JP5225819B2 - 揺動回転試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、試験体を揺動させるとともに回転させる揺動回転試験装置に関するものである。

従来、機械部品の耐久性を試験するため、機械部品の試験体を繰り返し運動させる試験装置が用いられる。

特許文献１に開示された転がり滑り試験装置は、試験体の揺動運動を繰り返し行い、その耐久性や潤滑性能の評価を行うものである。
特開２００３−２４７９１５号公報

１台の試験装置によって機械部品等の耐久試験と性能試験との両方を行う場合、試験体を運動させる駆動部に試験体の抵抗力を計測するセンサを設けると、耐久試験時にこのセンサに過大な負荷がかかり、センサを損傷する可能性がある。このため、駆動部にセンサを取り付けたまま耐久試験を行った後に、このセンサを用いて試験体のフリクション等を測定する性能試験を行うことができなかった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、機械部品等の耐久試験と性能試験との両方を行うことが可能な揺動回転試験装置を提供することを目的とする。

本発明は、試験体を揺動させるとともに回転させる揺動回転試験装置であって、試験体が連結される治具と、この治具を揺動させるとともに回転させる駆動部と、この駆動部と治具との間に設けられ試験体の抵抗力を計測する抵抗力計測手段と、駆動部に対して治具を連結するロッドと、駆動部に治具を回動可能に支持する球面軸受と、球面軸受を有するとともに治具を包囲して治具の移動範囲を規制する治具包囲壁とを備え、この治具包囲壁と治具の間に抵抗力計測手段に許容値以上の曲げモーメントが作用しない範囲で治具と駆動部の相対変位を許容する相対変位許容間隙を設けることを特徴とするものとした。

本発明によると、揺動回転試験装置は、試験体の耐久性等を評価する耐久試験時に、治具と駆動部に軸直角荷重が働いてセンサに曲げモーメントが働くと、ロッドが撓む弾性変形をし、治具が球面軸受に対して摺動することよって駆動部の回転中心軸に対して傾斜し、治具が治具包囲壁の内周面に当接し、それ以上の曲げモーメントがセンサに負荷されることを回避し、抵抗力計測手段が保護される。これにより、駆動部と治具との相対変位を規制するロック機構等を設ける必要がなく、構造の簡素化がはかれる。

こうして、１台の揺動回転試験装置によって耐久試験と性能試験とを行うことが可能であり、温度条件等を一定に維持したままこれらの試験を続けて行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

まず、図１に本発明が適用可能な揺動回転試験装置の一例を示す。図１に示す揺動回転試験装置１は、試験体２の揺動と回転を繰り返して作動させる耐久試験を行うとともに、この耐久試験の前後で試験体２のフリクション等を測定する性能試験を行うものである。

図１は揺動回転試験装置１のセンサ取り付け部を示す断面図である。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が略水平横方向、Ｙ軸が略水平前後方向、Ｚ軸が略垂直方向に延びるものとし、以下、図１において揺動回転試験装置１の構成について説明する。

揺動回転試験装置１は、図示しない架台に対してＹ軸方向に延びる揺動中心軸（Ｙ軸）まわりに揺動するスイングアーム１０と、このスイングアーム１０に対して図示しないベアリングを介して回転するスピンドル３０と、このスピンドル３０に対して試験体２を連結する治具５０と、架台に対して試験体２を連結する固定治具４９とを備え、試験体２をスイングアーム１０の揺動中心軸（図示せず）まわりに揺動させるとともに、試験体２をスピンドル３０の回転中心軸Ｏまわりに回転させるようになっている。

例えばボールジョイントである試験体２は、互いに回動可能に嵌合するボール４とケージ５とを備え、二つの部材を回動可能に連結する自在継ぎ手として機能するものである。

試験体２は、そのボール４が治具５０に締結され、そのケージ５が固定治具４９に締結される。

なお、試験体２はボールジョイントに限らず、二つの部材を回動可能に嵌合する構成を有する他の機械部品でもよい。

揺動回転試験装置１は、性能試験時に、試験体２に負荷をかけた状態でセンサ５１、５２の計測値に基づいて試験体２のフリクションを測定するようになっている。

試験体２の抵抗力を計測する抵抗力計測手段として、治具５０に分力センサ５１とトルクセンサ５２とが設けられる。

分力センサ５１は、スイングアーム１０を揺動させたときに試験体２のフリクションにより発生するＸ、Ｙの２軸方向の分力を計測するものである。

トルクセンサ５２は、スピンドル３０により試験体２を回転させたときに試験体２のフリクションにより発生するＺ軸まわりの抵抗をトルクとして計測するものである。

治具５０は、スピンドル３０に連結されるベース５５と、試験体２が連結されるセンサアタッチメント６０と、このベース５５とセンサアタッチメント６０とを締結するプリロードボルト（センサ固定ボルト）５４とを備える。プリロードボルト５４は、その一端部がベース５５に螺合して締結され、その他端部にプリロード用ナット７９が螺合する。

