JP5473707B2

JP5473707B2 - ギヤ伝達効率測定装置および測定方法

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Publication number: JP5473707B2
Application number: JP2010071252A
Authority: JP
Inventors: 豪鈴木; 靖秀平林; 正明加藤; 聖一寺田; 健二白神; 仁高井; 智史黒田; 秀樹藤原; 秀一阿部
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP2011203145A

Description

本発明は、駆動ギヤから従動ギヤに伝達されるトルクの伝達効率を測定するギヤ伝達効率測定装置および測定方法に関する。

従来、車両用変速機などに用いられる駆動ギヤと従動ギヤとの噛合特性を評価する一法として、ギヤの摩擦損失や温度上昇を測定することが行われており、一実験例が非特許文献１に報告されている。非特許文献１の実験では、図１に示されるようなトルク循環式の実験装置９が用いられている。この実験装置９では、２個のテストギヤボックス９１、９２内に噛合する駆動ギヤと従動ギヤがそれぞれ配置され、互いに対向結合されてトルクを伝達可能な閉ループ９３が形成されている。閉ループ９３の途中にはトーションバー９４が連結されて捻りが加えられ、恒常的にトルクが発生している状態とされている。さらに、閉ループ外のモータ９５から変速機構９６を介して閉ループ内にトルクが入力されている。入力トルクは閉ループ外のトルクメータ９７で測定され、出力トルクは閉ループからの出力トルクを検出するトルクメータ９８で測定される。この入力トルクから出力トルクを差し引いたものが閉ループ９３における伝達損失であり、噛合する駆動ギヤと従動ギヤ２組分の伝達損失が測定されるようになっている。

また、ギヤの噛合特性を評価する別法として、入力側と出力側の位相差を伝達誤差として測定する装置が知られており、一例が特許文献１の歯車伝達機構の噛合い伝達誤差測定装置に開示されている。特許文献１の装置は、駆動歯車および従動歯車の回転位相角をそれぞれ検出するロータリエンコーダを備え、検出した回転位相角の位相差を演算するようになっている。

特開２００８−１４５１９７号公報

根本良三他、「はすば歯車の摩擦損失と歯の温度上昇に関する研究」、日本機械学会論文集（Ｃ編）５６巻５３１号、１９９０年１１月

ところで、非特許文献１の実験装置で測定される伝達損失は、閉ループ９３全体の損失であり、ギヤ同士が噛み合う噛合部での噛合損失と閉ループ９３内の軸受部での軸受損失とを含んでいる。したがって、噛合部の噛合伝達効率のみを分離して正確に評価することができない。また、同一構造の２組のギヤセットが必要であり、かつ構造上軸間距離を調整することが難しいことから測定対象となるギヤセットの範囲が制限される。さらには、測定装置は汎用性のない専用の大掛かりなものとなっている。

