させることができる。
（２）モータを固定角度可変に固定するモータ角度可変固定部が基台上に配設又は形成されているので、モータを任意の固定角度で確実に固定することができ、モータに連設された入力回転軸と出力回転軸の交角を容易に設定することができる。
（３）基台上に出力回転軸を支持する軸受部が配設され、モータを固定角度可変に固定するモータ角度可変固定部が基台上に配設又は形成されているので、試験装置全体を基台によって一体に取り扱うことができ、試験装置の運搬や設置等を容易に行なうことができる。
（４）自在継手およびモータ角度可変固定部を有することにより、入力回転軸と出力回転軸の交角を容易に短時間で設定することができ、異なる任意の交角で出力回転軸の回転数の測定や振動状態の解析等を簡便に行なうことができる。
（５）自在継手およびモータ角度可変固定部により入力回転軸と出力回転軸の交角を任意に設定することができるので、出力回転軸が回転している状態で捩り振動を発生させることができ、遠心力の影響を考慮した精度のよい振動測定を行なうことができる。
（６）自在継手およびモータ角度可変固定部により入力回転軸と出力回転軸の交角を任意に設定することができるので、一台の試験装置で、捩り振動がない状態（交角＝０°）での出力回転軸の回転数（危険速度）の測定、捩り振動（交角＞０°）の測定及び捩り振動（交角＞０°）が発生している状態での出力回転軸の回転数（危険速度）の測定等を行なうことができる。
（７）軸受部を水平案内部に沿って案内することができるので、基台の長手方向と平行に出力回転軸を固定することができ、入力回転軸と出力回転軸のなす交角を正確に設定することができる。
（８）軸受部が水平案内部に対して着脱及び摺動自在なので、軸受部の交換や取付け位置の変更を容易に行うことができ、出力回転軸の長さ、太さ、支持間隔や支持状態（固定端、自由端）を変更して、各種の条件で出力回転軸の振動特性を試験することができる。また、ダンパや歯車等の種々の構成を出力回転軸の任意の位置に付加することにより、実機と等価な条件での動作を再現することができ、精度のよい試験を簡便に行なうことができる。

ここで、自在継手はニ軸がある角度をもって交わる場合に用いられる軸継手のことで、ユニバーサルジョイント又はユニバーサルカップリングとも呼ばれる。連結されるニ軸の交角に拘束されないで回転を伝達することができ、ニ軸の角速度比は、ニ軸の交角によって変化する。
モータは回転方向や回転速度を任意に制御可能なものが好適に用いられる。これにより、入力回転軸の正転、逆転を切り替えたり、回転数を変更したりでき、種々の条件で出力回転軸の振動を測定することができる。
捩り振動は、回転軸に貼着した縞状テープ（ゼブラテープ）と光学式ピックアップ（フォトセンサ）の組合せや回転検出歯車と電磁式ピックアップの組合せにより測定する。また、回転軸に対向させて距離計を配設することにより、水平方向や垂直方向の面外曲げ振動を測定することができる。
モータ角度可変固定部はモータが固設されたモータ固定部を出力回転軸の軸芯と入力回転軸の軸芯との交点を中心に回動させて出力回転軸と入力回転軸のなす交角を変更することができるものであれば、固定角度の可変方向は水平、垂直或いは斜めのいずれでもよい。モータ固定部は基台若しくは基台に水平又は任意の角度で配設した案内板により案内、支持することができる。特に、固定角度の可変方向が水平の場合は設置安定性、作業性に優れ、垂直の場合は省スペースで設置することができる。

基台若しくは基台に水平又は任意の角度で配設した案内板に、出力回転軸の軸芯と入力回転軸の軸芯との交点を中心とする円弧上に所定角度毎にモータ固定部を固定するための固定孔を形成しておき、任意の位置を選択してモータ固定部をねじ止め等の固定手段により固定する。固定孔を円弧状に連なった溝に形成した場合、固定角度を変更する度にモータ固定部を固定するためのボルト等を固定孔に対して挿抜する必要がなく、作業性に優れる。尚、出力回転軸の軸芯と入力回転軸の軸芯との交点を通る軸線上にモータ固定部を回動させるための回動中心軸を配設することにより、固定孔と固定手段との間にガタがあっても自在継手に負荷をかけることなく確実にモータ固定部の固定角度を変更して固定することができる。
案内板は別部材で形成したものを基台に取付けてもよいし、初めから基台と一体に形成してもよい。特に、案内板と基台を一体に形成した場合、案内板と基台との位置合わせや固定が不用で作業性、固定安定性に優れる。
基台には水平案内部を形成し、軸受部を水平案内部に着脱及び摺動自在に配設する。水平案内部は基台に凸条又は凹条に形成され、軸受部の基部には水平案内部に嵌合するよう凹条又は凸条の嵌合部が形成される。
尚、凹条の水平案内部は基台に直接、溝を形成してもよいし、凸条のレール状部材を所定間隔を空けて平行に配設して形成してもよい。
基台に軸受部を固定する軸受部固定手段としては、着脱が容易なねじ止め手段が好適に用いられる。互いに嵌合した水平案内部と軸受部の嵌合部を貫通するように水平案内部に穿設した軸受部固定孔と軸受部の嵌合部に穿設した固定用孔に固定用ボルトを挿通しナットを螺着するか、基台に鉛直に穿設した軸受部固定孔と軸受部の基部に鉛直に穿設した固定用孔に固定用ボルトを挿通しナットを螺着する等して固定する。
軸受部固定孔は複数の独立した丸孔でもよいし、長孔状に形成してもよい。軸受部固定孔を複数の独立した丸孔に形成した場合、予め決められた位置に確実に固定することができ、固定位置の管理が容易で信頼性に優れる。軸受部固定孔を長孔状に形成した場合、軸受部の固定位置を細かく設定することができ、汎用性に優れる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転軸振動試験装置であって、前記出力回転軸に着脱自在に挿通固定され円板の外周面に反射及び無反射のパターンが交互に形成された光反射型パターン部を有する回転円板と、前記回転円板の前記光反射型パターン部に対向配置され前記光反射型パターン部の光の反射及び無反射を検出する検出部と、を備えている構成を有している。
この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）出力回転軸に円板の外周面に反射及び無反射のパターンが交互に形成された光反射型パターン部を有する回転円板が挿通固定されているので、回転円板の光反射型パターン部に対向配置された検出部により光反射型パターン部の光の反射及び無反射を検出することができ、出力回転軸の回転数、回転速度変動を測定することができ、出力回転軸の捩りの共振点を知ることができ、振動状態の解析を行なうことができる。
（２）光反射型パターン部を有する回転円板が出力回転軸に着脱自在に挿通固定されているので、容易に出力回転軸を取り替えたり、回転円板の取付け位置を変更したりでき、出力回転軸の長さや測定箇所を任意に選択することができ、様々な条件で出力回転軸の捩り振動や回転速度等を測定することができる。
（３）光の反射及び無反射を検出する検出部を有するので、出力回転軸に付加したクラッチ板やフライホイール等の外周に反射及び無反射のパターンが交互に形成された縞状テープ等を貼着することにより、その回転数や速度変動を測定することができる。