ベース５５とセンサアタッチメント６０の間にセンサ５１、５２が介装される。プリロードボルト５４は、円環状のセンサ５１、５２を貫通し、センサ５１、５２、センサアタッチメント６０にて所定の締め付け荷重を付与する。センサアタッチメント６０は、試験体２から受ける負荷をトルクセンサ５２と分力センサ５１に伝達する。

揺動回転試験装置１は、耐久試験時に、図示しないサーボアクチュエータによって試験体２にＺ軸方向とＸ軸方向の荷重が付与された状態で、試験体２をスイングアーム１０の揺動中心軸まわりに揺動させるとともに、試験体２をスピンドル３０の回転中心軸Ｏまわりに回転させる作動が繰り返し行われる。

耐久試験時に、センサ５１、５２を保護するため、スピンドル３０に対して治具５０を連結するロッド（弾性連結手段）５８と、スピンドル３０に治具５０を回動可能に支持する球面軸受３５と、治具５０を包囲して治具５０の移動範囲（回動範囲）を規制する治具包囲壁３１とを備える。スピンドル３０、球面軸受３５、治具包囲壁３１、ロッド５８、治具５０は、それぞれの中心が回転中心軸Ｏ上に配置される。

ベース５５は球面状の外周面５６を有し、この外周面５６がスピンドル３０の球面軸受３５に対して摺動することによって、治具５０がロッド５８の先端部５９を中心に回動する。

ロッド５８は、治具５０をスピンドル３０に連結する弾性連結手段として設けられる。ロッド５８は、ベース５５の背面から円柱状に突出し、その先端部５９がスピンドル３０に螺合して締結される。これにより、図２に示すように、駆動部５０にかかる軸直角荷重によって撓む弾性変形をする。

スピンドル３０には、ロッド５８を挿通させる穴３８が形成され、この穴３８とロッド５８の間には間隙３９が画成され、ロッド５８の弾性変形を規制しないようになっている。

治具包囲壁３１と治具５０の間に相対変位許容間隙２０が画成される。この相対変位許容間隙２０によって、センサ５１、５２に所定の許容値以上の過大な曲げモーメントが作用しない範囲で治具５０と駆動部（スピンドル３０）の相対変位が許容される。

相対変位許容間隙２０は、治具５０の外周面６３と、治具包囲壁３１の内周面３３に設けられる環状の規制部２２との間に、スピンドル３０の回転中心軸Ｏについて半径方向の隙間として画成される。

図１に示すように、治具５０と駆動部（スピンドル３０）に負荷が働かない自由状態にて、治具５０の外周面６３とスピンドル３０の内周面３３とは、スピンドル３０の回転中心軸Ｏについて同心円上に延び、相対変位許容間隙２０は周方向について均等な幅を持つ環状の空間として画成される。これにより、センサ５１、５２に所定の許容値以上の過大な曲げモーメントが作用しない範囲で治具５０と駆動部（スピンドル３０）の相対変位が許容される。

図２にも示すように、治具５０と駆動部（スピンドル３０）に軸直角荷重が働いてセンサ５１、５２に曲げモーメントが働くと、ロッド５８が撓む弾性変形をし、ベース５５が球面軸受３５に対して摺動することよって治具５０がスピンドル３０の回転中心軸Ｏに対して傾斜し、治具５０が治具包囲壁３１の内周面３３に当接する。これにより、治具５０の変位が規制され、それ以上の曲げモーメントがセンサ５１、５２に負荷されることを回避して、センサ５１、５２が保護される。

一方、試験体２のフリクション性能等を評価する性能試験時に、許容値以下の横力が加わるとにより、駆動部（スピンドル３０）が相対変位許容間隙２０の隙間の範囲内で動かされて駆動部（スピンドル３０）の規制部２２と治具５０とが互いに当接せず、この横力に応じた曲げモーメントが分力センサ５１に負荷され、分力センサ５１の出力信号に基づいて試験体２のフリクション性能等を評価することができる。

本実施の形態では、試験体２を揺動させるとともに回転させる揺動回転試験装置１であって、試験体２が連結される治具５０と、この治具５０を揺動させるとともに回転させる駆動部（スイングアーム１０、スピンドル３０）と、この駆動部（スピンドル３０）と治具５０との間に設けられ試験体２の抵抗力を計測する抵抗力計測手段（センサ５１、５２）と、駆動部（スピンドル３０）に対して治具５０を連結する弾性連結手段（ロッド５８）と、駆動部（スピンドル３０）に治具５０を回動可能に支持する球面軸受３５と、治具５０を包囲して治具５０の移動範囲を規制する治具包囲壁３１とを備え、この治具包囲壁３１と治具５０の間に抵抗力計測手段（センサ５１、５２）に許容値以上の曲げモーメントが作用しない範囲で治具５０と駆動部（スピンドル３０）の相対変位を許容する相対変位許容間隙２０を設ける構成とした。

