JPH06507975A - 摩擦特性試験機 - Google Patents
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- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
摩擦特性試験機
本発明は、一般的に摩擦特性試験機に関し、特に航空機ブレーキ用の摩擦特性試
験機に関する。
最大限の数のブレーキ特性を決定し、ブレーキ特性の完全な理解を与えるために
、航空機ブレーキを可能な限り徹底的に試験するのが望ましい。航空機ブレーキ
、特にカーボン−カーボン複合ブレーキディスクを有する航空機ブレーキは、カ
ーボン−カーボン複合ブレーキディスクの製造に利用される材料及び工程のタイ
プ次第でまったく異なって作動する。時々、カーボン−カーボン複合ブレーキデ
ィスクは航空機ブレーキに使用中振動、即ちブレーキ「スフウィール(sque
al)Jを生じる。カーボン−カーボン複合ブレーキディスク、並びに試験され
得る他のタイプのブレーキディスクの摩擦特性の正確な決定及び測定を行う試験
機を提供するのが望ましい。原寸のブレーキの試験は、6つのロータ、5つのス
テータ、圧力プレート及び受けプレートの使用を含むであろう。原寸より小さい
ブレーキを利用するのが有利だが、それでもこのようなブレーキの特性であるデ
ータを提供する。なによりも、このタイプの所望のデータは、振動及び「負の減
衰」として知られているものに関する情報を与えるであろう。負の減衰は、本質
的にブレーキの速度振動とトルク振動との間の関係である。換言すれば、増大し
た速度がディスクブレーキのロータ及びステータの緩やかに変化する、平均スリ
ップ速度の頂点に課せられるとき、これによって増大したトルクが発生する。増
大したトルクと増大した速度との間の比は、計測、高速なデータの獲得及び計算
機化されたデータの減少を介して決定され、この比は「負の減衰」として知られ
ている。
負の減衰を構成する別の方法は、スリップ速度に対するブレーキトルクの偏導関
数である。負の減衰によって生じたブレーキ[スフウィール」の振動は、ブレー
キ装置の固定部分のトルク振動として説明することができる。従って、負の減衰
に関するデータを発生するために、ブレーキ装置の通常固定部分にトルク振動を
課するのが望ましい。
負の減衰に加えて、ブレーキ摩擦材料温度とともにトルクがどのように変化する
かを決定するのが望ましい。これは又、偏導関数、即ち摩擦材料温度に対するト
ルクの偏導関数である。
本発明は、慣性回転動作を与えるための装置と、慣性回転動作装置に取り付けら
れた車輪要素と、ブレーキ荷重受入れ装置を有する、車輪要素のブレーキを行う
ための装置と、前記ブレーキ荷重受入れ装置の振動動作を生じるための装置とを
有するブレーキ試験機であって、さらに前記試験機を制御し、データ獲得のため
の装置を有し、前記慣性回転動作装置によって車輪要素が回転し、しかも前記ブ
レーキ装置の作動中前記振動動作装置が作動して、ブレーキ荷重受入れ装置の振
動動作を行うことにより、前記ブレーキ装置の作動に対するデータの獲得を可能
にするブレーキ試験機を提供することによって、上述の問題に対する解決策を与
える。
本発明を実施する一つの方法を実施例を示す図面を参照しながら、以下に詳細に
説明する。
図1は、本発明の摩擦特性試験機の大部分の図である。
図2は、図1の試験機の端面図である。
図3は、トルクアーマチャ端プレート及び横方向に延びた装置アームを示すため
に、左側が90°回転した、試験機の一部の拡大断面図である。
図3Aは、図3のピストン及びアジャスター機構の拡大断面図である。
図4は、一対の油圧シリンダーの1つの断面図である。
図4Aは、図4の線4A−4Aにおける断面図である。
図5は、1対のバネ機構の1つの断面図である。
図5Aは、図5の線5A−5Aにおける断面図である。
図6は、摩擦特性試験機の概略図である。
図7は、摩擦特性試験機の油圧パルス発生機の断面図である。
図1は、本発明の摩擦特性試験機の大部分の図である。試験機は、全体的に参照
番号lOで指示し、振動動作機構又は装置18に作動可能に連結されたブレーキ