ここで、検出部としてはフォトダイオード等のフォトセンサが好適に用いられる。検出部により単位時間当たりに検出部を通過する反射パターンの数をカウントすることにより、出力回転軸の回転数や速度変動を測定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の回転軸振動試験装置であって、前記モータ角度可変固定部が、前記モータが固設されたモータ固定部と、前記モータ固定部に配設又は形設され前記モータ固定部の裏面に突出した案内兼固定用雄ねじ部と、前記基台若しくは前記基台に水平又は垂直に配設された案内板に前記出力回転軸の軸芯と前記入力回転軸の軸芯との交点を中心とする円弧状に形成され前記案内兼固定用雄ねじ部が挿通された前記モータ固定部案内溝部と、前記基台又は前記案内板の裏面側に前記モータ固定部に対向するように配設され前記モータ固定部の裏面に突出した前記案内兼固定用雄ねじ部が固定された回動基板部と、を備えている構成を有している。
この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）モータ角度可変固定部が、モータが固設されたモータ固定部を有するので、モータの固定角度によらずモータ固定部により確実にモータを保持することができる。
（２）モータ角度可変固定部が、モータ固定部に配設又は形設されモータ固定部の裏面に突出した案内兼固定用雄ねじ部と、基台若しくは基台に水平又は垂直に配設された案内板に出力回転軸の軸芯と入力回転軸の軸芯との交点を中心とする円弧状に形成されたモータ固定部案内溝部を有するので、案内兼固定用雄ねじ部をモータ固定部案内溝部に挿通するだけで確実にモータ固定部を水平面内又は垂直面内で案内することができ、任意のモータ固定角度を選択することができる。
（３）モータ固定部の裏面に突出した案内兼固定用雄ねじ部を回動基板部に溶接や螺着等により固定することができ、モータ固定部と回動基板部で基台又は案内板を挟むようにして強固に固定することができる。

ここで、案内兼固定用雄ねじ部をモータ固定部と別部材で作製した場合、案内兼固定用雄ねじ部が破損しても、破損した案内兼固定用雄ねじ部のみを交換すればよく、メンテナンス性、省資源性に優れる。案内兼固定用雄ねじ部をモータ固定部と一体に形設した場合、部品点数を低減することができ、案内兼固定用雄ねじ部を紛失する恐れがなく、取扱い性、組立て作業性に優れる。
モータ固定部案内溝部は基台に直接、形成することもできるし、基台に水平又は垂直に配設された案内板に形成することもできる。モータ固定部案内溝部を基台に直接、形成した場合は部品点数を低減できると共に、生産性、組立て作業性に優れる。また、案内板を基台と別部材で形成した場合、モータ角度可変固定部を装置と独立して製作することができ生産性を向上させることができると共に、既存の試験装置にも容易に追加することができる。
尚、モータ固定部をモータ固定部案内溝部に沿って回動させるためにサーボモータを用いてもよい。これにより、自動でモータ固定角度を制御することができる。また、歯車やチェーンを組合せることにより省力化することができ、大型の試験機であっても容易にモータ固定部を回動させることができ実用性に優れる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の回転軸振動試験装置であって、前記モータ角度可変固定部が、前記出力回転軸の軸芯と前記入力回転軸の軸芯との交点を通る鉛直軸線上又は水平軸線上で前記回動基板部の上面に突設され前記基台又は前記案内板に直交して挿通され前記モータ固定部を水平面内又は垂直面内で回動させる回動中心軸を備えている構成を有している。
この構成により、請求項３の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）モータ角度可変固定部が、出力回転軸の軸芯と入力回転軸の軸芯との交点を通る鉛直軸線上又は水平軸線上で回動基板部の上面に突設され基台又は案内板に直交して挿通された回動中心軸を有するので、モータ固定部を出力回転軸の軸芯と入力回転軸の軸芯との交点を中心に水平面内又は垂直面内で確実に回動させることができる。
（２）回動基板部の上面に突設され基台又は案内板に直交して挿通されモータ固定部を回動させる回動中心軸を有することにより、モータ固定部のガタツキや捩れを防止することができ、自在継手に負荷をかけることなく、滑らかにモータ固定部を回動させることができる。
（３）回動中心軸を有することにより、モータ固定部案内溝部と案内兼固定用雄ねじ部との間にガタツキがあっても、確実にモータ固定部を回動させることができるので、精度よく出力回転軸と入力回転軸のなす交角θを設定することができる。

