TWI447373B - 振動試驗設備 - Google Patents

Description

振動試驗設備

本發明係關於一種振動試驗設備。

一般，機械製品或機械零件會在輸送時或使用時反覆承受到荷重。反覆承受到荷重之物體會有因金屬疲勞而損壞、或者形狀或特性改變的情形。因而，最好是在開發機械製品或機械零件時，反覆對樣品(試驗片)施加荷重來觀測舉動。

為了要達到這個目的，使用振動試驗設備。如同例如日本特開2000-338010號專利公報中所述之設備，該設備係在工作台上面固定工件(試驗片)，藉由外部的致動器使該工作台在1軸、3軸或6軸方向上振動。

上述公報中揭示：將工作台重疊成三段，在上段的工作台上固定工件之構成(第一構成)。第一構成中，下段的工作台為在上下方向上振動，中段的工作台為相對於下段的工作台在左右方向上振動，上段的工作台為相對於中段的工作台在前後方向上振動。本構成則是當使下段的工作台振動時，用來使中段及上段的工作台振動之致動器可移位，當使中段的工作台振動時，用來使上段的工作台振動之致動器也可移位。因而，致動器彼此間不會相互干涉，可以使上段的工作台及被固定在該工作台上面的試驗片在3個軸方向上振動。

另外，上述公報中揭示：在1個工作台上安裝複數個致動器而可在6個軸方向上振動之振動試驗設備，作為振動試驗設備的另外一種構成(第二構成)。第二構成中，藉由將致動器各個成為可一定程度的自由進行移位(致動器可繞著其中一個軸轉動)，使致動器一定程度追隨工作台的移位。藉由此方式，致動器彼此間不會互相干涉，可以使工作台和被安裝在該工作台上面的試驗片在6個軸方向上振動。

上述的第一構成中，用來使下段的工作台振動之致動器，必須要有可以使3個工作台及其他2個致動器振動的動力，故會導致振動設備變大型的問題。另外，用來使上段和中段的工作台振動之致動器係以分別固定在中段和下段的工作台而與工作台一起振動的方式構成。因而，導致致動器本身相對於工作台的不平衡荷重，會有因該不平衡荷重所造成的誤差成分含在施加給工件的振動中的可能性。

另外，第二構成中，各致動器的擺動角度範圍大到超過相當程度，會導致致動器彼此間相互干涉。因而，為了要增大工作台振動的振幅，必須充分增大致動器之驅動軸的長度，會有設備變大型的問題。另外，為了要轉動致動器本身，將使用很大重量的伺服馬達之滾珠螺桿機構當作致動器來使用並不容易，可使用的致動器事實上受限在油壓致動器和壓電致動器。再者，驅動其中一個致動器來使工作台移位，其他致動器之驅動軸的方向則會改變(即是座標系統發生變化)。因此，為了要獲得所期望的振動狀態，必須衡量座標系統來施加給各致動器的參數予以運算。因而，如同第二構成的振動設備中，使用用來高速運算施加給各致動器的參數之處理器等，導致設備的控制系統變複雜。

本發明係為了要解決上述的問題而提案。即是本發明的目的是提供設備不會大型化或複雜化，可以使工作台有很大振幅的振動之振動設備。

依照本發明的實施例所提供的振動試驗設備具有：可使工作台在分別相互成垂直的第一和第二方向上振動之第一和第二致動器、及可使工作台相對於第一致動器在第二方向上滑動之第一連結手段、及可使工作台相對於第二致動器在第一方向上滑動之第二連結手段。

如此，本發明的實施例之振動試驗設備中，各致動器可相對於工作台在與該致動器的振動方向成垂直之方向上滑動。因而，即使用其中一個致動器來使工作台振動，工作台仍會相對於其他的致動器滑動，所以不會有其他的致動器移位的事態，也不會有其他致動器的振動方向移位的事態。因此，本發明中，各致動器若有可以使工作台或工件振動的動力即可。另外，依據本發明，不轉動致動器仍可使工作台振動，故即使致動器的驅動軸很短，仍可以使工作台有很大衝程的振動。加上，其中一個致動器不會影響到其他致動器的舉動，故致動器的控制系統不會複雜化，可依照所期望的振幅、頻率使工作台振動。因此，依據本發明，設備不會大型化/複雜化，可使工作台有很大振幅的振動。

另外，形成為還具有可使工作台在與第一和第二方向的雙方成垂直的第三方向上振動之第三致動器、及可使工作台相對於第三致動器在第一和第二方向上滑動地予以相連結之第三連結手段，第一和第二連結手段分別可使前述工作台相對於第一和第二致動器在第三方向上滑動地予以相連結之構成，藉由此構成來實現可在三個軸方向上振動之振動試驗設備。

以下，參考圖式來說明本發明的實施例。第一圖為本發明的實施例的振動試驗設備之上視圖。本實施例的振動試驗設備1係形成為將振動試驗的對象之工件固定在工作台100的上面，用第一、第二、第三致動器200、300、400，使工作台100和該工作台上面的工件在垂直交叉3個軸方向上振動。此外，以下的說明中，將第一致動器200使工作台100振動的方向(第一圖中的上下方向)定義為X軸方向，將第二致動器300使工作台100振動的方向(第一圖中的左右方向)定義為Y軸方向，將第三致動器400使工作台振動的方向，即是鉛直方向(第一圖中與紙面成垂直的方向)定義為Z軸方向。