機構又はブレーキ装置16と係合する単車輪或いは車輪要素14に取り付けられ
た動力計12を有する。シャフト動力計12は、慣性部分15と連結された駆動
モータ13を有する。慣性部分15は、代表的に動力計に使用される複数の大き
な、重いフライホイール又はディスク17からなる。振動動作又は摂動動作装置
18が、ブレーキ装置16は車輪要素14と係合することができるように矢印へ
の方向にベッド19上を横方向に摺動可能に設けられる。振動動作装置18は、
1対の油圧シリンダー22(図2参照)から反対側に配置された1対のバネ機構
20を有し、バネ機構20及びシリンダー22は、横方向に延びた装置アーム2
4で互いに連結されている。装置アーム24は、作動可能にブレーキ装置16と
連結されている。
図3を参照すれば、試験機IOの拡大部分断面図が示されている。ブレーキ装置
16が太軸動力計慣性フライホイール17を減速する単一のロータブレーキを有
する。明瞭性のために、図1のベントシュラウド11は、図3に示さない。フラ
イホイールの慣性及び速度は、種々のブレーキ適用速度及び航空機有効質量を模
擬するために可変である。動力計12に取り付けられた要素14は、ブレーキ装
置へ近づけるようにブレーキ装置16から分離して示し、ブレーキ装置16と連
結するときの作動位置を表すために点線で示す。車輪要素14は、カーボン−カ
ーボン複合ロータディスク25内のスロットに係合する駆動ラグ23(1つだけ
を示す)を備えた代表的な航空機半車輪を有する。ロータ25の各側には、ロー
タとステータからなる摩擦ペア25.27の非回転部分を共に形成するステータ
27がある。ステータは、カーボン−カーボン複合ステータ内のスロットに係合
するラグ31によってトルクチューブ29にキー止めされている。トルクチュー
ブ29は、複数のボルト33によってピストンハウジング40に連結されている
。ピストンハウジング40は、図3Aに拡大断面図で示す下部ピストン5oを備
えた、複数の代表的な航空機ブレーキピストン50を含む。各ピストン5oは、
先行技術で周知のような内部ボール−チューブアジャスター機構52を含むのが
よい。ピストンハウジング40はボルト55を介して捩じれ又はトルクロードセ
ル54に連結されている。捩じれロードセル54は、1対の横方向に延びたアー
ム24(図2参照)を有するトルクアーマチャ端プレー1−41と連結されてい
る。
ピストンハウジング40及びトルクロードセル54は、回転ベアリング95によ
って固定フレームワーク100に取り付けられる。ベアリング95はアーマチャ
端プレート41、トルクロードセル54、ピストンハウジング40、トルクチュ
ーブ29及びステータ27を固定フレームワーク100及びロータ25に対して
移動させる。ブレーキ装置16が試験機IOの作動中作動されているとき、ブレ
ーキ荷重は、トルクチューブ29、ピストンハウジング40、捩じれロードセル
54、トルクアーマチャ端プレート41及び横方向に延びたアーム24によって
受けられ、それらの全ては、ブレーキ装置16のブレーキ荷重受入れ機構部分を
有する。ブレーキ荷重受入れ機構又は装置は又、アーム24のトルクチューブ2
9へのより直接的なアタッチメントを有する。複数の連結管59を介してピスト
ン50に流体圧力を供給するマニホールド58と連通した油圧供給ホース57が
、ハウジング40と連結されている。各ピストン50は、受はプレー)61から
反対側に配置された圧力プレート60に係合する。プレート60.61は各々に
取り付けられたカーボン−カーボン複合摩擦材料62及びそれぞれのステータ2
7に係合する。絶縁チューブ70がボルト72によってトルクチューブ29に取
付けられ、又ボルト73によってピストンハウジング40と連結されている。半
径方向外方に延びる電気ケーブル79が取り付けられた複数の電気接続子78が
、絶縁チューブ70内に設置され、ヒータサポートシリンダ90のまわりに円周
方向に位置する。ヒータサポートシリンダ90は、ボルト92によってトルクチ
ューブ29の内部開口面37に取り付けられている。ヒータ要素83の別個の組
は、絶縁プレート70を越えて延び、カーボン−カーボン複合摩擦材料62のま