ここで、回動中心軸は基台又は案内板若しくはモータ固定部に穿設した回動孔に回動自在に挿通される。
このとき、回動中心軸は回動基板部と基台又は案内板に挿通するように配設することもできる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の回転軸振動試験装置であって、前記出力回転軸と前記入力回転軸のなす交角を表す角度目盛及び／又は前記入力回転軸の回転数に対する前記出力回転軸の回転数の変動幅又は変動比を表す回転数変動目盛を備えている構成を有している。
この構成により、請求項１乃至４の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）出力回転軸と入力回転軸のなす交角を表す角度目盛を有することにより、目視で容易に交角を確認しながらモータ固定部を回動させることができ、所望の交角に容易かつ確実に設定することができる。
（２）入力回転軸の回転数に対する出力回転軸の回転数の変動幅又は変動比を表す回転数変動目盛を有することにより、試験前に予め回転数の変動量を任意に容易かつ正確に設定することができるので、回転数の変動幅又は変動比をパラメータとして交角を設定することができ、簡便に効率よく試験を行なうことができる。

ここで、角度目盛及び／又は回転数変動目盛は、出力回転軸の軸芯と入力回転軸の軸芯との交点を中心とする円弧状に基台や案内板等に形成する。モータ固定部の出力回転軸の軸芯上に角度目盛及び／又は回転数変動目盛を指示する針状の指示部を配設することにより、モータ固定部を回動させながら出力回転軸と入力回転軸のなす交角及び／又は出力回転軸の回転数の変動幅又は変動比を目視で任意に容易かつ正確に設定し確認できる。
回転数の変動量は、交角の増大に対して非線形に増大する。従って、一度、交角と回転数の変動量との関係のグラフ（変換曲線）を作成すれば、グラフの回転数の変動量の軸を等差又は等比で刻んで対応する交角を読取り、変動幅又は変動比を示す回転数変動目盛を作成することができる。回転数変動目盛は入力回転軸の回転数毎に複数、形成することができる。尚、回転数の変動比を等比で表す場合は軸を対数目盛にしてデシベル表示にすることができる。