また、位相の伝達誤差を求めようとする場合、別の伝達誤差測定装置に駆動ギヤと従動ギヤを装着し直す必要があり、手間がかかることになる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、駆動ギヤから従動ギヤに伝達されるトルクの噛合部における噛合伝達効率を正確に迅速に測定でき、測定対象となる駆動ギヤ及び従動ギヤの範囲が制限されず、さらには位相の伝達誤差も測定できる、簡素な構成のギヤ伝達効率測定装置およびこの装置を用いた測定方法を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決する請求項１に係るギヤ伝達効率測定装置の発明は、駆動ギヤが着脱可能な入力軸および該入力軸を回転自在に支持する入力軸受部からなる入力駆動部と、前記駆動ギヤと噛合する従動ギヤが着脱可能な出力軸および該出力軸を回転自在に支持する出力軸受部からなる出力従動部と、で構成されたギヤセットの前記駆動ギヤから前記従動ギヤに伝達されるトルクの伝達効率を測定するギヤ伝達効率測定装置であって、前記入力軸に入力される入力トルクを検出する入力トルク検出手段と、前記出力軸から出力される出力トルクを検出する出力トルク検出手段と、検出された前記入力トルクおよび前記出力トルクから前記伝達効率を求める伝達効率算出手段と、前記入力軸受部および前記出力軸受部に発生する分力の少なくとも一方を検出する分力検出手段と、前記駆動ギヤと前記従動ギヤとを噛合させる実働モードおよび前記入力軸と前記出力軸とを連結する軸直結モードに、前記入力駆動部および前記出力従動部を基台上で配置変換可能とする配置変換手段と、前記実働モードにおいて前記入力軸受部および前記出力軸受部に発生する実働時分力を把握する分力把握手段と、前記軸直結にモードにおいて前記入力軸受部および前記出力軸受部に前記実働時分力に相当する相当荷重を加える荷重加圧手段と、を備え、前記実働モードにおいて所定条件のトルクを伝達するときの前記出力トルクと前記入力トルクとの比である実働伝達効率を求め、前記軸直結にモードにおいて前記入力軸受部および前記出力軸受部に前記相当荷重を加えた状態で前記所定条件のトルクを伝達するときの前記出力トルクと前記入力トルクとの比である軸直結伝達効率を求め、該軸直結伝達効率から前記実働伝達効率を差し引いて前記駆動ギヤと前記従動ギヤとが噛み合う噛合部の噛合損失を求め、１から該噛合損失を差し引いて前記噛合部の噛合伝達効率を求める、ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記配置変換手段は、前記入力駆動部および前記出力従動部を前記基台上で二次元的に配置変換可能とする二次元スライド機構であり、該二次元スライド機構は、前記軸直結モードにおいて軸方向および軸直角方向の前記相当荷重が加わるように前記入力駆動部および前記出力従動部を配置することで前記荷重加圧手段を兼ねる、ことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２のいずれかにおいて、前記分力検出手段は、前記入力軸受部および前記出力軸受部の少なくとも一方を前記基台から離隔して支持するとともに３方向の荷重を検出するフォースセンサであることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記分力把握手段は、前記実働モードにおいて前記所定条件のトルクを伝達するとき前記入力軸受部および前記出力軸受部に発生する前記分力の少なくとも一方を検出する前記分力検出手段によって兼ねられ、あるいは、前記ギヤセットの製作諸元および前記所定条件のトルクから前記分力の少なくとも一方を求める計算式または対応マップを有する分力演算手段であることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記入力軸の一端は前記駆動ギヤを着脱可能な駆動ギヤ取付部とされ、前記出力軸の一端は前記従動ギヤを着脱可能な従動ギヤ取付部とされ、前記軸直結モードにおいて前記駆動ギヤおよび前記従動ギヤを取り外し前記駆動ギヤ取付部と前記従動ギヤ取付部とを連結することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項において、前記入力軸の回転位相を検出する入力位相検出手段と、前記出力軸の回転位相を検出する出力位相検出手段と、検出された前記入力軸および前記出力軸の前記回転位相から位相の伝達誤差を求める伝達誤差算出手段と、を備えることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のギヤ伝達効率測定装置を用いたギヤ伝達効率測定方法であって、前記配置変換手段により前記ギヤセットを前記実働モードとし、前記入力軸に駆動源を結合し前記出力軸に負荷を結合して前記所定条件のトルクを伝達し、前記伝達効率算出手段により前記実働伝達効率を求める実働伝達効率測定ステップと、前記分力把握手段により、前記所定条件のトルクを伝達するときの前記実働時分力を把握する分力把握ステップと、前記配置変換手段により前記入力駆動部と前記出力従動部を前記軸直結モードに配置変換し、前記分力把握ステップで求めた前記実働時分力に相当する前記相当荷重を前記荷重加圧手段により前記入力軸受部および前記出力軸受部に加えた状態として前記所定条件のトルクを伝達し、前記伝達効率算出手段により前記軸直結伝達効率を求める軸直結伝達効率測定ステップと、前記軸直結伝達効率から前記実働伝達効率を差し引いて前記噛合損失を求め、１から該噛合損失を差し引いて前記噛合伝達効率を求める噛合伝達効率算出ステップと、を有することを特徴とする。

請求項１に係る発明では、実際の使用状況に相当する実働モードにおいて出力トルクと入力トルクとの比である実働伝達効率を求め、駆動ギヤおよび従動ギヤを介さない軸直結にモードにおける出力トルクと入力トルクとの比である軸直結伝達効率を求めることができる。そして、軸直結伝達効率を求める際に、実働モードで入力軸受部および出力軸受部に発生する分力に相当する相当荷重を両軸受部に加えることにより、両軸受部で発生する軸受損失を実働モードと同等に再現することができる。したがって、軸直結伝達効率から実働伝達効率を差し引くことにより、軸受損失がキャンセルされて、駆動ギヤと従動ギヤが噛み合う噛合部で発生する噛合損失を求めることができる。これにより、従来の測定装置では求め得なかった噛合部の噛合伝達効率を正確に測定できる。