わりに延びる。摩擦ペアに対して現実的な作動温度を発生させるのに加えて、ヒ
ータ要素80.83は、通常の作動温度より高い温度を生じさせることができる
。
図4を参照すれば、油圧シリンダ22の1つの断面図が示されている。各油圧シ
リンダ22は、ピストンハウジング36内に位置する内部ピストン26と連結さ
れたピストンロッド23を有する。ピストンハウジング36は、流路39A及び
39Bを介して作動流体圧力を受け、或いは逃がす対向して配置された、一対の
圧力チャンバ35.37を有する。図4Aに示すように、シリンダ22は、振動
動作装置18の固定部分に回転可能に取り付けられた底部トラニオン29を有す
る。各ピストンロッド23の頂部は、ピストンロッドをそれぞれの横方向に延び
たアーム24(図2参照)に連結する、図示しないピン24A(図3参照)を受
け入れるためのクラスプ43を有する。油圧シリンダ22は、油圧作動的に交差
して連結され、正弦波発生機、サーボ弁及び図6に示すような油圧動力源によっ
て駆動される。
図5は、中央ディスク75を介して1対の内に閉じ込められたバネ76.77に
係合するバネ機構ロッド73を有するバネ機構20の1つを断面図で示す。ロッ
ド73の下部は、図示しないビン24Aによってクラスプ43及びそれぞれの横
方向に延びたアーム24と取り付けるための環状間ロア8を有する。図5Aは、
バネ機構20を回転可能に振動動作装置18の固定部分に取り付ける1対のトラ
ニオン79を示す。バネ機構20は、ブレーキ装置16によって行われる全ブレ
ーキトルクに反応し、又小量のトルクロードセル或いは油圧シリンダ22によっ
て発生する、ブレーキ荷重受は入れ機構運動に反応するように設計される。バネ
機構20によって、アーム24、トルクアーマチャ端プレート411 トルクロ
ードセル54、ピストンハウジング40、トルクチューブ29及びステータ27
はブレーキ及び油圧シリンダ20の作動中一定の動作を受ける。
作動の際、ブレーキ機構の「固定」部品(ステータ27、圧力プレート60及び
受けプレー1−61、トルクチューブ29、絶縁チューブ70、ヒータサポート
シリンダ90、ピストンハウジング40、ロードセル54、横方向アーム24に
連結されたトルクアーマチャ端プレート41、油圧シリンダ22及びバネ機構2
0)の正弦動作は、摩擦ペアのインターフェイスに平均スリップ速度の振動を引
き起こす。摩擦ペア(ロータ25及びステータ27)の出力トルクが瞬間スリッ
プ速度に感応するなら、これによって又、以下で与えられる出力トルク増分を生
じる。
δT:TA 5in(t+φ)(1)
入力スリップ速度増分(角速度単位)は、δθ=V、 sin ωt (2)
式(1)は、以下のように書き換えられる。
δT=(TA cos φ)sinωt+(TA sin φ)cosωt (
3)摩擦ペアの負の減衰は、以下のように与えられる。
CN =−TA cosφ/ Ve (4)これらの動作の全ては、専用ディジ
タルコンピュータにデータを供給する高速データ獲得システムを利用することに
よって実行される。図6を参照すれば、試験機10のシステム概略は、機構lO
の種々の要素の制御を可能にし、制御コンソールで表示される時間に対するブレ
ーキトルク、ブレーキ圧力、ブレーキ効率、ブレーキ速度のようなカレントステ
ータス表示及び情報を与える制御及びディスプレイコンソール121を有する。
この情報及び追加の情報は、コンピュータプリンタ及びプロッタ122からのデ
ータサマリで与えられる。制御及びディスプレイコンソール121は、シャフト
動力計12と連結され、シャフト動力計12はブレーキ摩擦ペア25.27と連
結される。ステータ27は、トルクロードセル54に対してトルク反動を行うブ
レーキピストンハウジング40と作動可能に連結される。油圧シリンダ22は、
(アーム24を介して)トルクアーマチャ端プレート41と連結され、プレート
41は、トルクロードセル54と連結される。
油圧ポンプ及びアキュムレータ機構124は、ライン127を介して制御される
油圧弁125にライン126を介して流体圧力を与える。弁125は、ブレーキ