以上のように、本発明の回転軸振動試験装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）基台上に配設された軸受部に挿通され支持された出力回転軸と、入力回転軸を回転させるモータが連設された入力回転軸を接続する自在継手により、出力回転軸と入力回転軸のなす交角を任意に変更することができ汎用性に優れると共に、任意の交角において入力回転軸の回転を確実に出力回転軸に伝達させることができる信頼性に優れた回転軸振動試験装置を提供することができる。
（２）モータを固定角度可変に固定するモータ角度可変固定部が基台上に配設又は形成されているので、モータを任意の固定角度で確実に固定することができ、モータに連設された入力回転軸と出力回転軸の交角を容易に短時間で設定することができ、異なる任意の交角で出力回転軸の回転数の測定や振動状態の解析等を簡便に行なうことができる作業性に優れた回転軸振動試験装置を提供することができる。
（３）出力回転軸を支持する軸受部及びモータを固定角度可変に固定するモータ角度可変固定部を有する試験装置全体を基台によって一体に取り扱うことができる運搬性、設置作業性に優れた回転軸振動試験装置を提供することができる。
（４）自在継手およびモータ角度可変固定部により入力回転軸と出力回転軸の交角を任意に設定することができるので、出力回転軸が回転している状態で捩り振動を発生させることができ、遠心力の影響を考慮した精度のよい振動測定を行なうことができ信頼性に優れ、従来の試験機では測定できなかった遠心力を利用した振子式ダンパ等を備えた回転軸の振動測定を行なうことができる汎用性、機能性に優れた回転軸振動試験装置を提供することができる。
（５）自在継手およびモータ角度可変固定部により入力回転軸と出力回転軸の交角を任意に設定することができるので、一台の試験装置で、捩り振動がない状態（交角＝０°）での出力回転軸の回転数（危険速度）の測定、捩り振動（交角＞０°）の測定及び捩り振動（交角＞０°）が発生している状態での出力回転軸の回転数（危険速度）の測定を行なうことができる汎用性、機能性に優れた回転軸振動試験装置を提供することができる。
（６）軸受部を水平案内部に沿って案内することができるので、基台の長手方向と平行に出力回転軸を固定することができ、入力回転軸と出力回転軸のなす交角を正確に設定することができる。
（７）軸受部が水平案内部に対して着脱及び摺動自在なので、軸受部の交換や取付け位置の変更を容易に行うことができ、出力回転軸の長さ、太さ、支持間隔や支持状態（固定端、自由端）を変更して、各種の条件で出力回転軸の振動特性を試験することができる。また、ダンパや歯車等の種々の構成を出力回転軸の任意の位置に付加することにより、実機と等価な条件での動作を再現することができ、精度のよい試験を簡便に行なうことができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）出力回転軸に挿通固定された光反射型パターン部を有する回転円板と、回転円板の光反射型パターン部に対向配置された検出部を有することにより、光反射型パターン部の光の反射及び無反射を検出して容易に出力回転軸の回転数、回転速度変動を測定することができ、出力回転軸の捩りの共振点を知ることができ、振動状態の解析を行なうことができる使用性、機能性に優れた回転軸振動試験装置を提供することができる。
（２）光反射型パターン部を有する回転円板が出力回転軸に着脱自在に挿通固定されているので、容易に出力回転軸を取り替えたり、回転円板の取付け位置を変更したりでき、出力回転軸の長さや測定箇所を任意に選択することができ、様々な条件で出力回転軸の捩り振動や回転速度等を測定することができる汎用性、機能性に優れた回転軸振動試験装置を提供することができる。
（３）出力回転軸に付加したクラッチ板やフライホイール等の外周に反射及び無反射のパターンが交互に形成された縞状テープ等を貼着するだけで、検出部により、その回転数や速度変動を測定することができる使用性、機能性に優れた回転軸振動試験装置を提供することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）モータ角度可変固定部が、モータ固定部に配設又は形設されモータ固定部の裏面に突出した案内兼固定用雄ねじ部と、基台若しくは基台に水平又は垂直に配設された案内板に出力回転軸の軸芯と入力回転軸の軸芯との交点を中心とする円弧状に形成されたモータ固定部案内溝部を有することにより、案内兼固定用雄ねじ部をモータ固定部案内溝部に挿通するだけで確実にモータ固定部を水平面内又は垂直面内で案内することができ、任意のモータ固定角度を選択することができる作業性、機能性に優れた回転軸振動試験装置を提供することができる。
（２）モータ固定部の裏面に突出した案内兼固定用雄ねじ部を回動基板部に溶接や螺着等により固定することができ、モータ固定部と回動基板部で基台又は案内板を挟むようにして強固に固定することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）モータ角度可変固定部が、出力回転軸の軸芯と入力回転軸の軸芯との交点を通る鉛直軸線上又は水平軸線上で回動基板部の上面に突設され基台又は案内板に直交して挿通された回動中心軸を有することにより、モータ固定部を出力回転軸の軸芯と入力回転軸の軸芯との交点を中心に水平面内又は垂直面内で確実に回動させることができる信頼性に優れた回転軸振動試験装置を提供することができる。
（２）回動基板部の上面に突設され基台又は案内板に直交して挿通されモータ固定部を回動させる回動中心軸を有することにより、モータ固定部のガタツキや捩れを防止することができ、自在継手に負荷をかけることなく、滑らかにモータ固定部を回動させることができ、精度のよい角度設定を行なうことができる信頼性に優れた回転軸振動試験装置を提供することができる。
（３）回動中心軸を有することにより、モータ固定部案内溝部と案内兼固定用雄ねじ部との間にガタツキがあっても、確実にモータ固定部を回動させることができるので、精度よく出力回転軸と入力回転軸のなす交角θを設定することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の効果に加え、以下のような効果を有する。
（１）出力回転軸と入力回転軸のなす交角を表す角度目盛を有することにより、目視で容易に交角を確認しながらモータ固定部を回動させることができ、所望の交角に容易かつ確実に設定することができる作業性、信頼性に優れた回転軸振動試験装置を提供することができる。
（２）入力回転軸の回転数に対する出力回転軸の回転数の変動幅又は変動比を表す回転数変動目盛を有することにより、試験前に予め回転数の変動量を任意に容易かつ正確に設定することができるので、回転数の変動幅又は変動比をパラメータとして交角を設定することができ、簡便に効率よく試験を行なうことができる機能性、作業性に優れた回転軸振動試験装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態における回転軸振動試験装置について、以下図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１における回転軸振動試験装置の平面図であり、図１（ｂ）は本発明の実施の形態１における回転軸振動試験装置の側面図である。
図１中、１は実施の形態１における回転軸振動試験装置、２は水平方向に長尺平板状に形成された回転軸振動試験装置の基台、２ａは基台２の長手方向と平行に形成された凸条の水平案内部、２ｂは水平案内部２ａの両側部の長手方向に複数、形成された軸受部固定凹部、３は水平案内部２ａに着脱及び摺動自在に配設され出力回転軸４の任意の位置を回動自在に支持する軸受部、３ａは軸受部３の基部に螺合され先端が水平案内部２ａの軸受部固定凹部２ｂに係合され軸受部３を水平案内部２ａに固定する軸受部固定手段としての固定用ボルト、５は一端を出力回転軸４の端部に接続され他端を入力回転軸６の端部に接続され出力回転軸４と入力回転軸６を任意の交角θで連結する自在継手、７は入力回転軸６に連設され入力回転軸６を任意の回転数で正逆回転させるモータ、８は出力回転軸４と入力回転軸６のなす交角θを任意に設定してモータ７を固定角度可変に固定するモータ角度可変固定部、９は基台２の長手方向の一端側の底部に形成された基板収容凹部２ｃに配設されたモータ角度可変固定部８の回動基板部、９ａは回動基板部９の上面に突設され出力回転軸４の軸芯と入力回転軸６の軸芯との交点を中心として回動基板部９を回動させる回動中心軸、１０は基台２に形成された出力回転軸４の軸芯と入力回転軸６の軸芯との交点を中心とする円弧状のモータ固定部案内溝部、１１は上面にモータ７が固設されたモータ固定部、１２は回動基板部９に突設されモータ固定部案内溝部１０に挿通されモータ固定部１１の表面に突出してモータ固定部１１を案内する案内兼固定用雄ねじ部、１３は案内兼固定用雄ねじ部１２に螺着されモータ固定部１１を基台２に固定する固定用ナット、１４ａは基台２の上面に形成され出力回転軸４と入力回転軸６のなす水平面内の交角θを表す角度目盛、１４ｂは入力回転軸６の軸芯上でモータ固定部１１に配設され出力回転軸４と入力回転軸６のなす交角θを指示する指示部、１５は出力回転軸４に着脱自在に挿通固定され円板の外周面に反射及び無反射のパターンが交互に形成された光反射型パターン部１５ａを有する回転円板、１６は回転円板１５の光反射型パターン部１５ａに対向配置され光反射型パターン部１５ａの光の反射及び無反射を検出するフォトセンサ等の検出部、２０はモータ７及び検出部１６に電気的に接続されて出力回転軸４の回転数や速度変動等を計算する演算部である。