上記構成に基づき、揺動回転試験装置１は、試験体２の耐久性等を評価する耐久試験時に、治具５０と駆動部（スピンドル３０）に軸直角荷重が働いてセンサ５１、５２に曲げモーメントが働くと、弾性連結手段（ロッド５８）が撓む弾性変形をし、治具５０が球面軸受３５に対して摺動することよって駆動部（スピンドル３０）の回転中心軸Ｏに対して傾斜し、治具５０が治具包囲壁３１に当接し、それ以上の曲げモーメントが抵抗力計測手段（センサ５１、５２）に負荷されることを回避し、抵抗力計測手段（センサ５１、５２）が保護される。

これにより、駆動部（スピンドル３０）と治具５０との相対変位を規制するロック機構等を設ける必要がなく、構造の簡素化がはかれる。

こうして、１台の揺動回転試験装置１によって耐久試験と性能試験とを行うことが可能であり、温度条件等を一定に維持したままこれらの試験を続けて行うことができる。

本実施の形態では、駆動部として、揺動中心軸まわりに揺動するスイングアーム１０と、このスイングアーム１０に対して回転する駆動部（スピンドル３０）とを備える。

これにより、揺動回転試験装置１は、試験体２を揺動させる動作と試験体２を回転させる動作を同時に行うことができる。

本実施の形態では、治具５０は、球面軸受３５に摺動可能に支持されるベース５５と、試験体２が連結されるセンサアタッチメント６０と、このベース５５とセンサアタッチメント６０とを締結するプリロードボルト５４とを備え、弾性連結手段としてベース５５の背面から突出するロッド５８を設け、このロッド５８の先端部５９を駆動部（スピンドル３０）に連結する構成とした。

これにより、試験体２のフリクション性能等を評価する性能試験時に、センサアタッチメント６０が、試験体２から受ける負荷を抵抗力計測手段（センサ５１、５２）に伝達する。試験体２の耐久性等を評価する耐久試験時に、ロッド５８が駆動部５０にかかる軸直角荷重によって撓む弾性変形をし、ベース５５が球面軸受３５に対して摺動することよって駆動部（スピンドル３０）が治具包囲壁３１に対して傾斜し、治具５０が治具包囲壁３１に当接し、それ以上の曲げモーメントが抵抗力計測手段（センサ５１、５２）に負荷されることを回避し、抵抗力計測手段（センサ５１、５２）が保護される。

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。

本発明の実施の形態を示す揺動回転試験装置の断面図。 同じく軸直角荷重がかかった様子を示す断面図。

符号の説明

１ 揺動回転試験装置
２ 試験体
１０ スイングアーム（駆動部）
２０ 相対変位許容間隙
２２ 規制部
３０ スピンドル（駆動部）
３１ 治具包囲壁
３５ 球面軸受
５０ 治具
５１ 分力センサ （抵抗力計測手段）
５２ トルクセンサ（抵抗力計測手段）
５４ プリロードボルト
５５ ベース
５８ ロッド（弾性連結手段）
５９ ロッド先端部
６０ センサアタッチメント

Claims (2)

1. 試験体を揺動させるとともに回転させる揺動回転試験装置であって、
   前記試験体が連結される治具と、
   この治具を揺動させるとともに回転させる駆動部と、
   この駆動部と前記治具との間に設けられ前記試験体の抵抗力を計測する抵抗力計測手段と、
   前記駆動部に対して前記治具を連結する弾性連結手段と、
   前記駆動部に前記治具を回動可能に支持する球面軸受と、
   前記球面軸受を有するとともに前記治具を包囲して前記治具の移動範囲を規制する治具包囲壁とを備え、
   この治具包囲壁と前記治具の間に前記抵抗力計測手段に許容値以上の曲げモーメントが作用しない範囲で治具と前記駆動部の相対変位を許容する相対変位許容間隙を設けたことを特徴とする揺動回転試験装置。
2. 前記治具は、
   前記球面軸受に摺動可能に支持されるベースと、
   前記試験体が連結されるセンサアタッチメントと、
   前記ベースと前記センサアタッチメントとを締結するプリロードボルトとを備え、
   前記弾性連結手段として前記ベースの背面から突出するロッドを設け、
   このロッドの先端部を前記駆動部に連結したことを特徴とする請求項１に記載の揺動回転試験装置。

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