また、非特許文献１のトルク循環式の実験装置と異なり、測定対象となる駆動ギヤと従動ギヤは１組でよく、測定装置も大掛かりにならず簡素に構成できる。

請求項２に係る発明では、配置変換手段に二次元スライド機構を用いることができる。これにより、入力軸と出力軸との軸間距離を調整して異なる種々の駆動ギヤおよび従動ギヤに容易に対応できる。さらに、二次元スライド機構は、軸直結モードにおいて、入力軸と出力軸とを直結した状態で入力駆動部および出力従動部を軸方向および軸直角方向に意図的に変位させることにより、実働モードにおいて入力軸受部および出力軸受部に発生する実働時分力に相当する相当荷重を入力軸受部および出力軸受部に発生させることができる。換言すれば、二次元スライド機構は荷重加圧手段を兼ねることができる。したがって、測定装置がさらに簡素化される。

請求項３に係る発明では、前記分力検出手段にフォースセンサを用いることができる。フォースセンサによれば、入力軸受部および出力軸受部の少なくとも一方に発生する分力を、基台との間に発生する荷重として検出できる。

請求項４に係る発明では、実働モードにおいて入力軸受部および出力軸受部に発生する分力を、分力検出手段によって実測することができ、あるいは、計算式または対応マップを有する分力演算手段によって算出することができる。

請求項５に係る発明では、駆動ギヤおよび従動ギヤを着脱可能とする各ギヤ取付部を利用して、入力軸と出力軸とを連結することができる。また、実働モードと軸直結モードとの配置変換が容易に行える。

請求項６に係る発明では、入力位相検出手段、出力位相検出手段、伝達誤差算出手段を備えて、位相の伝達誤差を求めることができる。つまり、１つの測定装置で伝達効率および位相の伝達誤差の両方を測定することができ、従来のように２つの測定装置間で駆動ギヤと従動ギヤを装着し直す手間がかからない。

請求項７に係る発明では、請求項１〜６のいずれか一項に記載のギヤ伝達効率測定装置を用いて実働伝達効率測定ステップ、分力把握ステップ、軸直結伝達効率測定ステップ及び噛合伝達効率算出ステップを行うことにより、駆動ギヤと従動ギヤとが噛み合う噛合部の噛合伝達効率を正確に迅速に測定できる。

伝達損失を測定する従来のトルク循環式の実験装置を説明する図である。本発明の実施形態のギヤ伝達効率測定装置を、実働モードで模式的に説明する斜視図である。図２の実働モードにおいて、ギヤ伝達効率測定装置の要部を示す平面図である。実施形態のギヤ伝達効率測定装置を、軸直結モードで模式的に説明する斜視図である。図４の軸直結モードにおいて、ギヤ伝達効率測定装置の要部を示す平面図である。実施形態のギヤ伝達効率測定装置を用いたギヤ伝達効率測定方法を説明するフローチャートの図である。実施形態のギヤ伝達効率測定装置を用いた測定結果の一例を概念的に示す図であり、（１）は伝達損失、（２）は噛合伝達効率を示している。

本発明を実施するための形態を、図２〜図７を参考にして説明する。ギヤ伝達効率測定装置１は、ギヤセット８である駆動ギヤ８２と従動ギヤ８７との噛合における伝達効率および位相の伝達誤差を測定する装置であり、入力駆動部８０、出力従動部８５、二次元スライド機構２、入力トルクセンサ３０および出力トルクセンサ３５、トルク測定器３８、入力フォースセンサ４０および出力フォースセンサ４５、荷重測定器４８、入力ロータリエンコーダ５０および出力ロータリエンコーダ５５、回転角測定器５８等で構成されている。まず、入力駆動部８０は、駆動ギヤ８２が着脱可能な入力軸８１、入力軸受部８３で構成されている。入力軸８１の図中右端は駆動ギヤ取付部８１１とされて、その外周に駆動ギヤ８２が取り付けられている。この取り付けは、例えばスプライン結合によって行われ、駆動ギヤ８２は入力軸８１に着脱可能とされかつ取り付け時には一体的に回転するようになっている。入力軸８１の中央寄りには、入力軸８１を回転自在に支持する略箱状の入力軸受部８３が配設されている。入力軸８１の図中左端には、駆動源となる駆動モータ８４が設けられている。

一方、出力従動部８５は、駆動ギヤ８２と噛合する従動ギヤ８７が着脱可能な出力軸８６、出力軸受部８８で構成されている。出力軸８６の図中左端は従動ギヤ取付部８６１とされて、その外周に従動ギヤ８７が取り付けられている。この取り付けは、例えばスプライン結合によって行われ、従動ギヤ８７は出力軸８６に着脱可能とされかつ取り付け時には一体的に回転するようになっている。出力軸８６の中央寄りには、出力軸８６を回転自在に支持する略箱状の出力軸受部８８が配設されている。出力軸８６の図中左端には、従動モータ８９が設けられている。従動モータ８９は、駆動モータ８４に対抗して逆方向に駆動されることで、負荷に模擬される。