第六圖為本發明的實施例之振動試驗設備的控制系統之方塊圖。第一、第二、第三致動器200、300、400分別設有振動感測器220、320、420。控制手段10根據這些振動感測器的輸出來回授控制第一、第二、第三致動器200、300、400(具體上是伺服馬達212、312、412)，以這方式就可以依照所期望的振幅和頻率(這些參數通常是以時間的函數作為設定)，使工作台100和安裝在該工作台上面的工件振動。

第一、第二、第三致動器200、300、400分別成為在基座板202、302、402上安裝有馬達或動力傳導構件等之構成。該基座板202、302、402則是藉由螺栓(未顯示於圖)來固定在設備基座2上。

另外，設備基座2上，在接近基座板202、302、402的複數個位置配置有調節器A。調節器A具有用螺栓AB來固定在設備基座2之內螺紋部A1、及被鎖入到內螺紋部A1之外螺紋部A2。外螺紋部A2為在圓筒面形成有螺紋牙形頂部之圓柱狀的構件，藉由外螺紋部A2卡合到內螺紋部A1所形成之螺紋孔並轉動，即可使外螺紋部A2相對於對應的基座板進行前進後退。外螺紋部A2的一端(對應於基座板為近處位置之側)，形成為大致球面狀，藉由該突出部與對應之基座板的側面相抵接，可以進行基座板的位置微調整。另外，在外螺紋部A2的另一端(對應於基座板為遠處之側)，形成有圖未顯示之六角板手用的六角孔。另外，一旦基座板202、302、402固定之後，以外螺紋部A2不會因振動試驗從基座板傳導到調整器A之振動而產生鬆脫的情形下，將螺帽A3安裝在外螺紋部A2。螺帽A3以該一端面抵接到內螺紋部A1的方式安裝，由此狀態來鎖入螺帽A3後裝入內螺紋部A1，讓軸力對外螺紋部A2及內螺紋部A1產生作用，利用該軸力在外螺紋部A2及內螺紋部A1的螺紋牙形頂部所產生的摩擦力，使內螺紋部A1不會從外螺紋部A2鬆脫。

其次，針對第一致動器200的構成進行說明。第二圖為從Y軸方向(從第一圖的右側朝向左側)觀看本發明的實施例的第一致動器200之側視圖。該側視圖則為了要呈現內部構造而除去其中一部分構造。另外，第三圖顯示第一致動器200之上視圖，其係除去一部分之內部構造。此外，以下的說明中，將沿著從第一致動器200朝向工作台100之X軸的方向定義為「X軸正的方向」，將沿著從工作台100朝向第一致動器之X軸的方向定義為「X軸負的方向」。

如第二圖所示，相互焊接在一起的複數個橫樑222a、及由頂部板222b所組成之框體222，藉由焊接來固定在基座板202的上面。另外，用來使工作台100(第一圖)振動之驅動機構210或將用來使驅動機構210的振動運動傳導到工作台的連結機構230予以支撐所應用之支撐機構240的底板242，經由未顯示於圖之螺栓來固定在框體222的頂部板222b上面。

驅動機構210具有伺服馬達212、聯結器260、軸承部216、滾珠螺桿218以及滾珠螺帽219。聯結器260是用來將伺服馬達212的驅動軸212a與滾珠螺桿218予以相連結。另外，軸承部216係藉由相對於支撐機構240的底板242成垂直且經由焊接所固定之軸承支撐板244來予以支撐，並可旋轉地支撐滾珠螺桿218。滾珠螺帽219係以不會繞著該軸移動的方式，藉由軸承支撐板244來支撐，並與滾珠螺桿218卡合。因而，驅動伺服馬達212，滾珠螺桿旋轉，滾珠螺帽219則會在該軸方向上(即是X軸方向)進行前進後退。該滾珠螺帽219的運動，經由連結機構230，傳導到工作台100，以此方式，工作台100則會在X軸方向上予以驅動。接著，以依照很短的週期來切換伺服馬達212的旋轉方向的方式控制伺服馬達212，以此方式就可以依照所期望的振幅和周期使工作台100在X軸方向上振動。

馬達支撐板246與底板242垂直地焊接在支撐機構240之底板242的上面。伺服馬達212以驅動軸212a與馬達支撐板246成垂直的方式單邊支撐在馬達支撐板246的一面(X軸負方向側的面)。在馬達支撐板246設有開口部246a，伺服馬達212的驅動軸212a則是貫穿該開口部246a，在馬達支撐板246的另一面側與滾珠螺桿218相連結。

此外，由於伺服馬達212單邊支撐在馬達支撐板246，故會在馬達支撐板246，尤其在與底板242的焊接部，加諸很大的彎曲應力。為了要緩和該彎曲應力，在底板242與馬達支撐板246之間，設置肋條248。