圧力ライン129を介してハウジング40内のブレーキピストン50に供給され
た油圧を制御する。戻り圧力は、ライン131を介して油圧ポンプ及びアキュム
レータ124に伝達される。以下に詳細に説明する油圧パルス発生器+30が、
ブレーキ圧力ライン129と連結されている。ブレーキピストンハウジング40
は、高速データ獲得システム190にブレーキ圧力の読出しを与える1つ或いは
それ以上の圧力変換器141を有する。高速データ獲得システム190は、高速
AD変換器を有する。システム190は、ライン155を介してトルクインプッ
ト、ライン156及び加速度変換器149を介して加速度インプット、ライン1
61を介して油圧シリンダ圧力インプット及びライン162を介して正弦速度イ
ンプットを受入れ、最後の2つのインプットは、それぞれの変換器163及び1
64を介して行われる。ライン162を介する正弦速度インプットは、油圧シリ
ンダ22の正弦速度である。シャフト動力計12の速度は、ライン171を介し
て入力され、温度変換器173によって決定されるような摩擦ペア25.27の
温度は、ライン172を介して入力される。獲得システム190によって獲得さ
れ変換されたデータは、固定記憶貯蔵装置123と、データサマリ、グラフ及び
データテーブルを作るコンピュータプリンタ及びプロッタ122とを有するデジ
タルコンピュータ120に転送される。
正弦波発生器116は、総和器119を介して電気油圧式サーボ弁+15に連結
されている。油圧ポンプ及びアキュムレータ117は、弁128を介して電気油
圧式サーボ弁115に油圧を与える。戻り圧力がライン133を介して油圧ポン
プ及びアキュムレータ117に与えられる。正弦波発生器は、総和器119を通
って電気油圧式サーボ弁115へ進む、ライン137を介する移動に対する要求
信号を行う。電気油圧式サーボ弁は、連結ライン139を介して油圧シリンダ2
2に正弦圧力変化の形態で圧力を与える。加速度変換器149は、トルクロード
セル54及びトルクアーマチャ端プレート41とに連結され、ライン156を介
してデータ獲得システム190にインプットを与え、又ライン151を介して総
和器119と連結されたダブルインテグレータ161に加速度データをフィード
バックする。これは正弦波発生器116によって発生される移動信号との比較の
ために総和器119への移動フィードバックを与える。制御及び表示コンソール
121は、正弦波発生器116用の制御コネクション116A、弁125用のコ
ネクション125A、パルス発生器130用のコネクション130A、弁128
用のコネクション128A及びヒータ80及び83用のコネクション80Aを含
む。制御及び表示コンソール121は、ライン128B及びライン127を介し
て弁128及び125用の速度及び圧力フィードバック情報を受ける。モータ連
結コネクション129は、シャフト動力計112を制御し、制御及び表示コンソ
ール121へフィードバックを与える。
負の減衰に関するデータは又、ブレーキスリップ速度、ブレーキ温度、ブレーキ
圧力、ブレーキ磨耗寿命段階及び他の変数の関数として組織化することができる
。負の減衰に加えて、磨耗速度、静的トルク、ピークトルク、トルクモデル、ブ
レーキ効率(平均)、ピークブレーキ効率、トルクインデックス及びグラッピネ
ス性(grabbiness)のようなトルク/圧力応答及びトルク/温度応答
データ、摩擦ペアの他の基本的な性能データを評価することができる。試験機l
Oは1つのロータと2つのステータを必要とするに過ぎないので、6つのロータ
、5つのステータ、圧力プレート及び受けプレートを有するであろう原寸ブレー
キより摩擦ペア特性を作動させ、確立するのがずっと経済的である。本発明の別
の重要な利点は、原寸のブレーキであることである。原寸より小さいサンプルに
関する、同種データを得ても、スケール効果のために満足できるものではなかっ
た。
図1.3及び6を参照すれば、試験機の作動は以下のようである。制御及び表示
コンソール121によって動力計12を作動し、制御する。動力計12の慣性部
分15は、所望の角速度で車輪要素14を回転させる。ブレーキをかけるとき、
弁125を作動して、ライン129を介してラインコネクション57、マニホー
