JP6919895B2 - 動釣合い試験機 - Google Patents

Description

この発明は、動釣合い試験機に関する。

動釣合い試験機では、固定された被試験体を所定速度で回転させることによって、被試験体の不釣合いが測定される。従来の被試験体には、被試験体における他の部分に対して相対的に動く可動部分が存在しないことが一般的なので、被試験体におけるいずれかの箇所を動釣合い試験機に固定すれば、被試験体の不釣合いを正確に測定することができる。

ベース部品と、ベース部品の軸中心線まわりの周方向に並んで配置され、ベース部品によって遊びを持って保持された複数の錘部材とを有する新たな被試験体が想定される。各錘部材は、軸中心線を基準とした径方向および周方向のそれぞれへ向けてベース部品に対して相対移動したり自身の姿勢を変えたりすることができる。このような被試験体の一例として、振り子付きのトルクコンバーターやデュアルマスフライホイール等といったエンジン用部品が挙げられる。

このような被試験体は、実際には軸中心線が水平に延びた状態で軸中心線まわりに回転するように使用され、その際、各錘部材とベース部品との間には潤滑油が介在する。しかし、被試験体は、動釣合い試験機では、軸中心線が垂直に延びて潤滑油が存在しない状態でセットされるので、各錘部材が自重によってベース部品に上側から接触する。この状態で不釣合い測定のために被試験体を回転させると、各錘部材は、遠心力が作用しても、ベース部品との間の摩擦によってベース部品に固着してベース部品の一部となることにより、実使用時のように自由に移動することができない。このような状態では、各錘部材の固着が影響することにより、被試験体の不釣合いを正確に測定することが困難である。

この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、ベース部品とベース部品によって遊びを持って保持された複数の錘部材とを有する被試験体の不釣合いを正確に測定できる動釣合い試験機を提供することを目的とする。

本発明は、ベース部品（３）と、前記ベース部品の軸中心線（Ｊ）まわりの周方向（Ｓ）に並んで配置され、前記ベース部品によって遊びを持って保持された複数の錘部材（４）とを有する被試験体（２）のための動釣合い試験機（１）であって、軸中心線が垂直に延びた状態における前記ベース部品が固定され、垂直軸線まわりに回転可能なスピンドル（１２）と、前記スピンドルを振動可能に支持する支持部（１１）と、前記スピンドルを回転させるモータ（１３）と、前記スピンドルが定常回転している状態において、周期的なトルク変動が前記スピンドルに生じるように前記モータを制御する制御部（１４）とを含み、前記スピンドルが定常回転して前記トルク変動が生じている状態において、被試験体の不釣り合いの測定処理が実行される、動釣合い試験機である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素などを表す。以下、この項において同じ。

この構成によれば、動釣合い試験機では、支持部によって振動可能に支持されたスピンドルに、被試験体において軸中心線が垂直に延びた状態におけるベース部品が固定される。この状態のスピンドルがモータによって垂直軸線まわりに定常回転されているときにおいて、被試験体の軸中心線に関する質量の不均一分布によって生じた振動から、被試験体の不釣り合いが測定される。
動釣合い試験機の制御部は、スピンドルが定常回転している状態において、周期的なトルク変動がスピンドルに生じるようにモータを制御する。そのため、動釣合い試験機では、スピンドルが定常回転してトルク変動が生じている状態において、被試験体の不釣り合いの測定処理が実行される。測定処理中では、スピンドルに生じたトルク変動によって各錘部材が振動することにより、各錘部材がベース部品から離れやすくなり、各錘部材とベース部品との間の摩擦が低減される。この状態では、各錘部材は、ベース部品に固着してベース部品の一部となることなく、実使用時と同様に自由に移動できる。そのため、測定処理では、各錘部材の固着による影響が少ない状態で、被試験体の不釣合いを測定できる。その結果、ベース部品とベース部品によって遊びを持って保持された複数の錘部材とを有する被試験体の不釣合いを正確に測定できる。

また、本発明は、被試験体が、エンジンに組み付けられるものであり、前記測定処理中に定常回転している前記スピンドルの目標回転数をＡとし、前記トルク変動の目標周波数をＢとし、被試験体が組み付けられるエンジンの気筒数をＣとしたときに、ＡとＢとＣとの関係が以下の式を満足することを特徴とする。
Ｃ／２＝Ｂ／Ａ

この構成によれば、測定処理では、以上の式に沿って設定された目標回転数および目標周波数に基いてスピンドルが定常回転してトルク変動が生じることにより、各錘部材を効果的に振動させて、各錘部材の自由な移動を促進できる。そのため、被試験体の不釣合いをより正確に測定できる。