軸承部216具有經正面組合所組合之一對角接觸球軸承216a、216b(216a為位於X軸負方向側的軸承，216b為位於X軸正方向側的軸承)。角接觸球軸承216a、216b收納在軸承支撐板244的中空部中。在角接觸球軸承216b的一面(X軸正方向側的面)設有軸承押壓板216c，用螺栓216d來將該軸承押壓板216c固定在軸承支撐板244，以此方式，在X軸負的方向上裝入角接觸球軸承216b。另外，滾珠螺桿218中，對於軸承部216在X軸負的方向側所相鄰之圓筒面形成有螺紋部218a。形成為在該螺紋部218安裝內周形成有內螺紋之軸環(collar)217。藉由軸環217相對於滾珠螺桿218轉動而在X軸正的方向上移動，在X軸正的方向上裝入角接觸球軸承216a。如此，因形成為在相互接近的方向上裝入角接觸球軸承216a和216b，所以兩者相互密接，使適切的預負載施加給軸承216a、216b。

其次，針對連結部230的構成進行說明。連結部230具有：螺帽導引232、一對Y軸軌道234、一對Z軸軌道235、中間載置台231、一對X軸軌道237、一對X軸滑塊233、以及滑塊安裝構件238。

螺帽導引232係固定在滾珠螺帽219。另外，一對Y軸軌道234均為在Y軸方向上延伸之軌道，在上下方向上並排固定在螺帽導引232之X軸正的方向側之端部。另外，一對Z軸軌道235均為在Z軸方向上延伸之軌道，在Y軸方向上並排固定在工作台100之X軸負的方向側之端部。中間載置台231係由與該Y軸的軌道234分別卡合且設置在X軸負方向之Y軸滑塊231a，及與該Z軸的軌道235分別卡合且設置在X軸正方向之Z軸滑塊231b所構成，其係可相對於Y軸軌道234和Z軸軌道235的雙向滑動所構成。

亦即，中間載置台231可相對於工作台100在Z軸方向上滑動，且可相對於螺帽導引232在Y軸方向上滑動。因此，形成為螺帽導引232可相對於工作台100在Y軸方向和Z軸方向上滑動。因而，即使其他的致動器300及/或400來使工作台100在Y軸方向及/或Z軸方向上振動，螺帽導引232仍不會因而移位。即是因工作台100之Y軸方向及/或Z軸方向的移位而造成的彎曲應力，不會加諸到滾珠螺桿218或軸承216、聯結器260等。

一對X軸軌道237均為在X軸方向上延伸之軌道，在Y軸方向上並排固定在支撐機構240的底板242上面。X軸滑塊233係與該X軸軌道237分別卡合，可沿著X軸軌道237滑動。滑塊安裝構件238是一種以朝向Y軸方向兩側擴張的方式固定在螺帽導引232的底面之構件，X軸滑塊233則是固定在滑塊安裝構件238的底部。如此，螺帽導引232經由滑塊安裝構件238和X軸滑塊233導引到X軸軌道237，以此方式，成為只可在X軸方向上移動。

如此，由於螺帽導引232的移動方向只限制在X軸方向，故驅動伺服馬達212來使滾珠螺桿218轉動，螺帽導引232和與該螺帽導引232卡合的工作台100則會在X軸方向上進行前進後退。

於滑塊安裝構件238之Y軸方向側其中一方的側面(第二圖中為靠自己這一方側，第三圖中為右側)238a配置有位置檢測手段250。位置檢測手段250具有在X軸方向上隔著一定間隔並排之3個接近感測器251、被設置在滑塊安裝構件238的側面238a之檢測用板252、以及支撐接近感測器251之感測器支撐板253。接近感測器251是一種可將在各個接近感測器之前是否有任何物體接近(例如，1mm以內)檢測出來之元件。由於滑塊安裝構件238的側面238a與接近感測器251充分隔開，故接近感測器251可以檢測是否在各個接近感測器251之前有檢測用板252。振動試驗設備1的控制手段10可以依據例如接近感測器251的檢測結果來回授控制伺服馬達212(第六圖)。

另外，在支撐機構240的底板242上面，設有以從X軸方向兩側夾著X軸滑塊233的方式配置之規制塊體236。該規制塊體236是用來限制螺帽導引232的移動範圍。即是驅動伺服馬達212來使螺帽導引232朝向X軸正的方向持續移動，最終被配置在X軸正的方向側之規制塊體236與滑塊安裝構件238則會相接觸，以上螺帽導引232則不能再在X軸正方向上進行更多的移動。使螺帽導引232朝向X軸負的方向持續移動也是同樣，被配置在X軸負的方向側之規制塊體236與滑塊安裝構件238相接觸，以上螺帽導引232則不能再在X軸負方向上進行更多的移動。

以上說明過之第一致動器200及第二致動器300，除了設置的方向(X軸與Y軸對換)這點不同之外，構造完全相同。因此，有關第二致動器300的詳細說明省略。

其次，針對本發明的實施例的第三致動器400之構成進行說明。第四圖為從X軸方向(從第一圖的下方朝向上方)觀看工作台100和第三致動器400之側視圖。該側視圖也是為了要呈現內部構造而除去一部分。另外，第五圖為從Y軸方向(從第一圖的左側朝向右側)觀看本發明的實施例的工作台100和第三致動器400之側視圖。第五圖也是為了要呈現內部構造而除去一部分。此外，以下的說明中，將沿著從第二致動器300朝向工作台100之Y軸的方向定義為Y軸正的方向，將沿著從工作台100朝向第二致動器300之Y軸的方向定義為Y軸負的方向。