二次元スライド機構２は、配置変換手段および荷重加圧手段を兼ねるものであり、基台２１上に配置されている。基台２１は、水平に拡がる金属厚板であり、図２で左右方向がギヤセット８の入力軸８１および出力軸８６と平行する軸方向となっている。基台２１の図中左奥側には、矩形の金属板材で形成された駆動側プレート２２が固定立設されている。駆動側プレート２２の前面には、駆動側ベース２３が配置の微調整可能に設けられている。駆動側ベース２３の前面上下には、軸方向に平行して２本のスライド溝２３１が形成されている。駆動側スライド２４は、矩形の金属板材で形成され、裏面には駆動側ベース２３のスライド溝２３１に嵌入して摺動する２本の突条を有しており、駆動側ベース２３に軸方向に摺動可能に装架されている。駆動側ベース２３と駆動側スライド２４との間には、例えばスクリューシャフトおよびナットからなるねじ送り機構が配置され、駆動側スライド２４が軸方向に移動するようになっている。

一方、基台２１の上面右側には、軸方向と交差する軸直交方向に２本のスライド溝２１１が形成されている。従動側プレート２７は、矩形の金属板材で形成され、底面には基台２１のスライド溝２１１に嵌入して摺動する２本の突条を有しており、基台２１に軸直角方向に摺動可能に載置されている。従動側プレート２７の上面には、従動側ベース２８が配置の微調整可能に設けられている。従動側ベース２８の上面には、軸方向に平行して２本のスライド溝２８１が形成されている。従動側スライド２９は、矩形の金属板材で形成され、底面には従動側ベース２８のスライド溝２８１に嵌入して摺動する２本の突条を有しており、従動側ベース２８に軸方向に摺動可能に載置されている。基台２１と従動側プレート２７との間および、従動側ベース２８と従動側スライド２９との間には、ねじ送り機構が配置され、両ねじ送り機構の作動により従動側スライド２９が軸直交方向および軸方向に移動するようになっている。

入力フォースセンサ４０は、図３に示されるように、入力軸受部８３に配置されている。入力フォースセンサ４０は、入力軸受部８３にかかる３方向の荷重を荷重測定器４８に出力するようになっている。出力フォースセンサ４５は、出力軸受部８８に配置されており、出力軸受部８８にかかる３方向の荷重を荷重測定器４８に出力するようになっている。

図２および図３においては、ギヤ伝達効率測定装置１は入力軸８１の軸心Ａ１と出力軸８６の軸心Ａ２とが実働条件と同一の軸間距離ＬＡだけ離れて平行配置された実働モードＭ１とされ、駆動ギヤ８２と従動ギヤ８７とが噛合している。また、図４および図５において、ギヤ伝達効率測定装置１は、駆動ギヤ８２および従動ギヤ８７が取り外されて、入力軸８１と出力軸８６とが締結部材８１２で連結された軸直結モードＭ２とされている。

ここで、図３に例示されるように、駆動ギヤ８２および従動ギヤ８７がはすば歯車で、図中回転方向Ｒでトルクを伝達する場合を考える。トルクを伝達する際、駆動ギヤ８２は、従動ギヤ８７を押圧力Ｆ１で図中下方の軸直交方向に押圧し、かつ押圧力Ｆ２で図中右方の軸方向に押圧する。従動ギヤ８７に加わる押圧力Ｆ１、Ｆ２は、出力軸８６を支持する出力軸受部８８に加わる分力となる。この分力が、前述のように出力フォースセンサ４５で検出される。一方、駆動ギヤ８２には、押圧力Ｆ１、Ｆ２と同じ大きさで逆向きの反力が発生する。この反力により、入力軸８６を支持する入力軸受部８３に分力が加わり、入力フォースセンサ４０で検出される。したがって、入力フォースセンサ４０と出力フォースセンサ４５とは、同じ大きさで逆向きの分力を検出することとなり、一方を省略することもできる。なお、駆動ギヤ８２および従動ギヤ８７が直歯ギヤであれば、軸方向の押圧力Ｆ２は殆ど発生せず、軸直交方向の押圧力Ｆ１のみとなる。

入力トルクセンサ３０は、入力駆動部８０の入力軸８１の入力軸受部８３と駆動モータ８４との間に配設されている。同様に、出力トルクセンサ３５は、出力従動部８５の出力軸８６の出力軸受部８８と従動モータ８９との間に配設されている。両トルクセンサ３０、３５からの出力信号は、伝達効率算出手段に相当するマルチチャネル形のトルク測定器３８でそれぞれトルクに換算される。そして、後者が前者で除算されることにより伝達効率が算出され、前者から後者が差し引かれて伝達損失が求められる。