以上のように構成された本発明の実施の形態１における回転軸振動試験装置について、以下図面を用いてその使用方法を説明する。
まず、軸受部３の固定方法について説明する。
複数の軸受部３を基台２の水平案内部２ａの所定位置に嵌合し、固定用ボルト３ａを軸受部３の基部に螺合させ先端を水平案内部２ａの軸受部固定凹部２ｂに係合させて軸受部３を水平案内部２ａに固定する。軸受部３の固定位置を任意に選択することにより、出力回転軸４の支持条件を変更でき、出力回転軸４の危険速度を変化させることができる。
本実施の形態では軸受部固定凹部２ｂを独立した複数の丸孔状に形成したが、連続した長孔状に形成することもできる。また、軸受部固定凹部２ｂに雌ねじを形設し、固定用ボルト３ａを直接、螺着することもできる。更に、軸受部固定凹部２ｂを基台２の上面に形成し、軸受部３を直接、基台２に固定することもできる。

次に、モータ角度可変固定部８の角度変更方法について説明する。
モータ角度可変固定部８のモータ固定部１１を基台２に固定している固定用ナット１３を緩める。指示部１４ｂが指示する角度目盛１４ａに従ってモータ固定部１１を回動し、所定の角度に合わせて固定用ナット１３を締め付け基台２にモータ固定部１１を固定する。出力回転軸４と入力回転軸６が自在継手５により連結されているので、出力回転軸４と入力回転軸６のなす交角θを任意に設定することができる。
モータ角度可変固定部８の回動基板部９に出力回転軸４の軸芯と入力回転軸６の軸芯との交点を中心として回動基板部９を回動させる回動中心軸９ａが突設され基台２に挿通されると共に、基台２に出力回転軸４の軸芯と入力回転軸６の軸芯との交点を中心とする円弧状のモータ固定部案内溝部１０が形成され、回動基板部９に突設された案内兼固定用雄ねじ部１２がモータ固定部案内溝部１０に挿通されモータ固定部１１の表面に突出しているので、自在継手５に負荷をかけることなく確実にモータ固定部案内溝部１０に沿ってモータ固定部１１を水平に回動させることができる。回動中心軸９ａを有することにより、モータ固定部案内溝部１０と案内兼固定用雄ねじ部１２との間にガタツキがあっても、確実にモータ固定部１１を回動させることができるので、精度よく出力回転軸４と入力回転軸６のなす交角θを設定することができる。

次に、回転軸振動試験装置による振動の測定方法について説明する。
モータ７により入力回転軸６を所望の回転数で回転させ、自在継手５を介して任意の交角θで入力回転軸６に連結された出力回転軸４に捩り振動を発生させる。
出力回転軸４に挿通固定された回転円板１５の外周面に反射及び無反射のパターンが交互に形成された光反射型パターン部１５ａが配設され、光反射型パターン部１５ａの光の反射及び無反射を検出する検出部１６が光反射型パターン部１５ａに対向配置されているので、出力回転軸４の回転パルス（回転数）を検出することができ、演算部２０により回転速度変動、回転角度変動を演算して捩り振動の測定を行なうことができる。演算部２０は、回転変動の振幅も計算することができる。
回転円板１５が出力回転軸４に対して着脱自在に挿通固定されているので、長さの異なる出力回転軸４に付替えたり、測定位置を変更したりでき、様々な条件での試験を行なうことができ汎用性に優れる。
また、軸受部３同士の間隔を変更することにより、出力回転軸４の危険速度を変化させることができ、危険速度以外の回転数で捩り振動の測定を行なうことができる。
更に、出力回転軸４と入力回転軸６の交角θ＝０°に設定した場合、捩り振動のない危険速度試験を行なうことができる。