如第四圖和第五圖所示，在基座板402上設有：在鉛直方向上延伸之複數個橫樑422a、及由以從上面來覆蓋該複數個橫樑422a的方式配置之頂部板422b所組成之框體422。各橫樑422a係下端分別焊接在基座板402的上面，上端焊接在頂部板422b的下面。另外，支撐機構440的軸承支撐板442，藉由未顯示於圖之螺栓，固定在框體422的頂部板422b上。該軸承支撐板442是一種支撐用來使工作台100(第一圖)在上下方向上振動之驅動機構410、或用來使藉由驅動機構410的振動運動傳導到工作台之連結機構430所應用之構件。

驅動機構410具有伺服馬達412、聯結器460、軸承部416、滾珠螺桿418、以及滾珠螺帽419。聯結器460是用來將伺服馬達412的驅動軸412a與滾珠螺桿418予以相連結。另外，軸承部416係固定在前述的軸承支撐板442，形成為可旋轉地支撐滾珠螺桿418。滾珠螺帽419係以不會繞著該軸移動的方式，藉由軸承支撐板442來支撐，並與滾珠螺桿418卡合。因而，驅動伺服馬達412，滾珠螺桿旋轉，滾珠螺帽419則會在該軸方向上(即是Z軸方向)進行前進後退。該滾珠螺帽419的運動經由連結機構430傳到工作台100，以此方式，則會在Z軸方向上驅動工作台100。然後，以依照很短的週期來切換伺服馬達412的旋轉方向的方式控制伺服馬達412，以此方式就可以依照所期望的振幅和周期使工作台100在Z軸方向(上下方向)上振動。

從支撐機構440之軸承支撐板442的下面，經由2片連結板443固定在水平方向(XY平面)上擴張之馬達支撐板446。馬達支撐板446的下面垂吊並固定著伺服馬達412。在馬達支撐板446設有開口部446a，伺服馬達412的驅動軸412a則是貫穿該開口部446a，在馬達支撐板446的上面側與滾珠螺桿418相連結。

此外，本實施例中，伺服馬達412之軸方向(上下方向、Z軸方向)的尺寸大於框體422的高度，故伺服馬達412的大部分被配置在比基座板402還要更低的位置。因而，在設備基座2設置用來收納伺服馬達412之空洞部2a。另外，在基座板402設有用來穿過伺服馬達412之開口部402a。

軸承部416係以貫穿軸承支撐板442的方式設置。此外，軸承部416的構造因與第一致動器200的軸承部216(第二圖、第三圖)同樣，其詳細說明則省略。

其次，針對連結部430的構成進行說明。連結部430具有：可動框體432、一對X軸軌道434、一對Y軸軌道435、複數個中間載置台431、二對Z軸軌道437及二對Z軸滑塊433。

可動框體432具有：被固定在滾珠螺帽419之框部432a、及被固定在框部432a的上端之頂部板432b、及以從頂部板432b的X軸方向兩緣向下方延伸的方式固定之側壁432c。一對Y軸軌道435均為在Y軸方向上延伸之軌道，在X軸方向上並排固定在可動框體432的頂部板432b上面。另外，一對X軸軌道434均為在X軸方向上延伸之軌道，並在Y軸方向上並排固定工作台100的下面。中間載置台431係由與該X軸軌道434卡合且設置在上部之X軸滑塊431a，及與Y軸軌道435分別卡合且設置在下部之塊體之Y軸滑塊431b所構成，其係可相對於X軸軌道434和Y軸軌道435的雙向滑動所構成。此外，中間載置台431係於每一個X軸軌道434與Y軸軌道435相交叉的位置各設置1個。因X軸軌道434及Y軸軌道435分別各設置2個，所以X軸軌道434與Y軸軌道435有4個處所相交叉。因此，本實施例中，使用4個中間載置台431。

如此，中間載置台431則分別可相對於工作台100在X軸方向上滑動，且可相對於可動框體432在Y軸方向上滑動。即是可動框體432可相對於工作台100在X軸方向和Y軸方向上滑動。因而，即使藉由其他的致動器200及/或300可使工作台100在X軸方向及/或Y軸方向上振動，可動框體432仍不會因而移位。即是因工作台100之X軸方向及/或Y軸方向的移位而造成的彎曲應力不會加諸到滾珠螺桿418或軸承416、聯結器460。

另外，本實施例中，由於可動框體432用來支撐較大重量的工作台100和工件，因而將X軸軌道434和Y軸軌道435的間隔設定為比第一致動器200的Y軸軌道234和Z軸軌道235還要更寬。然而，若使其形成為與第一致動器200同樣只藉由1個中間載置台來使工作台100與可動框體432相連結之構成，則會導致中間載置台變大型，且加諸在可動框體432的荷重增大。因而，本實施例則是在每個X軸軌道434與Y軸軌道435相交叉的部分配置小型的中間載置台431之構成，將加諸在可動框體432之荷重的大小壓抑到最低限度。