入力ロータリエンコーダ５０は、入力駆動部８０の入力軸８１の入力軸受部８３と駆動ギヤ８２との間に配設されている。同様に、出力ロータリエンコーダ５５は、出力従動部８５の出力軸８６の出力軸受部８８と従動ギヤ８７との間に配設されている。入力ロータリエンコーダ５０および出力ロータリエンコーダ５５からの出力信号は、位相誤差算出手段に相当するマルチチャネル形の回転量測定器５８でそれぞれ回転位相に換算される。そして、前者から後者が差し引かれて伝達誤差が求められる。

次に、配置変換手段としての二次元スライド機構２の作用を説明する。二次元スライド機構２では、図２および図３に示される実働モードＭ１と、図４および図５に示される軸直結モードＭ２との双方向配置変換が可能であり、ここでは前者Ｍ１から後者Ｍ２への配置変換作用を例にして説明する。まず、図３に示される実働モードＭ１で、駆動側スライド２４から従動側スライド２９を一旦遠ざけて、駆動ギヤ８２と従動ギヤ８７との噛合を解く。すると、駆動ギヤ８２および従動ギヤ８７をそれぞれ、駆動ギヤ取付部８１１および従動ギヤ取付部８６１から取り外すことができる。次に、従動側スライド２９を図３の位置よりも図中右方でかつ図中上方にスライド移動させると、両軸８１、８６の軸心Ａ１、Ａ２を同心にしかつ両方のギヤ取付部８１１、８６１を対向させて当接させることができる。ここで、両方のギヤ取付部８１１、８６１を締結部材８１２で連結することにより、概ね図５に示される軸直結モードＭ２の配置にすることができる。

次に、荷重加圧手段としての二次元スライド機構２の作用を説明する。図５に示される軸直結モードＭ２において、駆動側スライド２４および従動側スライド２９を微小量移動させることにより、両軸８１、８６の軸心Ａ１、Ａ２を意図的に偏移量ＤＡだけずらすことができる。図中には、駆動軸８１の軸心Ａ１よりも従動軸８６の軸心Ａ２が偏移量ＤＡだけ上方に配置された例が示されている。この偏移量ＤＡにより、出力軸８６の従動ギヤ取付部８６１には図中下方に向かう軸直交方向の曲げ応力Ｆ５が発生し、入力軸８１の駆動ギヤ取付部８１１には同じ大きさで逆向きの反力が発生する。ここで、荷重測定器４８で演算される入力軸８１から入力軸受部８３に加わる分力又は演算出力軸８６から出力軸受部８８に加わる分力に応じて偏移量ＤＡを加減調整することにより、図５の曲げ応力Ｆ５を図３の押圧力Ｆ１に一致させることができる。

同様に、図５に示される軸直結モードＭ２において、両軸８１、８６の軸方向の配置を意図的にずらすことができる。つまり、駆動ギヤ取付部８１１および従動ギヤ取付部８６１を締結部材８１２で連結したのちに、駆動側スライド２４および従動側スライド２９を強制的に軸方向にスライドさせて、駆動側軸受部８３と従動側軸受部８８との間隔Ｄを変化させることができる。すると、両軸８１、８６の間には同じ大きさで逆向きの圧縮応力または引っ張り応力が発生し、図５には従動軸８６の圧縮応力Ｆ６が例示されている。荷重測定器４８で演算される入力軸８１から入力軸受部８３に加わる分力又は演算出力軸８６から出力軸受部８８に加わる分力に応じてこの間隔Ｄを加減調整することにより、図５の圧縮応力Ｆ６を図３の押圧力Ｆ２に一致させることができる。

上述の説明のように、二次元スライド機構２は、軸直結モードＭ２において、駆動側スライド２４および従動側スライド２９を意図的にずらして配置することができる。これにより、両軸８１、８６に軸直角方向および軸方向の荷重（曲げ応力Ｆ５および圧縮応力Ｆ６）を発生させて両軸受部８３、８８に相当荷重を加え、実働モードＭ１において発生する分力（押圧力Ｆ１および押圧力Ｆ２）に一致させることができる。

次に、実施形態のギヤ伝達効率測定装置１を用いたギヤ伝達効率測定方法を、図６のフローチャートを参考にして説明する。ギヤ伝達効率測定方法は、実働伝達効率測定ステップＳ１、分力把握ステップＳ２、軸直結伝達効率測定ステップＳ３、噛合伝達効率算出ステップＳ４、からなっている。

