JP5920200B2

JP5920200B2 - 変速機構の試験方法

Info

Publication number: JP5920200B2
Application number: JP2012278060A
Authority: JP
Inventors: 靖之御堂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: JP2014122804A

Description

本発明は、変速機構の入力軸及び出力軸のトルクをトルク計測器で計測し、その試験を行う変速機構の試験方法に関するものである。

変速機構の入力軸及び出力軸に夫々、トルク計測器を介してモータを連結して、トルク計測器により変速機構の入力軸及び出力軸のトルクを計測する変速機構の試験方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１６０６３７号公報

しかしながら、上記特許文献１に示す試験方法においては、変速機構自体が振動し、その振動がトルク計測器に伝達され得る。このため、変速機構の入力軸及び出力軸のトルクを正確に計測できず、変速機構を正確に性能評価できない虞がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、変速機構をより正確に性能評価できる変速機構の試験方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、変速機構の入力軸及び出力軸に夫々、トルク計測器を介してモータを連結して、前記トルク計測器により前記変速機構の入力軸及び出力軸のトルクを計測する変速機構の試験方法であって、前記入力軸及び出力軸のうち少なくとも一方は、一端が前記変速機構に連結された第１回転軸と、該第１回転軸の他端に一端が連結された軸継手と、該軸継手の他端に一端が連結され他端が前記トルク計測器に連結された第２回転軸と、を有しており、前記変速機構の回転数及び回転トルクの試験条件を満たしつつ、前記入力軸及び出力軸のうち少なくとも一方の捩り剛性値が最も低くなる前記軸継手を選択するステップを含む、ことを特徴とする変速機構の試験方法である。
この一態様において、前記第１回転軸、前記軸継手、及び前記第２回転軸の捩り剛性値を夫々算出するステップを更に含み、該算出した前記第１回転軸、前記軸継手、及び前記第２回転軸の捩り剛性値に基づいて、前記入力軸及び出力軸のうち少なくとも一方の捩り剛性値を算出し、前記変速機構の回転数及び回転トルクの試験条件を満たしつつ、前記算出した入力軸及び出力軸のうち少なくとも一方の捩り剛性値が最小となるように、前記軸継手を選択してもよい。
この一態様において、前記出力軸が、前記第１回転軸、前記軸継手、および前記第２回転軸、を有していてもよい。
この一態様において、前記変速機構におけるトルク脈動が所定値以上のとき、前記入力軸及び出力軸が、夫々、前記第１回転軸、前記軸継手、および前記第２回転軸、を有していてもよい。
この一態様において、前記第１及び第２回転軸の長さを調整することで、前記入力軸及び出力軸のうち少なくとも一方の捩り剛性値を調整するステップを更に含んでいても良い。
この一態様において、前記変速機構は、変速機を構成する構成部品であってもよい。

本発明によれば、変速機構をより正確に性能評価できる変速機構の試験方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る変速機構の試験方法を行う試験設備の概略的な構成を示すブロック図である。入力軸及び出力軸の概略的な構成を示すブロック図である。本発明の一実施の形態に係る変速機構の試験方法のフローの一例を示すフローチャートである。低剛性軸継手と高剛性軸継手とを比較するための図である。低剛性軸継手と高剛性軸継手とを比較するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明の一実施の形態に係る変速機構の試験方法において、図１に示す如く、試験対象である変速機構１の入力回転軸２に入力軸３の一端が連結され、出力回転軸４に出力軸５の一端が連結される。さらに、入力軸３の他端には、入力側トルク計測器６を介して入力側モータ７の駆動軸が連結される。出力軸５の他端には、出力側トルク計測器８を介して出力側モータ９の駆動軸が連結される。

入力側モータ７を回転駆動することで、入力側トルク計測器６及び入力軸３を介して変速機構１の入力回転軸２を回転させる。このときの変速機構１の入力回転軸２及び出力回転軸４のトルクを、入力側トルク計測器６及び出力側トルク計測器８により夫々計測して変速機構１のトルク変動などを試験する。なお、変速機構１として、例えば、トランスアクスルＡｓｓｙ（変速機）や、そのトランスアクスルＡｓｓｙを構成する、ケースＳｕｂ−Ａｓｓｙ、バブルボディＳｕｂ−Ａｓｓｙ、クラッチＳｕｂ−Ａｓｓｙなどの構成部品を含むものとする。