二對Z軸軌道437為在Z軸方向上延伸之軌道，在Y軸方向並排各一對固定在各個可動框體432的側壁432c。Z軸滑塊433與該各個Z軸軌道437卡合，形成為可沿著Z軸軌道437滑動。Z軸滑塊433係經由滑塊安裝構件438，固定在框體422之頂部板422b的上面。滑塊安裝構件438具有與可動框體432的側壁432c大致成平行配置之側板438a、及被固定在該側板438a的下端之底板438b，全體則形成為L形剖面形狀。另外，本實施例，尤其是將重心很高且重量大的工件固定在工作台100上面，會導致繞X軸及/或繞Y軸之很大的力矩容易加諸到可動框體432。因而，滑塊安裝構件438藉由肋條來補強，以抵抗該旋轉力矩。具體上是在滑塊安裝構件438的Y軸方向兩端之側板438a及底板438b所形成之角落，設置一對第一肋條438c，還設置橫跨該一對第一肋條438c之間之第二肋條438d。

如此，Z軸滑塊433固定在框體422，且形成為可相對於Z軸軌道437滑動。因此，可動框體432可在上下方向滑動，並且可動框體432之上下方向以外的移動受到規制。如此，可動框體432的移動方向只受限在上下方向，故驅動伺服馬達412來使滾珠螺桿418轉動，可動框體432及與該可動框體432卡合的工作台100則會在上下方向上進行前進後退。

另外，與第一致動器200的位置檢測手段250(第二圖、第三圖)同樣的位置檢測手段(未顯示於圖)也設置在第三致動器400。振動試驗設備1的控制手段10，根據該位置檢測手段的檢測結果，可以使可動框體432的高度控制在特定的範圍內(第六圖)。

如同以上所說明過，本實施例中，在驅動軸相互垂直交叉之各致動器與工作台100之間，設有二對軌道及可相對於該軌道滑動所構成之中間載置台。藉由此方式，工作台100可相對於各致動器在與該致動器的驅動方向成垂直的面上之任意方向上滑動。因而，即使工作台100藉由其中一個致動器來移位，因該移位而造成的荷重或力矩仍不會加諸到其他的致動器，且維持其他致動器及工作台100經由中間載置台予以卡合的狀態。即是工作台移位到任意的位置，仍會維持各致動器可使工作台移位的狀態。因而，本實施例中，令3個致動器200、300、400同時驅動，可使工作台100及被固定在該工作台上的工件在3個軸方向上振動。

其次，針對聯結器260、360、460的構造進行說明。聯結器260、360與聯結器460相同的構造，故以下的說明中，只針對聯結器460進行說明，有關聯結器260、360的說明則省略。第七圖為表示聯結器460、和經由該聯結器460相互連結之AC伺服馬達412的驅動軸412a及滾珠螺桿418的軸部之擴大剖面圖。

如第七圖所示，聯結器460為由尼龍製的內環461、及一對杜拉鋁(Duralumin)製的外環462和463、以及將這些結合在一起之複數個(本實施例為6個)螺栓464所構成之半剛性聯結器。在內環461的中央，內部相互連通之圓孔461a、461b設置在相同軸上。圓孔461a的內徑為可以無間隙地插入AC伺服馬達412的驅動軸412a之大小，圓孔461b的內徑為可以無間隙地插入滾珠螺桿418的軸部之大小。此外，本實施例中，滾珠螺桿418的軸部口徑小於AC伺服馬達412的驅動軸412a口徑，故圓孔461b的外徑小於圓孔461a的外徑。

在內環461之軸方向中央部的外周形成有凸緣部461c。從凸緣部461c的兩面內側，分別形成有在軸方向上延伸之錐部。各錐部的外側面461d、461e則是愈接近軸方向前端，外徑愈變小之圓錐狀的錐面。另外，在夾著內環461之一對外環462、463的內側，分別形成有具有錐形狀的內側面462a、463a之貫穿孔。外環462和463係分別被配置成內側面462a、463a的錐面所張開的方向朝向內環側。外環462、463之錐形狀的內側面462a、463a分別具有與內環461的外側面461d、461e相同的錐角。接著，以外環462的內側面462a與內環461的外側面461d、外環463的內側面463a與內環461的外側面461e相重疊的情形，被形成在內環461的兩端之錐部插入外環462、463的貫穿孔。

另外，外環463之貫穿孔的周圍，與被形成在螺桿464的前端部之外螺紋相卡合之內螺紋463b，隔著等間隔形成在以貫穿孔的軸為中心之圓周上。另外，外環462及內環461的凸緣部461c，在與外環463的內螺紋463b相對應的位置，分別形成有螺桿孔(圓孔)462b、461f。6個螺栓464(第七圖中只圖示2個)穿過外環462的螺栓孔462b和內環461的螺栓孔461f，與外環463的內螺紋463b卡合。