図１は、被試験体の平面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図３は、この発明の一実施形態に係る動釣合い試験機の正面図である。 図４は、準備処理および測定処理における動釣合い試験機のスピンドルの回転数の経時変化を示すグラフである。 図５は、測定処理中にスピンドルに与えられるトルクの経時変化を示すグラフである。

以下では、この発明の実施形態について詳細に説明をする。図１は、この発明の一実施形態に係る動釣合い試験機１（図３参照）での不釣合い測定の対象となる被試験体２の平面図である。被試験体２は、振り子付きのトルクコンバーターやデュアルマスフライホイール等といった部品であって、内燃式のエンジン（図示せず）に組み付けられる。被試験体２は、例えば円盤状のベース部品３と、ベース部品３の軸中心線Ｊまわりの周方向Ｓに並んで配置された複数（例えば６つ）の錘部材４とを有する。ベース部品３の中心部には、基準内径部としての貫通穴３Ａが形成され、ベース部品３の外周部には、周方向Ｓに延びてベース部品３を貫通したガイド溝３Ｂが、周方向Ｓに並んで複数（例えば１つの錘部材４に対して２つずつ）形成されている。

図１のＡ−Ａ矢視断面図である図２も参照して、各錘部材４は、ベース部品３においていずれかのガイド溝３Ｂが形成された部分を挟むように配置された一対の錘板５と、一対の錘板５同士を連結する例えば２つのピン状の結合部６とを含む。各錘部材４において、各結合部６は、ベース部品３において周方向Ｓで同じ位置にあるガイド溝３Ｂに対して遊びを持って１つずつ挿通されている。これにより、各錘部材４は、ベース部品３によって遊びを持って保持されている。

エンジンに組み付けられた実使用時の被試験体２は、軸中心線Ｊが水平に延びた状態で軸中心線Ｊまわりに回転するので、その際、各錘部材４は、軸中心線Ｊを基準とした径方向Ｒおよび周方向Ｓのそれぞれへ向けてベース部品３に対して相対移動したり自身の姿勢を変えたりすることによって、仮想の可動支点を中心とした振り子運動をする。

図３の正面図を参照して、動釣合い試験機１は、床面Ｙに固定される本体フレーム１０と、支持部１１と、スピンドル１２と、モータ１３と、制御部１４とを含む。本体フレーム１０は、床面Ｙから立ち上がっていて、その上端部には、水平部１０Ａが設けられている。支持部１１は、例えば平板状に形成され、本体フレーム１０の水平部１０Ａに真上から固定される。支持部１１を本体フレーム１０の一部とみなしてもよい。スピンドル１２は、垂直軸線を有する円柱状に形成されていて、支持部１１を上下に貫通している。スピンドル１２は、支持部１１に設けられたバネ状の弾性支持部１５によって振動可能に支持される。モータ１３は、スピンドル１２に直結されてもよいし、ベルト等を介してスピンドル１２に連結されてもよく、ダイレクトドライブやベルトドライブ等によって、スピンドル１２を垂直軸線まわりに回転させる。制御部１４は、マイクロコンピューター等によって構成されており、モータ１３への印加電圧を制御することによって、モータ１３の動作を制御する。

動釣合い試験機１において被試験体２の不釣り合いを測定する場合には、被試験体２が、スピンドル１２の上端部にセットされる。スピンドル１２の上端部には、例えばベース部品３の貫通穴３Ａ（図１参照）において被試験体２をクランプするための保持部１２Ａが設けられている。被試験体２では、ベース部品３が、その軸中心線Ｊが垂直に延びてスピンドル１２の垂直軸線と一致した状態で、保持部１２Ａによってスピンドル１２に固定される。このとき、被試験体２では、各錘部材４における一対の錘板５がベース部品３を上下から挟んだ状態にあり、上側の錘板５がベース部品３の上面に接触している。

次に、垂直軸線まわりの一方向へのスピンドル１２の回転が開始される。スピンドル１２の回転数の経時変化を示すグラフである図４を参照して、制御部１４は、準備処理として、スピンドル１２の回転数が所定の目標回転数まで上昇するようにモータ１３を制御する。準備処理の後に続く測定処理では、制御部１４は、スピンドル１２が目標回転数で定常回転し、その状態のスピンドル１２に周期的なトルク変動が生じるようにモータ１３を制御する。周期的なトルク変動とは、図５で示すように、モータ１３からスピンドル１２に伝達されるトルクが、正弦波の波形に沿って、交互にプラスの値およびマイナスの値になるように変動することである。図５では、例えば±約１０Ｎ・ｍの範囲におさまる約５０Ｈｚのトルク変動がスピンドル１２に生じている。