ルド58、コネクション59及びブレーキピストン50にブレーキ圧力を供給す
る。ブレーキピストン50は延びて、回転ロータ25をステータ27とプレート
60.61との間に圧縮する。正弦波発生器116が作動して、振動移動に対す
る要求信号をライン137を介して電気油圧式サーボ弁115に送る。弁115
は、コネクション139を介して正弦圧力変化を油圧シリンダ22に放出し、油
圧シリンダ22の交差状の連結のために、油圧シリンダはアーム24及びトルク
アーマチャ端プレート4■を介して、トルクロードセル54とピストンハウジン
グ40の2°の増減の振動動作を行う。振動動作の範囲は、制御及び表示コンソ
ール+21を介して望むように変えることができる。この正弦振動はこれらの「
固定部品」又はブレーキ装fl16のブレーキロード受入れ装置に伝達され、プ
レート41、トルクロードセル54、ピストンハウジング40、トルクチューブ
29、絶縁チューブ70、ピストン50、圧力プレート60、受はプレート61
及びステータ27は望むように振動する。ブレーキロード受入れ装置の僅かな振
動動作は、ブレーキトルクに摂動を引き起こす。振動動作信号及びトルク摂動か
ら既に説明したように負の減衰が決定される。摩擦特性の完全な理解を与えるた
めに、温度変化と圧力変化との間の関係を理解するのが又重要である。かくして
、異なる油圧及び温度で、試験機10を運転して、負の減衰に対するこのような
効果を決定することができる。摩擦ペア内に実際の航空機ブレーキの現実の温度
に近い温度を与え、維持するために、ヒータ要素80.83をコネクション80
Aを介して付勢するのがよい。示したように、ブレーキ機構16の内円周と、圧
力プレート60及び受けプレート61のまわりの両方にヒータ要素を配置するの
がよい。さらに、所望なら、ヒータ要素をステータ27のまわり或いはステータ
27内に円周方向に配置してもよい。
図7を参照すれば、試験機10の追加の特徴が示されている。圧力周波数に対す
るトルクの応答関数を決定するために、機構lOによって行われるブレーキ停止
中鋭いパルスを安定状態油圧に加えることが必要である。鋭いパルス及び圧力は
、安定状懸ブレーキトルクにパルスを引き起こす。圧力内及びトルク内のパルス
からの信号は、同時に二重チャンネル高速フーリエ変換(FET)に供給される
のがよい。FET分析器は、圧力と生じたトルクパルスとの間の周波数応答関数
を決定する。この周波数応答関数は、周波数に対する圧力に対するトルクのゲイ
ン及び周波数に対する圧力に対するトルクの位相遅れとしてグラフィックに表す
ことができる周波数の複素関数である。この周波数応答関数は又、以下のように
2つの複素変換関数の比として表すことができる。
T/P= f +(S)/ f t(S)= (ao+a+s+ats!+ 、
、、)/(bo+b+s+bts’+ 、、、)ここに、Sはラプラス変換複素
変数(S=R+i[)鋭い油圧パルスの上記の発生を達成するために、パルス発
生器130が図6と図7に示される。パルス発生器130は種々の異なる機構の
いずれかからなり、そのうちの一つをここに示す。パルス発生器130は、制御
及び表示コンソール+21によって作動されるトリガー機構134を有し、マス
138のピストン130B上への落下を行う。ピストン130Bは、ストップ1
31Bに対して位置決めされる。発生器130はライン130cを介して油圧圧
力供給ライン157へ連結される。圧力供給ライン!57は、ピストン50との
等しい長さのラインコネクションを含むトルクアーマチャ端プレート41の受け
面及びピストレハウジング40に連結され、同じ圧力パルスが各ピストン50に
よって受けられる。
これによって、本質的に角度動作なくブレーキピストンタ・ツクの変形圧縮を確
実にする。圧力変換器178(図7)は、出力信号を制御及び表示コンソール1
21に与える。マス138がピストン130B上に落下するとき、鋭い圧力ッく
ルスが行われ、比較的広い周波数範囲に対して周波数応答関数を生じさせること
ができる。圧力パルス輻及び大きさは、ピストン130B、マス138の落下高