從下方來將AC伺服馬達412之驅動軸412a的前端a插入內環461的圓孔461a，並從上方來將滾珠螺桿418之軸部的前端插入圓孔461b之後，將螺栓464插入螺栓孔462b、461f，再鎖緊在內螺紋463b，則內環461從兩側藉由外環462及外環463來強固夾持，內環461的2個錐部分別深深地嵌入外環462、463的貫穿孔。因而，藉由楔子的原理，從內環461的圓孔461a、461b，對AC伺服馬達412的驅動軸412a及滾珠螺桿418的軸部，分別加諸很強的側壓。因此，在圓孔461a、461b與驅動軸412a、滾珠螺桿418之間，分別產生強大的摩擦力，驅動軸412a與滾珠螺桿418經由內環461成一體相連接。

如第七圖所示，外環462與463之間，只用由黏彈性體的尼龍樹脂所形成之內環461支撐。另外，如第七圖所示，聯結器460中，AC伺服馬達412之驅動軸412a的前端與滾珠螺桿418之軸部的前端，隔著些微(例如，大約1mm)的間隔相連接。因此，從馬達來加諸將軸予以壓縮的方向之力時，內環會彈性變形而使該驅動軸412a與滾珠螺桿418的間隔縮窄，在聯結器460內將軸方向的力予以吸收，可以大幅衰減傳導到滾珠螺桿側的軸方向之力。本實施例中，內環461的振動衰減率，在振動試驗之測量頻率範圍內進行比較時，於驅動軸412a為固定振動數的情形下，成為大致最大。藉此，可以有效衰減驅動軸412a的軸方向或軸的半徑方向之振動。此外，驅動軸412a為固定振動數時之內環461的振動衰減率，並不一定要測量頻率範圍大致最大，不過期望是至少大於測量頻率範圍的頻率平均值。

另一方面，如同上述，AC伺服馬達412之驅動軸412a的前端與滾珠螺桿418之軸部的前端之間隔短到1mm程度，又各軸的前端則是全周與內環一體。因而，在扭轉方向上為充分的剛體　　相連結，沒有齒隙，可以將AC伺服馬達412之驅動軸412a的旋轉驅動，正確地傳導到滾珠螺桿418。

本實施例中，如同前述，在致動器200、300、400與工作台100之間，設有裝備了軌道與滑塊組合起來的導引機構之連結部。另外，同樣的導引機構設置在致動器200、300、400，使用該導引機構是為了要導引各致動器的滾珠螺桿機構之螺帽。有關這些導引機構的構成，用圖面來詳細說明。此外，以下是針對由第三致動器400的Z軸滑塊433和Z軸軌道437所構成之導引機構(第五圖)進行說明，不過其他的導引機構也是相同的構成。

第八圖為將滑塊433和軌道437以與軌道437的長軸方向成垂直的一面予以剖斷之剖面圖。第九圖為第入圖中的I-I線剖面圖。如第八圖和第九圖所示，在滑塊433以圍著軌道437的方式形成有凹部，該凹部中形成有在軌道435的軸方向上延伸之4條溝槽433a、433a’。該溝槽433a、433a’收納多數個不銹鋼製的滾珠433b。軌道437，在與滑塊433的溝槽433a、433a’相對向的位置，分別設有溝槽437a、437a’，形成為滾珠433b夾在溝槽433a與溝槽437a或溝槽433a’與437a’之間。溝槽433a、433a’、437a、437a’的剖面形狀為圓弧狀，該曲率半徑則與滾珠433b的半徑大致相等。因而，滾珠433b係在遊隙幾乎沒有的狀態下密著於溝槽433a、433a’、437a、437a’。

在滑塊433的內部設有4個與各個溝槽433a大致成平行的滾珠退避路433c。如第八圖所示，溝槽433a與退避路433c係在各個的兩端經由U形路433d予以相連接。溝槽433a、溝槽437a、退避路433c、U形路433d，形成用來讓滾珠433b循環之循環路。退避路433c與溝槽433a’和437a’也形成同樣的循環路。

因而，滑塊433相對於軌道437進行移動，則多數個滾珠433b於溝槽433a、433a’、437a、437a’中滾動的同時，也在循環路中循環。因而，即使在軌道軸方向以外的方向上加諸很大的荷重，仍能夠以多數個滾珠來支撐滑塊，並且滾珠433b滾動，以使在軌道軸方向上保持很小的阻力，所以可以使滑塊433相對於軌道437順利地移動。此外，退避路433c和U形路433d的內徑為稍微大於滾珠433b的直徑，在退避路433c和U形路433d與滾珠433b之間所產生的摩擦力極微小，故不會妨礙滾珠433b的循環。

如第八圖所示，夾在溝槽433a與437a之二列滾珠433b的列，接觸角為大致45度，且形成正面組合型的斜角滾珠軸承(angular contact ball bearing)。此情況的接觸角為溝槽433a及437a與滾珠433b接觸之接觸點彼此間相連結的線與直線導引的徑向方向(從滑塊朝向軌道的方向)所形成的夾角。這種方式所形成的斜角滾珠軸承，可以支撐反徑向方向(從軌道朝向滑塊的方向)和橫向(與徑向方向和滑塊的前進後退方向的雙方成垂直交叉的方向，圖中的左右方向)的荷重。