ところで、従来、変速機構を上記のように回転させトルク試験を行う場合に、変速機構自体に生じる振動（以下、自励振動と称す）が入力軸及び出力軸を介してトルク脈動現象（トルクが脈動する現象）としてトルク計測器に伝達される問題が生じている。なお、実車両等においては、あるＳｕｂ−Ａｓｓｙ部品に自励振動が生じた場合でも、その自励振動は他のＳｕｂ-Ａｓｓｙ部品の自励振動により相殺され得る。一方、上記のようなＳｕｂ−Ａｓｓｙなどの構成部品単体の試験を行った場合、他の構成部品の自励振動との相殺が生じないため、特に、そのトルク脈動現象が大きく現れる。

ここで、試験を行う設備側で平均化処理などを行って、上記トルク脈動現象をある程度解消することも考えられる。しかしながら、その場合でも入力軸及び出力軸のトルクを正確に計測できているか不明となる。さらに、上記構成部品などの変速機構において上記トルク脈動現象が大きく現れた場合、平均化処理だけではそのトルク脈動現象を解消できない虞もある。

そこで、本実施の形態に係る変速機構の試験方法において、入力軸３及び出力軸５のうち少なくとも一方は、一端が変速機構１に連結された第１回転軸１１と、第１回転軸１１の他端に一端が連結された軸継手１２と、軸継手１２の他端に一端が連結され他端が入力側又は出力側トルク計測器６、８に連結された第２回転軸１３と、で構成されている（図２）。そして、変速機構１の回転数及び回転トルクの試験条件を満たしつつ、入力軸３及び出力軸５のうち少なくとも一方の捩り剛性値が最も低くなる軸継手１２を選択する。これにより、変速機構１で生じる自励振動を捩り剛性の低い軸継手１２により吸収でき、上記入力軸３及び出力軸５に生じるトルク脈動現象を効果的に抑制することができる。したがって、変速機構１のより正確な性能評価が可能となる。なお、本明細書において、捩り剛性値とは、例えば、各軸を回転方向へ捩ったときの剛性値を指すものとする。

次に、本実施の形態に係る変速機構の試験方法に用いる試験設備について詳細に説明する。試験対象である変速機構１の入力回転軸２及び出力回転軸４には、図１に示す如く、入力軸３及び出力軸５の一端が夫々連結される。

ここで、入力軸３及び出力軸５のうち少なくとも一方は、図２に示す如く、第１回転軸１１と、第１回転軸１１の他端に一端が連結された軸継手１２と、軸継手１２の他端に一端が連結され他端が入力側トルク計測器６又は出力側トルク計測器８に連結された第２回転軸１３と、の３分割部品で構成されている。なお、出力軸５のみを上記３分割部品で構成するのがトルク脈動現象を効果的に抑制する上で好ましいが、入力軸３のみを上記３分割部品で構成してもよい。上記３分割部品で構成されていない方の入力軸３又は出力軸５は、通常の軸として構成されている。

さらに、トルク脈動（自励振動）が所定値以上となり大きくなることが予測できる場合は、入力軸３及び出力軸５を上記３分割部品で構成するのがよい。このように、トルク脈動現象の大きさに応じて、その構成を適宜変更するのが好ましい。

軸継手１２は、例えば、板バネや弾性体（樹脂、ゴム等）からなる振動吸収部を有している。この振動吸収部が、変速機構１で生じ入力軸３及び出力軸５の第１回転軸１１を介して伝達される振動を吸収する機能を有している。振動吸収部の構成を変更することで、軸継手１２の捩り剛性を容易に変更することができる。なお、振動吸収部がゴムなどで構成されている場合、例えば、そのゴムの硬化、経年劣化等により交換が必要となる。その場合、その交換用のゴムのみをスペア部品として保持していれば良いため、保守費用が低く抑えることができる。

入力側トルク計測器６は、入力軸３を介して、変速機構１の入力回転軸２に生じるトルクを計測する。出力側トルク計測器８は、出力軸５を介して、変速機構１の出力回転軸４に生じるトルクを計測する。

入力側モータ７は、自動車などのエンジン動力としての機能を有しており、入力側トルク計測器６及び入力軸３を介して変速機構１の入力回転軸２を回転駆動する。一方、出力側モータ９は、自動車の車輪負荷としての機能を有しており、変速機構１の出力回転軸４、出力軸５及び出力側トルク計測器８を介して回転駆動する。