実働伝達効率測定ステップＳ１では、まず、二次元スライド機構２を適宜操作して、測定対象となるギヤセット８を図３に示される実働モードＭ１に配置する（Ｓ１１）。２番目に、駆動モータ８４および従動モータ８９を始動して、所定条件の入力トルクＴＱ１を伝達させる（Ｓ１２）。３番目に、入力トルクセンサ３０で入力トルクＴＱ１を検出し、出力トルクセンサ３５で出力トルクＴＱ２を検出する（Ｓ１３）。４番目に、出力トルクＴＱ２を入力トルクＴＱ１で除算することにより、実働伝達効率ＥＴを算出する。また、入力トルクＴＱ１から出力トルクＴＱ２を差し引くことにより、実働伝達損失ＬＴを算出する。

分力把握ステップＳ２では、実働伝達効率測定ステップＳ１と並行して、分力を実測する。すなわち、所定条件の入力トルクＴＱ１を伝達しているときに、入力フォースセンサ４０で入力軸受部８３に発生する分力を検出して実働時駆動側分力ＦＲ１とし、出力フォースセンサ４５で出力軸受部８８に発生する分力を検出して実働時従動側分力ＦＲ２とする。

軸直結伝達効率測定ステップＳ３では、まず、二次元スライド機構２を適宜操作して、ギヤセット８を図５に示される軸直結モードＭ２に配置変換する（Ｓ３１）。２番目に、荷重測定器４８で演算される入力軸８１から入力軸受部８３に加わる分力または出力軸８６から出力軸受部８８に加わる分力に応じて、二次元スライド機構２を適宜操作して図５の偏移量ＤＡおよび間隔Ｄを微調整する。これにより、入力軸受部８３および出力軸受部８８に発生する相当荷重を、実働モードＭ１の実働時駆動側分力ＦＲ１および実働時従動側分力ＦＲ２に一致させる（Ｓ３２）。３番目に、駆動モータ８４から従動モータ８９に実働モードＭ１と同一所定条件の入力トルクＴＱ１を伝達させた状態とする（Ｓ３３）。このとき、入力フォースセンサ４０および出力フォースセンサ４５で検出される分力が、実働時駆動側分力ＦＲ１および実働時従動側分力ＦＲ２から変動しないことを確認することが好ましい。４番目に、入力トルクセンサ３０で入力トルクＴＱ１を検出し、出力トルクセンサ３５で出力トルクＴＱ３を検出する（Ｓ３４）。５番目に、出力トルクＴＱ３を入力トルクＴＱ１で除算することにより、軸直結伝達効率ＥＤを算出する。また、入力トルクＴＱ１から出力トルクＴＱ３を差し引くことにより、軸直結伝達損失ＬＤを算出する（Ｓ３５）。

噛合伝達効率算出ステップＳ４では、軸直結伝達効率ＥＤから実働伝達効率ＥＴを差し引いて噛合損失Ｌｇを求める。さらに、１から噛合損失Ｌｇを差し引いて噛合伝達効率Ｅｇを求める。

上述のギヤ伝達効率測定方法によれば、実際の使用状況に相当する実働モードＭ１において、駆動モータ８４から従動モータ８９に至るギヤセット８全体の実働伝達効率ＥＴを求めることができる。ここで、従動モータ８９まで伝達されない実働伝達損失ＬＴ（＝１−ＥＴ）は、駆動ギヤ８２と従動ギヤ８７とが噛み合う噛合部の噛合損失Ｌｇと、入力軸受部８３および出力軸受部８８の軸受損失Ｌｂとを含んでいる（ＬＴ＝Ｌｇ＋Ｌｂ）。

一方、軸直結モードＭ２において駆動ギヤ８２および従動ギヤ８７を介さない軸直結伝達効率ＥＤを求めることができる。このとき、入力軸受部８３および出力軸受部８８に発生する相当荷重を実働モードＭ１の実働時駆動側分力ＦＲ１および実働時従動側分力ＦＲ２に一致させて同等のストレス状態とすることができる。これにより、軸直結モードＭ２において入力軸受部８３および出力軸受部８８の軸受損失Ｌｂを、実働モードＭ１のときと同等に再現することができる。つまり、従動モータ８９まで伝達されない軸直結伝達損失ＬＤ（＝１−ＥＤ）は、入力軸受部８３および出力軸受部８８の軸受損失Ｌｂに概ね一致する（ＬＤ＝Ｌｂ）。