同樣，夾在溝槽433a’與437a’之二列滾珠433b的列係接觸角(溝槽433a’和437a’與滾珠433b接觸之接觸點彼此間相連結的線與直線導引的反徑向方向所形成的夾角)為45度，且形成正面組合型的斜角滾珠軸承。該斜角滾珠軸承可以支撐徑向方向和橫向的荷重。

另外，分別被夾在溝槽433a與437a的其中一方(圖中左側)、及溝槽433a’與437a’的其中一方(圖中左側)之二列滾珠433b的列，也是形成正面組合型的斜角滾珠軸承。同樣，分別夾在溝槽433a與437a的另一方(圖中左側)、及溝槽433a’與437a’的另一方(圖中左側)之二列的滾珠433b的列，也是形成正面組合型的斜角滾珠軸承。

如此，本實施例的導引機構中，形成為正面組合型的斜角滾珠軸承，對於徑向方向、反徑向方向、橫向所分別承受的荷重予以支撐，且形成為可以充分支撐在軌道軸方向以外的方向上所加諸的很大荷重。

如同以上所說明過，本實施例的振動試驗設備具有：可使工作台在分別相互垂直交叉的第一和第二方向(X軸和Y軸方向)上振動之第一和第二致動器；可使工作台相對於第一致動器在第二方向上滑動之第一連結手段、及使工作台相對於第二致動器在第一方向滑動之第二連結手段。

上述的振動試驗設備中，各致動器形成為可相對於工作台在與該致動器的振動方向成垂直交叉的方向上滑動。因而，即使用其中一個致動器來使工作台振動，工作台仍會相對於其他的致動器滑動，所以即使其他的致動器移位，其他致動器的振動方向仍不會改變。因此，本發明中，各致動器有可以使工作台和工件振動的動力即可。另外，依據本發明，由於不讓致動器轉動仍能夠使工作台振動，故即使致動器的驅動軸很短，仍可以使工作台有很大衝程的的振動。加上，由於其中一個致動器不會影響到其他致動器的舉動，故致動器的控制系統不會變複雜，可依照所期望的振幅、頻率來使工作台振動。因此，依據本發明，設備不會大型化/複雜化，能夠使工作台有大振幅的振動。

另外，本實施例的構成中，如同前述，致動器沒有移位也沒有轉動，故很容易將由伺服馬達所驅動的滾珠螺桿機構應用在致動器。油壓致動器會造成的漏油，滾珠螺桿機構則完全沒有這種問題，又可以使工作台有衝程遙遙大於壓電致動器的振動。

更好的構成是伺服馬達的旋轉軸與前述滾珠螺桿機構的滾珠螺桿相連結之聯結器為以沒有齒隙且在彎曲方向上具有可撓性並阻礙傳導馬達的驅動軸之延長方向的振動的方式構成之半剛性聯結器。利用這種構成，具有很高的響應性來逐漸驅動進送螺桿，即使軸有若干偏離仍不會產生極端大的內部應變，能夠順利的驅動，而且還可以阻斷馬達驅動軸方向的振動。

半剛性聯結器最好是裝備有由樹脂或橡膠所製作的黏彈性元件。另外，半剛性聯結器係於驅動軸為固有振動數時，伺服馬達的驅動軸之振動的衰減率為最大的方式構成。形成為這種構成，藉由半剛性聯結器內的黏彈性元件，能夠有效衰減從馬達經由驅動軸所傳導之軸方向或軸的半徑方向之振動，又可以使這種振動幾乎不會傳導到輸出側。

另外，最好是半剛性聯結器具有剛體元件之一對外環、及被配置在該一對外環之間，且含有彈性元件或黏彈性要件之內環。外環的中心形成有錐孔，內環的中心形成有用來穿過相連結的軸之圓柱狀的貫穿孔。另外，內環的外周之軸方向的兩端，形成有可與一對外環之錐孔的內周分別卡合之錐面。將進送螺桿和伺服馬達的驅動軸插入內環的貫穿孔，使一對外環之錐孔的內周抵接到內環的錐面，用螺栓來相互固定該一對外環彼此間，藉由此方式，軸經由內環來相連結。形成為這種構成，用極簡單的構成，就可以實現以很高的響應性來逐漸傳導軸輸出，並吸收軸方向的振動之半剛性聯結器。

另外，以滾珠螺桿機構的螺帽只可在滾珠螺桿的軸方向上移動的方式導引螺帽之導引機構，具有固定在振動試驗設備的框體之第一部、及固定在螺帽之第二部，又第一部和第二部的其中一方具有軌道，且另一方具有與前述軌道卡合而可沿著該軌道移動之滑塊，滑塊的構成最好是具有：圍著軌道之凹部、及凹部中，沿著滑塊的移動方向形成之溝槽、及以與形成在滑塊的內部之溝槽形成閉路的方式與溝槽的移動方向兩端相連繫著之退避路、及將閉路予以循環，並且形成為位於溝槽時與軌道抵接之複數個滾珠。進而，期望的構成是在滑塊形成有4個上述的閉路，分別配置在該4個閉路當中之2個閉路的溝槽之滾珠，具有對於直線導引的徑向方向大致±45度的接觸角，分別配置在其他2個閉路的溝槽之滾珠，具有對於導引機構的反徑向方向大致±45度的接觸角。