本実施の形態において試験設備は、上述のように構成されて、例えば、入力側モータ７を一定回転あるいは一定トルクで回転させ、変速機構１の入力回転軸２を回転させることで、入力側トルク計測器６及び出力側トルク計測器８で回転トルクを夫々計測して、変速機構１の耐久性試験を行う。あるいは、入力側モータ７の回転を加減速させ、変速機構１の入力回転軸２の回転を加減速させることで、入力側トルク計測器６及び出力側トルク計測器８で回転トルクを夫々計測して、変速機構１の耐久性試験を行う。

次に、本実施の形態に係る変速機構の試験方法のフローについて詳細に説明する。図３は、本実施の形態に係る変速機構の試験方法のフローの一例を示すフローチャートである。以下、入力軸３のみが、第１回転軸１１、軸継手１２、及び第２回転軸１３、の３分割部品で構成され、出力軸５が通常の軸として構成されている場合について説明する。

まず、入力軸３の第１回転軸１１及び第２回転軸１３の捩り剛性値a１、ｂ１を夫々算出する（ステップＳ１０１）。

続いて、これから実行する変速機構１に対する負荷試験の試験条件を満たす、軸継手１２の候補を選択する（ステップＳ１０２）。ここで、複数種類の捩り剛性値（ｃ１＜ｃ２＜・・・＜ｃｎ）の軸継手１２が予め用意されており、この中から試験条件を満たす軸継手１２の候補を選択する。

なお、上記試験条件とは、例えば、上記負荷試験において、変速機構１の入力回転軸２を回転させるときの回転数及び回転トルクの上限値を指す。変速機構１の入力回転軸２を高回転数あるいは高回転トルクで回転させる場合は、高い捩り剛性値の軸継手１２が必要となる。一方で、変速機構１の入力回転軸２を低回転数あるいは低回転トルクで回転させる場合は、低い捩り剛性値の軸継手１２でよいこととなる。軸継手１２は、その捩り剛性によって複数の種類（例えば、低剛性軸継手＜・・・＜中剛性軸継手＜・・・＜高剛性軸継手）に分類されており、ユーザは、その負荷試験を実行できる軸継手１２の候補を選択する。

選択した各軸継手１２の候補に対して、変速機構１の入力回転軸２と入力側トルク計測器６との間の入力軸３（入力軸系）に対する捩り剛性値ｄ１を下記（１）式より算出する（ステップＳ１０３）。ここで、選択した軸継手１２の候補の捩り剛性値をｃ１とする。
１／ｄ１＝１／a１＋１／ｂ１＋１／ｃ１（１）式

算出した入力軸３に対する捩り剛性値ｄ１が最小となる軸継手１２の候補を最終的な軸継手１２として選択する（ステップＳ１０４）。ここで、ラジアル方向における振動抑制効果が期待できる低い捩り剛性値の軸継手１２を選択すると、上記（１）式において１／ｄ１が大きくなり、入力軸３の捩り剛性値ｄ１を低くすることができる。入力軸３の捩り剛性値を低くすると、変速機構１の共振抑制効果が向上する。一方で、捩り剛性値の低い軸継手１２を選択した場合、その軸継手１２の許容回転トルク、許容回転数が下がる。すなわち、計測可能範囲が狭くなる可能性がある。この為、上記のように予め試験条件を満たす軸継手１２の候補を選択し、その中から入力軸３の捩り剛性値が最小となる軸継手１２を選択している。このように選択した軸継手１２を用いることにより、入力軸３の軸撓み、熱膨張、長時間使用による試験設備支持台の歪み等を吸収でき、さらに、軸継手１２の捩り剛性値を低く抑えることで、大幅な共振抑制効果も期待できる。

以上のように設計段階において、入力軸３及び出力軸５の系としての捩り剛性値を事前に確認した上で、最適な軸継手１２の選択が可能となる。このため、様々な変速機構１の試験条件を考慮した試験が可能となる。さらに、変速機構１のサイズなどが変わった場合でも、軸継手１２を単に変更するだけで、そのサイズ調整も可能となる。

上記軸継手１２の選択と合わせて、第１回転軸１１及びは第２回転軸１３の長さを調整することで、第１回転軸１１及び第２回転軸１３の捩り剛性値を調整し、入力軸３の捩り剛性値を調整するようにしてもよい。例えば、第１回転軸１１及び／又は第２回転軸１３の長さを長くすることで第１回転軸１１及び／又は第２回転軸１３の捩り剛性値を低下させ、入力軸３の捩り剛性値をより低下させることができる。これにより、入力軸３の捩り剛性値のより精密な調整が可能となる。