測定処理中に定常回転しているスピンドル１２の目標回転数をＡ（単位はＨｚ）とし、前記トルク変動の目標周波数をＢ（単位はＨｚ）とし、被試験体２が実使用時に組み付けられるエンジン（図示せず）の気筒数をＣとしたときに、ＡとＢとＣとの関係が以下の式（１）を満足するように、目標回転数Ａおよび目標周波数Ｂが設定される。
Ｃ／２＝Ｂ／Ａ・・・式（１）

測定処理中では、スピンドル１２の実際の回転数が目標回転数Ａに維持され、かつ、一定の目標周波数Ｂのトルク変動がスピンドル１２に生じるように、制御部１４がモータ１３を制御する。動釣合い試験機１は、スピンドル１２の実際の回転数やスピンドル１２への入力トルクを検知して制御部１４に入力するセンサ等の検知部（図示せず）を備えている。なお、測定処理中に定常回転しているスピンドル１２の実際の回転数は、目標回転数Ａに一致することが望ましいが、許容誤差の範囲内において目標回転数Ａからずれたり変動したりしていてもよい。スピンドル１２に伝達される入力トルクの実際の周波数と目標周波数Ｂとの関係についても同様である。

測定処理中では、被試験体２と一体回転中のスピンドル１２の振動が、例えば本体フレーム１０に固定された振動検出器（図示せず）によって検出され、制御部１４は、この振動に基いて被試験体２の不釣り合いを測定する。測定処理が完了すると、モータ１３の回転が停止した後に、スピンドル１２の保持部１２Ａによるクランプが解除されて、被試験体２がスピンドル１２から取り外される。

以上のように、動釣合い試験機１では、スピンドル１２が定常回転してトルク変動が生じている状態において、被試験体２の不釣り合いの測定処理が実行される。測定処理中では、スピンドル１２に生じたトルク変動によって各錘部材４が振動することにより、各錘部材４がベース部品３から離れやすくなり、各錘部材４とベース部品３との間の摩擦が低減される。この状態では、各錘部材４は、ベース部品３に固着してベース部品３の一部となることなく、実使用時と同様に自由に移動できる。そのため、測定処理では、各錘部材４の固着による影響が少ない状態で、被試験体２の不釣合いを測定できる。その結果、ベース部品３とベース部品３によって遊びを持って保持された複数の錘部材４とを有する被試験体２の不釣合いを正確に測定できる。

特に、測定処理では、式（１）に沿って設定された目標回転数Ａおよび目標周波数Ｂに基いてスピンドル１２が定常回転してトルク変動が生じることにより、各錘部材４を効果的に振動させて、各錘部材４の自由な移動を促進できる。そのため、被試験体２の不釣合いをより正確に測定できる。

この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項に記載の範囲内において種々の変更が可能である。

例えば、測定処理中だけでなく、前述した準備処理中においても、制御部１４は、周期的なトルク変動がスピンドル１２に生じるようにモータ１３を制御してもよい。その際のトルク変動の目標周波数は、測定処理用の目標周波数Ｂであってもよいし、上昇中のスピンドル１２の回転数を式（１）のＡに代入して得られる目標周波数Ｂであってもよい。

１ 動釣合い試験機
２ 被試験体
３ ベース部品
４ 錘部品
１１ 支持部
１２ スピンドル
１３ モータ
１４ 制御部
Ａ 目標回転数
Ｂ 目標周波数
Ｃ 気筒数
Ｊ 軸中心線
Ｓ 周方向

Claims (2)

1. ベース部品と、前記ベース部品の軸中心線まわりの周方向に並んで配置され、前記ベース部品によって遊びを持って保持された複数の錘部材とを有する被試験体のための動釣合い試験機であって、
   軸中心線が垂直に延びた状態における前記ベース部品が固定され、垂直軸線まわりに回転可能なスピンドルと、
   前記スピンドルを振動可能に支持する支持部と、
   前記スピンドルを回転させるモータと、
   前記スピンドルが定常回転している状態において、周期的なトルク変動が前記スピンドルに生じるように前記モータを制御する制御部とを含み、
   前記スピンドルが定常回転して前記トルク変動が生じている状態において、被試験体の不釣り合いの測定処理が実行される、動釣合い試験機。
2. 被試験体は、エンジンに組み付けられるものであり、
   前記測定処理中に定常回転している前記スピンドルの目標回転数をＡとし、前記トルク変動の目標周波数をＢとし、被試験体が組み付けられるエンジンの気筒数をＣとしたときに、ＡとＢとＣとの関係が以下の式を満足する、請求項１に記載の動釣合い試験機。
   Ｃ／２＝Ｂ／Ａ

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