したがって、実働伝達効率ＥＴと軸直結伝達効率ＥＤとの差、あるいは実働伝達損失ＬＴと軸直結伝達損失ＬＤとの差を算出すれば、軸受損失Ｌｂがキャンセルされて、噛合損失Ｌｇのみを正確に求めることができる。また、１から噛合損失Ｌｇを差し引くことにより、従来の測定装置では求め得なかった噛合部の噛合伝達効率Ｅｇを正確に求めることができる。

上述の測定を行う際に、入力トルクＴＱ１をパラメータとすることにより、実働全領域での噛合伝達効率Ｅｇを求めることができる。図７は、実施形態のギヤ伝達効率測定装置１を用いた測定結果の一例を概念的に示す図である。図７（１）において、横軸に入力トルクＴＱ１をとり、縦軸に工学単位（Ｎｍ）で伝達損失を示している。図示されるように、入力トルクＴＱ１は６段階に設定され、実働伝達損失ＬＴおよび軸直結伝達損失ＬＤが実測され、両者の差から噛合損失Ｌｇが算出されている。また、図７（２）において、横軸に入力トルクＴＱ１をとり、縦軸に噛合伝達効率Ｅｇを比率（％）で示している。噛合伝達効率Ｅｇは、噛合損失Ｌｇを入力トルクＴＱ１で除して損失率（％）とし、１００％からこの損失率を差し引いて求めている。

実施形態のギヤ伝達効率測定装置１は二次元スライド機構２を備えており、入力軸８１と出力軸８６との軸間距離ＬＡが異なる種々のギヤセットに容易に対応できる。さらに、二次元スライド機構２は配置変換手段と荷重加圧手段とを兼ねているので、測定装置１は簡素なものとなっている。

なお、分力把握ステップＳ２において、フォースセンサ４０、４５による分力の実測を行う代わりに、計算式または表形式の対応マップを有する分力演算手段を用いることもできる。分力演算手段は、ギヤセット８の製作諸元と入力される所定条件の入力トルクＴＱ１から、実働時駆動側分力ＦＲ１および実働時従動側分力ＦＲ２分力の少なくとも一方を求めるものである。計算式または対応マップには、例えば、入力軸８１および出力軸８６を梁部材と見なした荷重均衡式などを応用することができる。

さらには、実働伝達効率測定ステップＳ１の実働モードＭ１において、入力ロータリエンコーダ５０および出力ロータリエンコーダ５５で検出された回転位相の差分を演算することにより、伝達誤差を求めることができる。つまり、ギヤ伝達効率測定装置１は伝達誤差測定装置を兼ねている。

また、負荷は従動モータ８９で模擬したが、当然ながら出力軸８６に実負荷を連結してもよい。さらに、トルク測定器や回転量測定器はマルチチャネル形で、内部で除算や減算を行うものとしたが、シングルチャネル形で入力側および出力側を別々に測定し、人手により演算を行うようにしてもよい。

１：ギヤ伝達効率測定装置
２：二次元スライド機構（配置変換手段および荷重加圧手段を兼ねる）
２１：基台
２２：駆動側サブベッド２３：駆動側ベース２４：駆動側スライド
２７：従動側サブベッド２８：従動側ベース２９：従動側スライド
３０：入力トルクセンサ３５：出力トルクセンサ３８：トルク測定器
４０：入力フォースセンサ４５：出力フォースセンサ４８：荷重測定器
５０：入力ロータリエンコーダ５５：出力ロータリエンコーダ
５８：回転量測定器
８：ギヤセット
８０：入力駆動部８１：入力軸８２：駆動ギヤ
８３：入力軸受部８４：駆動モータ（駆動源）
８５：出力従動部８６：出力軸８７：従動ギヤ
８８：出力軸受部８９：従動モータ（負荷）
９：従来のトルク循環式の実験装置
Ｍ１：実働モードＭ２：軸直結モード
ＬＴ：実働伝達損失ＬＤ：軸直結伝達損失Ｌｇ：噛合損失Ｌｂ：軸受損失
Ｅｇ：噛合伝達効率