以上のように実施の形態１における回転軸振動試験装置によれば、以下の作用を有する。
（１）基台２上に配設された軸受部３に挿通され支持された出力回転軸４と、入力回転軸６を回転させるモータ７が連設された入力回転軸６を接続する自在継手５を有するので、出力回転軸４の軸芯と入力回転軸６の軸芯との交点を中心として出力回転軸４と入力回転軸６のなす交角θを任意に変更することができ、モータ７によって回転された入力回転軸６の回転を確実に出力回転軸４に伝達させることができる。
（２）モータ７を固定角度可変に固定するモータ角度可変固定部８が基台２上に配設されているので、モータ７を水平面内の任意の固定角度で確実に固定することができ、モータ７に連設された入力回転軸６と出力回転軸４の交角θを容易に設定することができる。
（３）基台２上に出力回転軸４を支持する軸受部３が配設され、モータ７を固定角度可変に固定するモータ角度可変固定部８が基台２上に配設されているので、回転軸振動試験装置１全体を基台２によって一体に取り扱うことができ、回転軸振動試験装置１の運搬や設置等を容易に行なうことができる。
（４）自在継手５およびモータ角度可変固定部８を有することにより、入力回転軸６と出力回転軸４の交角θを容易に変更することができるので、交角θを短時間で任意に設定することができ、異なる交角θでの出力回転軸４の回転数の測定や振動状態の解析等を行なうことができる。
（５）自在継手５およびモータ角度可変固定部８により入力回転軸６と出力回転軸４の交角θを任意に設定することができるので、出力回転軸４が回転している状態で捩り振動を発生させることができ、遠心力の影響を考慮した精度のよい振動測定を行なうことができる。
（６）自在継手５およびモータ角度可変固定部８により入力回転軸６と出力回転軸４の交角θを任意に設定することができるので、一台の回転軸振動試験装置１で、捩り振動がない状態（交角＝０°）での出力回転軸４の回転数（危険速度）の測定、捩り振動（交角＞０°）の測定及び捩り振動（交角＞０°）が発生している状態での出力回転軸４の回転数（危険速度）の測定等を行なうことができる。
（７）回転方向や回転速度を任意に制御可能なモータ７を用いることにより、入力回転軸６の正転、逆転を切り替えたり、回転数を変更したりでき、種々の条件で出力回転軸４の振動を測定することができる。
（８）出力回転軸４に円板の外周面に反射及び無反射のパターンが交互に形成された光反射型パターン部１５ａを有する回転円板１５が挿通固定されているので、回転円板１５の光反射型パターン部１５ａに対向配置された検出部１６により光反射型パターン部１５ａの光の反射及び無反射を検出することができ、出力回転軸４の回転数、回転速度変動を測定することができ、出力回転軸４の捩りの共振点を知ることができ、振動状態の解析を行なうことができる。
（９）光反射型パターン部１５ａを有する回転円板１５が出力回転軸４に着脱自在に挿通固定されているので、容易に出力回転軸４を取り替えたり、回転円板１５の取付け位置を変更したりでき、出力回転軸４の長さや測定箇所を任意に選択することができ、様々な条件で出力回転軸４の捩り振動や回転速度等を測定することができる。
（１０）基台２に水平案内部２ａが形成されているので、軸受部３を水平案内部２ａに沿って案内することができ、基台２の長手方向と平行に出力回転軸４を固定することができ、入力回転軸６と出力回転軸４のなす交角θを正確に設定することができる。
（１１）基台２に形成された水平案内部２ａに着脱及び摺動自在に配設された軸受部３を有するので、出力回転軸４の長さ、太さ、支持間隔や支持状態（固定端、自由端）の変更を容易に行なうことができ、各種の条件で出力回転軸４の振動特性を試験することができる。
（１２）基台２に形成された水平案内部２ａに対し、軸受部３が着脱及び摺動自在に配設されているので、ダンパや歯車等の種々の構成を出力回転軸４の任意の位置に付加することができ、実機と等価な条件での動作を再現することができ、精度のよい試験を簡便に行なうことができる。
（１３）モータ角度可変固定部８が、モータ７が固設されたモータ固定部１１を有するので、モータ７の固定角度によらずモータ固定部１１により確実にモータ７を保持することができる。
（１４）モータ角度可変固定部８が、モータ固定部１１に配設されモータ固定部１１の裏面に突出した案内兼固定用雄ねじ部１２と、基台２に出力回転軸４の軸芯と入力回転軸６の軸芯との交点を中心とする円弧状に形成されたモータ固定部案内溝部１０を有するので、モータ固定部案内溝部１０に挿通した案内兼固定用雄ねじ部１２により確実にモータ固定部１１を案内することができ、任意のモータ固定角度を選択することができる。
（１５）モータ固定部１１の裏面で回動基板部９に螺合されモータ固定部１１の表面に突出した案内兼固定用雄ねじ部１２を有するので、案内兼固定用雄ねじ部１２に固定用ナット１３を螺着するだけで回動基板部９とモータ固定部１１で基台２を挟むようにして容易かつ確実に固定することができる。
（１６）モータ角度可変固定部８の回動基板部９に出力回転軸４の軸芯と入力回転軸６の軸芯との交点を中心として回動基板部９を回動させる回動中心軸９ａが突設され基台２に挿通されているので、自在継手５に負荷をかけることなく確実にモータ固定部案内溝部１０に沿ってモータ固定部１１を回動させることができる。
（１７）基台２の上面に形成され出力回転軸４と入力回転軸６のなす交角θを表す角度目盛１４ａと、入力回転軸６の軸芯上でモータ固定部１１に配設され出力回転軸４と入力回転軸６のなす交角θを指示する指示部１４ｂを有するので、目視で出力回転軸４と入力回転軸６のなす交角θを確認することができ、容易に所望の交角θに設定することができる。