さ及びマス+38の質量の調整によって制御することができる。発生器130は
又、トルクから圧力の周波数応答関数を決定するために、標準的な動力計ブレー
キ試験装置に利用することができる。標準的な動力計ブレーキ試験装置は、振動
的な又は摂動的な動作装置118及び振動動作装置に関連した制御要素を含まな
い。
FIG、2
Cつ
、 、 = PCT/US 92105086
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)慣性回転動作を与えるための装置(12)と、前記慣性回転動作装置(1 2)に取り付けられた車輪要素(14)と、ブレーキ荷重受入れ装置(29、4 0、54、41、24)を有する、前記車輪要素(14)のブレーキを行うため の装置と、前記ブレーキ荷重受入れ装置(29、40、54、41、24)の振 動動作を生じさせるための装置(18、20、22)とを有するブレーキ試験機 (10)であって、さらに前記試験機構を制御し、且つデータを獲得するための 装置(121、190)とを有し、前記慣性回転動作装置(12)によって前記 車輪要素(14)が回転し、しかも前記ブレーキ装置(16)の作動中前記振動 動作装置(18、20、22)が作動して、前記ブレーキ荷重受入れ装置(29 、40、54、41、24)の振動動作を行うことによって、前記ブレーキ装置 (16)の作動に関するデータの獲得を可能にすることを特徴とするブレーキ試 験機。 (2)前記ブレーキ装置(16)は、少なくとも1つのロータ(25)と2つの ステータ(27)とを備えたディスクブレーキ(16)からなることを特徴とす る請求項1に記載の試験機。 (3)前記ブレーキ荷重受入れ装置(29、40、54、41、24)は、ピス トンハウジング(40)と、前記振動動作装置(18、20、22)と連結され たトルクロードセル(54)とを有することを特徴とする請求項1に記載の試験 機。 (4)前記ブレーキ装置(16)は、加熱を行うための装置(78、79、80 )を有することを特徴とする請求項1に記載の試験機。 (5)前記振動動作装置(18、20、22)は、前記ブレーキ荷重受入れ機構 (29、4054、41、24)と連結された1対の油圧シリンダー(22)と 、一対のバネ機構(20)とを有することを特徴とする請求項1に記載の試験機 。 (6)前記振動動作装置(18、20、22)は、電気油圧式サーボ弁(115 )と連結された正弦波発生機(116)を有し、前記電気油圧式サーボ弁(11 5)は前記油圧シリンダ(22)と連結されることを特徴とする請求項5に記載 の試験機。 (7)前記正弦波発生機(116)は、前記ブレーキ荷重受入れ機構(29、4 0、54、41、24)と連結された変換器(149)からの移動情報を受け入 れる総和機構(119)によって、前記電気油圧式サーボ弁(115)と連結さ れることを特徴とする請求項6に記載の試験機。 (8)ブレーキトルクにパルスを生じるために、前記ブレーキ装置(16)に伝 達された圧力パルス(130)を発生させるための装置をさらに有することを特 徴とする請求項1に記載の試験機。 (9)前記ブレーキ荷重受入れ装置(29、40、54、42、24)が前記振 動動作装置(18、20、22)によって回転可能に移動することができるよう に、前記ブレーキ荷重受入れ装置(29、40、54、42、24)と前記試験 機(10)の固定部分(100)との間に配置されたベアリング装置(95)を さらに有することを特徴とする請求項1に記載の試験機。 (10)前記振動動作装置(18、20、22)は、電気油圧式サーボ弁(11 5)と連結された正弦波発生機(116)を有し、前記正弦波発生器(116) は、前記ブレーキ荷重受入れ装置(29、40、54、41、42)に取り付け られた油圧シリンダ(22)と連結され、さらに油圧を前記サーボ弁(115) に伝達する油圧弁(128)と連結された圧力発生装置(117)を有し、前記 油圧弁(128)は、前記制御及びデータ獲得装置(121、190)によって 制御されることを特徴とする請求項1に記載の試験機。
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