Claims

駆動ギヤが着脱可能な入力軸および該入力軸を回転自在に支持する入力軸受部からなる入力駆動部と、前記駆動ギヤと噛合する従動ギヤが着脱可能な出力軸および該出力軸を回転自在に支持する出力軸受部からなる出力従動部と、で構成されたギヤセットの前記駆動ギヤから前記従動ギヤに伝達されるトルクの伝達効率を測定するギヤ伝達効率測定装置であって、
前記入力軸に入力される入力トルクを検出する入力トルク検出手段と、
前記出力軸から出力される出力トルクを検出する出力トルク検出手段と、
検出された前記入力トルクおよび前記出力トルクから前記伝達効率を求める伝達効率算出手段と、
前記入力軸受部および前記出力軸受部に発生する分力の少なくとも一方を検出する分力検出手段と、
前記駆動ギヤと前記従動ギヤとを噛合させる実働モードおよび前記入力軸と前記出力軸とを連結する軸直結モードに、前記入力駆動部および前記出力従動部を基台上で配置変換可能とする配置変換手段と、
前記実働モードにおいて前記入力軸受部および前記出力軸受部に発生する実働時分力を把握する分力把握手段と、
前記軸直結にモードにおいて前記入力軸受部および前記出力軸受部に前記実働時分力に相当する相当荷重を加える荷重加圧手段と、を備え、
前記実働モードにおいて所定条件のトルクを伝達するときの前記出力トルクと前記入力トルクとの比である実働伝達効率を求め、前記軸直結にモードにおいて前記入力軸受部および前記出力軸受部に前記相当荷重を加えた状態で前記所定条件のトルクを伝達するときの前記出力トルクと前記入力トルクとの比である軸直結伝達効率を求め、該軸直結伝達効率から前記実働伝達効率を差し引いて前記駆動ギヤと前記従動ギヤとが噛み合う噛合部の噛合損失を求め、１から該噛合損失を差し引いて前記噛合部の噛合伝達効率を求める、
ことを特徴とするギヤ伝達効率測定装置。
請求項１において、前記配置変換手段は、前記入力駆動部および前記出力従動部を前記基台上で二次元的に配置変換可能とする二次元スライド機構であり、該二次元スライド機構は、前記軸直結モードにおいて軸方向および軸直角方向の前記相当荷重が加わるように前記入力駆動部および前記出力従動部を配置することで前記荷重加圧手段を兼ねる、ことを特徴とするギヤ伝達効率測定装置。
請求項１または２のいずれかにおいて、前記分力検出手段は、前記入力軸受部および前記出力軸受部の少なくとも一方を前記基台から離隔して支持するとともに３方向の荷重を検出するフォースセンサであることを特徴とするギヤ伝達効率測定装置。
請求項１〜３のいずれか一項において、前記分力把握手段は、前記実働モードにおいて前記所定条件のトルクを伝達するとき前記入力軸受部および前記出力軸受部に発生する前記分力の少なくとも一方を検出する前記分力検出手段によって兼ねられ、あるいは、前記ギヤセットの製作諸元および前記所定条件のトルクから前記分力の少なくとも一方を求める計算式または対応マップを有する分力演算手段であることを特徴とするギヤ伝達効率測定装置。
請求項１〜４のいずれか一項において、前記入力軸の一端は前記駆動ギヤを着脱可能な駆動ギヤ取付部とされ、前記出力軸の一端は前記従動ギヤを着脱可能な従動ギヤ取付部とされ、前記軸直結モードにおいて前記駆動ギヤおよび前記従動ギヤを取り外し前記駆動ギヤ取付部と前記従動ギヤ取付部とを連結することを特徴とするギヤ伝達効率測定装置。
請求項１〜５のいずれか一項において、前記入力軸の回転位相を検出する入力位相検出手段と、前記出力軸の回転位相を検出する出力位相検出手段と、検出された前記入力軸および前記出力軸の前記回転位相から位相の伝達誤差を求める伝達誤差算出手段と、を備えることを特徴とするギヤ伝達効率測定装置。
請求項１〜６のいずれか一項に記載のギヤ伝達効率測定装置を用いたギヤ伝達効率測定方法であって、
前記配置変換手段により前記ギヤセットを前記実働モードとし、前記入力軸に駆動源を結合し前記出力軸に負荷を結合して前記所定条件のトルクを伝達し、前記伝達効率算出手段により前記実働伝達効率を求める実働伝達効率測定ステップと、
前記分力把握手段により、前記所定条件のトルクを伝達するときの前記実働時分力を把握する分力把握ステップと、
前記配置変換手段により前記入力駆動部と前記出力従動部を前記軸直結モードに配置変換し、前記分力把握ステップで求めた前記実働時分力に相当する前記相当荷重を前記荷重加圧手段により前記入力軸受部および前記出力軸受部に加えた状態として前記所定条件のトルクを伝達し、前記伝達効率算出手段により前記軸直結伝達効率を求める軸直結伝達効率測定ステップと、
前記軸直結伝達効率から前記実働伝達効率を差し引いて前記噛合損失を求め、１から該噛合損失を差し引いて前記噛合伝達効率を求める噛合伝達効率算出ステップと、
を有することを特徴とするギヤ伝達効率測定方法。