（実施の形態２）
図２（ａ）は本発明の実施の形態２における回転軸振動試験装置の平面図であり、図２（ｂ）は本発明の実施の形態２における回転軸振動試験装置の側面図である。
図２において、実施の形態２における回転軸振動試験装置が実施の形態１と異なるのは、モータ角度可変固定部８’が、基台２に垂直に配設された案内板２’と、案内板２’の裏面に配設され出力回転軸４の軸芯と入力回転軸６の軸芯との交点を通る水平軸線上で案内板２’に直交して挿通されモータ固定部１１を垂直面内で回動させる回動中心軸９ａ’を備えた回動基板部９’と、案内板２’に出力回転軸４の軸芯と入力回転軸６の軸芯との交点を中心とする円弧状に形成され案内兼固定用雄ねじ部１２が挿通されたモータ固定部案内溝部１０’と、案内板２’にモータ固定部案内溝部１０’に沿って円弧状に形成され出力回転軸４と入力回転軸６のなす交角θを表す角度目盛１４ａ’と、を有する点である。
尚、案内板２’は基台２と一体に形成してもよいし、別部材で形成したものを溶接やねじ止め等により固定してもよい。

以上のように構成された実施の形態２における回転軸振動試験装置の使用方法は、モータ固定部の回動方向が垂直方向に変わっただけで、実施の形態１で説明したものと同様なので、説明を省略する。

以上のように実施の形態２における回転軸振動試験装置によれば、実施の形態１の作用に加え、以下の作用を有する。
（１）モータ角度可変固定部８’が、モータ固定部１１に配設又は形設されモータ固定部１１の裏面に突出した案内兼固定用雄ねじ部１２と、基台２に垂直に配設された案内板２’に出力回転軸４の軸芯と入力回転軸６の軸芯との交点を中心とする円弧状に形成されたモータ固定部案内溝部１０’を有するので、案内兼固定用雄ねじ部１２をモータ固定部案内溝部１０’に挿通するだけで確実にモータ固定部１１を垂直面内で案内することができ、任意のモータ固定角度を選択することができる。
（２）モータ固定部１１の裏面に突出した案内兼固定用雄ねじ部１２を有するので、案内兼固定用雄ねじ部１２に固定用ナット１３を螺着するだけで容易にモータ固定部１１を基台に配設された案内板２’に固定することができる。
（３）モータ角度可変固定部８’が、出力回転軸４の軸芯と入力回転軸６の軸芯との交点を通る水平軸線上で案内板２’に直交して挿通された回動中心軸９ａ’を有するので、モータ固定部１１を出力回転軸４の軸芯と入力回転軸６の軸芯との交点を中心に垂直面内で確実に回動させることができる。
（４）案内板２’に直交して挿通されモータ固定部１１を回動させる回動中心軸９ａ’を有することにより、モータ固定部１１のガタツキや捩れを防止することができ、自在継手５に負荷をかけることなく、滑らかにモータ固定部１１を回動させることができる。
（５）モータ角度可変固定部８’の案内板２’が基台２に垂直に配設されているので、モータ固定部１１を垂直面内で回動させることができ、省スペースで広い可動範囲を実現することができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
実施の形態１で説明した回転軸振動試験装置により出力回転軸と入力回転軸のなす交角をパラメータとして回転速度試験を行った。
交角θを０°〜４０°まで１０°刻みで変化させ、それぞれの交角θで入力回転軸６の回転数１０００ｒｐｍに対する出力回転軸４の回転数を測定した。
図３は出力回転軸の回転数の測定結果を示した図である。なお、図３において、横軸は出力回転軸の回転角を示し、縦軸は出力回転軸の回転数を示している。
本実施例によれば、出力回転軸４と入力回転軸６の間に交角θがあると、入力回転軸６の回転速度が一定であっても、出力回転軸４には一回転に二回の回転二次の変動を生じ、正弦波のような回転変動が発生することがわかった。また、この回転変動は交角θが大きいほど大きくなることがわかった。

（実施例２）
実施の形態１で説明した回転軸振動試験装置の出力回転軸に振子を備えたフライホイールを取付け、出力回転軸と入力回転軸のなす交角、入力回転軸の回転数をパラメータとして出力回転軸の回転速度変動を測定した。
図４（ａ）は振子を備えたフライホイールの取付け状態を示す要部斜視図、図４（ｂ）は振子を備えたフライホイールの取付け状態を示す正面図である。図４中、２１は図１における回転円板１５の一つに代えて出力回転軸４に取付けられたフライホイール、２１ａはフライホイール２１の外周に貼着された反射及び無反射のパターンが交互に形成された縞状テープ、２１ｂはフライホイール２１に円周上に穿設された複数の振子取付け孔、２２はフライホイール２１の片面に枢軸部２２ａにより振子取付け孔２１ｂに回動自在に配設された振子である。
まず、フライホイール２１に振子２２がない状態で交角θを２５°〜３５°まで５°刻みで変化させ、それぞれの交角θで入力回転軸６の回転数を１００ｒｐｍ〜８００ｒｐｍまで変化させながらフライホイール２１の変動振幅を測定した。
図５はフライホイールの振幅の測定結果を示した図である。なお、図５において、横軸は入力回転軸の回転数を示し、縦軸はフライホイールの振幅を示している。
本実施例によれば、一次モードは約３００ｒｐｍ、二次モードは約５００ｒｐｍ〜５５０ｒｐｍに共振点が存在することがわかった。