上述したように、入力軸３のみが、第１回転軸１１、軸継手１２、及び第２回転軸１３、の３分割部品で構成されている場合について説明したが、出力軸５のみ或いは入力軸３及び出力軸５が、第１回転軸１１、軸継手１２、及び第２回転軸１３、の３分割部品で構成されている場合も上記入力軸３の場合と略同一であるため、その説明は省略する。

次に、本実施の形態に係る変速機構の試験方法による具体的な効果について図４を用いて詳細に説明する。例えば、軸継手１２の捩り剛性値ｃを１／３００（低剛性軸継手）を用いた場合、上記（１）式に基づいて入力軸系の捩り剛性値ｄを１／２０にすることができる。

図５に示すように、例えば、高剛性軸継手を用いた場合、その指示トルク値は、０．３Ｔ〜１．７５Ｔとなり±７０％の脈動が見られる。一方で、本実施の形態に係る試験方法において選択した低剛性軸継手を用いた場合、その指示トルク値は０．７５Ｔ〜１．２５Ｔとなり、±２５％の脈動に抑制でき、大幅な共振抑制が可能となる。

以上、本実施の形態に係る変速機構の試験方法において、入力軸３及び出力軸５のうち少なくとも一方は、一端が変速機構１に連結された第１回転軸１１と、第１回転軸１１の他端に一端が連結された軸継手１２と、軸継手１２の他端に一端が連結され他端が入力側又は出力側トルク計測器６、８に連結された第２回転軸１３と、で構成されている。そして、変速機構１の回転数及び回転トルクの試験条件を満たしつつ、入力軸３及び出力軸５のうち少なくとも一方の捩り剛性値が最も低くなる軸継手１２を選択する。これにより、変速機構１に生じる自励振動をその軸継手により効果的に吸収し、トルク脈動現象を抑制できるため、変速機構をより正確に性能評価できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１変速機構
２入力回転軸
３入力軸
４出力回転軸
５出力軸
６入力側トルク計測器
７入力側モータ
８出力側トルク計測器
９出力側モータ
１１第１回転軸
１２軸継手
１３第２回転軸

Claims

変速機構の入力軸及び出力軸に夫々、トルク計測器を介してモータを連結して、前記トルク計測器により前記変速機構の入力軸及び出力軸のトルクを計測する変速機構の試験方法であって、
前記入力軸及び出力軸のうち少なくとも一方は、一端が前記変速機構に連結された第１回転軸と、該第１回転軸の他端に一端が連結された軸継手と、該軸継手の他端に一端が連結され他端が前記トルク計測器に連結された第２回転軸と、を有しており、
予め用意しておいた互いに捩り剛性値が異なる複数の前記軸継手から、前記変速機構の回転数及び回転トルクの試験条件を満たす前記軸継手を選択するステップと、
選択した前記軸継手のそれぞれについて、各軸継手の捩り剛性値と前記第１回転軸及び前記第２回転軸の捩り剛性値とに基づいて、前記入力軸及び出力軸のうち少なくとも一方の捩り剛性値を算出するステップと、
算出した前記入力軸及び出力軸のうち少なくとも一方の捩り剛性値が最も低くなる前記軸継手を選択するステップを含む、ことを特徴とする変速機構の試験方法。
請求項１記載の変速機構の試験方法であって、
前記出力軸が、前記第１回転軸、前記軸継手、および前記第２回転軸、を有していることを特徴とする、変速機構の試験方法。
請求項１記載の変速機構の試験方法であって、
前記変速機構におけるトルク脈動が所定値以上のとき、前記入力軸及び出力軸が、夫々、前記第１回転軸、前記軸継手、および前記第２回転軸、を有していることを特徴とする変速機構の試験方法。
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の変速機構の試験方法であって、
前記第１及び第２回転軸の長さを調整することで、前記入力軸及び出力軸のうち少なくとも一方の捩り剛性値を調整するステップを更に含む、ことを特徴とする変速機構の試験方法。
請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の変速機構の試験方法であって、
前記変速機構は、変速機を構成する構成部品である、ことを特徴とする変速機構の試験方法。