次に、フライホイール２１に４個の振子２２を取付け、交角θを３５°に固定して、入力回転軸６の回転数を１００ｒｐｍ〜８００ｒｐｍまで変化させながらフライホイール２１の変動振幅を測定した。
図６は振子を備えたフライホイールの振幅の測定結果を示した図である。図６において、横軸は入力回転軸の回転数を示し、縦軸はフライホイールの振幅を示している。
なお、比較のためにフライホイール２１に振子２２を取付けない場合の測定結果も示している。
本実施例によれば、一次モード、二次モード共に振幅が低減することがわかり、振子式ダンパの効果を確認することができた。
以上の結果から、実施の形態１で説明した回転軸振動試験装置によれば、出力回転軸を回転させて捩り振動を発生させることができ、特に、従来の捩り振動試験装置では試験を行なうことができなかった遠心力を利用した振子式ダンパを備えた回転軸の振動測定を精度よく行なうことができるということがわかった。

本発明は、簡単な構成で回転軸に面外曲げ振動と捩り振動を同時に又は独立に発生させることができ、実際の機械系において回転軸に発生する振動モードを再現することができ、各種の条件で容易に回転軸の回転数の測定や振動状態の解析等を行なうことができ、回転軸の振動特性を精度良く試験することができる作業性、汎用性、信頼性に優れた回転軸振動試験装置であり、教育機関や企業等において実験機器として好適に利用することができる。

（ａ）本発明の実施の形態１における回転軸振動試験装置の平面図 （ｂ）本発明の実施の形態１における回転軸振動試験装置の側面図 （ａ）本発明の実施の形態２における回転軸振動試験装置の平面図 （ｂ）本発明の実施の形態２における回転軸振動試験装置の側面図 出力回転軸の回転数の測定結果を示した図 （ａ）振子を備えたフライホイールの取付け状態を示す要部斜視図 （ｂ）振子を備えたフライホイールの取付け状態を示す正面図 フライホイールの振幅の測定結果を示した図 振子を備えたフライホイールの振幅の測定結果を示した図

符号の説明

１ 回転軸振動試験装置
２ 基台
２’ 案内板
２ａ 水平案内部
２ｂ 軸受部固定凹部
２ｃ 基板収容凹部
３ 軸受部
３ａ 固定用ボルト
４ 出力回転軸
５ 自在継手
６ 入力回転軸
７ モータ
８、８’ モータ角度可変固定部
９、９’ 回動基板部
９ａ、９ａ’ 回動中心軸
１０、１０’ モータ固定部案内溝部
１１ モータ固定部
１２ 案内兼固定用雄ねじ部
１３ 固定用ナット
１４ａ、１４ａ’ 角度目盛
１４ｂ 指示部
１５ 回転円板
１５ａ 光反射型パターン部
１６ 検出部
２０ 演算部
２１ フライホイール
２１ａ 縞状テープ
２１ｂ 振子取付け孔
２２ 振子
２２ａ 枢軸部
θ 交角

Claims (5)

1. 基台と、前記基台上に形成された凸条又は凹条の水平案内部と、基部に前記水平案内部に嵌合する凹条又は凸条の嵌合部が形成され前記水平案内部に着脱及び摺動自在に配設された１以上の軸受部と、前記軸受部に挿通され支持された出力回転軸と、前記出力回転軸の端部に一端を接続された自在継手と、前記自在継手の他端に接続された入力回転軸と、前記入力回転軸に連設され前記入力回転軸を回転させるモータと、前記基台上に配設又は形成され前記出力回転軸の軸芯と前記入力回転軸の軸芯との交点を中心として前記出力回転軸と前記入力回転軸のなす交角を任意に設定して前記モータを固定角度可変に固定するモータ角度可変固定部と、を備えていることを特徴とする回転軸振動試験装置。
2. 前記出力回転軸に着脱自在に挿通固定され円板の外周面に反射及び無反射のパターンが交互に形成された光反射型パターン部を有する回転円板と、前記回転円板の前記光反射型パターン部に対向配置され前記光反射型パターン部の光の反射及び無反射を検出する検出部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の回転軸振動試験装置。
3. 前記モータ角度可変固定部が、前記モータが固設されたモータ固定部と、前記モータ固定部に配設又は形設され前記モータ固定部の裏面に突出した案内兼固定用雄ねじ部と、前記基台若しくは前記基台に水平又は垂直に配設された案内板に前記出力回転軸の軸芯と前記入力回転軸の軸芯との交点を中心とする円弧状に形成され前記案内兼固定用雄ねじ部が挿通された前記モータ固定部案内溝部と、前記基台又は前記案内板の裏面側に前記モータ固定部に対向するように配設され前記モータ固定部の裏面に突出した前記案内兼固定用雄ねじ部が固定された回動基板部と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸振動試験装置。
4. 前記モータ角度可変固定部が、前記出力回転軸の軸芯と前記入力回転軸の軸芯との交点を通る鉛直軸線上又は水平軸線上で前記回動基板部の上面に突設され前記基台又は前記案内板に直交して挿通され前記モータ固定部を水平面内又は垂直面内で回動させる回動中心軸を備えていることを特徴とする請求項３に記載の回転軸振動試験装置。
5. 前記出力回転軸と前記入力回転軸のなす交角を表す角度目盛及び／又は前記入力回転軸の回転数に対する前記出力回転軸の回転数の変動幅又は変動比を表す回転数変動目盛を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の回転軸振動試験装置。