這種構成的導引機構，即使在該徑向方向、反徑向方向以及橫向上加諸很大的荷重，仍可以使滑塊沿著軌道順利移動。然後，因螺帽藉由這種導引機構來進行導引，即使是在振動設備的工作台上安裝很大重量的工件致使振動的情況，進送螺桿機構的螺帽不會晃動，仍可以順利沿著軌道移動。

另外，最好是第一和第二連結手段分別具有被配置在與工作台相對應之致動器之間之中間載置台，第一連結手段的中間載置台，只在與第一方向成垂直的一個方向上，可相對於工作台滑動，並且只在與該一個方向及第一方向的雙方成垂直的方向上，可相對於第一致動器滑動，第二連結手段的中間載置台，只在與第二方向成垂直的一個方向上，可相對於工作台滑動，並且只在與該一個方向及第二方向的雙方成垂直的方向上，可相對於前述第二致動器滑動。

此處，例如第一連結手段的中間載置台可相對於前述工作台和第一致動器滑動之二個方向的其中一方為第二方向，第二連結手段的中間載置台可相對於工作台和第二致動器滑動之二個方向的另一方為第一方向。

另外，最好是將中間載置台形成為可相對於工作台滑動，因而例如在工作台和中間載置台的其中一方設置：在中間載置台可相對於工作台滑動的方向上延伸的至少1條軌道，且在工作台和中間載置台的另一方設置：與軌道卡合之滑塊。另外，最好是將中間載置台形成為可相對於致動器滑動，因而例如在中間載置台和對應的致動器的其中一方設置：在中間載置台可相對於對應的致動器滑動的方向上延伸之致少1條軌道，且在中間載置台和對應的致動器的另一方設置：與軌道卡合之滑塊。

另外，工作台與中間載置台及/或中間載置台與致動器，也可以分別形成為藉由相互成平行配置的複數條軌道及滑塊來相連結之構成。形成為這種構成的話，致動器使工作台振動時，在工作台與中間載置台之間、及中間載置台與致動器之間，幾乎不會產生繞著振動方向的旋轉力矩。此結果，很容易獲得所期望的振動狀態。

另外，滑塊的構成也可以具有：圍著軌道之凹部、及凹部中沿著滑塊的移動方向形成之溝槽、及形成在滑塊的內部，以與溝槽形成閉路的方式與溝槽的移動方向兩端相連繫著之退避路，及將閉路予以循環，並且形成為位於溝槽時與軌道抵接之複數個滾珠。另外，更好的構成是具有：在滑塊形成有4個該閉路，分別配置在該4個閉路當中之2個閉路的溝槽之滾珠，具有對於裝備了軌道及滑塊之導引機構的徑向方向大致±45度的接觸角，分別配置在其他2個閉路的溝槽之滾珠，具有對於導引機構的反徑向方向大致±45度的接觸角。

這種構成的導引機構，即使在該徑向方向、反徑向方向以及橫向上加諸很大的荷重，仍可以使滑塊沿著軌道順利移動。然後，因中間載置台藉由這種導引機構來進行導引，即使是在振動設備的工作台上安裝很大重量的工件來致使振動的情況，中間載置台不會晃動，仍可以順利沿著軌道移動。

另外，本實施例的振動試驗設備具有：可在與第一和第二方向的雙方成垂直的第三方向(Z軸方向)上使工作台振動之第三致動器、及可使工作台相對於第三致動器在第一和第二方向上滑動地予以相連結之第三連結手段；第一和第二連結手段的構成分別為可使前述工作台相對於第一和第二致動器在第三方向滑動地予以相連結。依據該構成，實現可在三個軸方向上振動之振動試驗設備。

1．．．振動試驗設備

2．．．設備基座

2a．．．空洞部

10．．．控制手段

100．．．工作台

200．．．第一致動器

202．．．基座板

210．．．驅動機構

212．．．伺服馬達

212a．．．驅動軸

216．．．軸承部

216a．．．角接觸球軸承

216b．．．角接觸球軸承

216c．．．軸承押壓板

216d．．．螺栓

217．．．軸環

218．．．滾珠螺桿

218a．．．螺紋部

219．．．滾珠螺帽

220．．．振動感測器

222．．．框體

222a．．．橫樑

222b．．．頂部板

230．．．連結機構

231．．．中間載置台

231a．．．Y軸滑塊

231b．．．Z軸滑塊

232．．．螺帽導引

233．．．X軸滑塊

234．．．Y軸軌道

235．．．Z軸軌道

236．．．規制塊體

237．．．X軸軌道

238．．．滑塊安裝構件

238a．．．側面

240．．．支撐機構

242．．．底板

244．．．軸承支撐板

246．．．馬達支撐板

246a．．．開口部

248．．．肋條

250．．．位置檢測手段

251．．．接近感測器

252．．．檢測用板

253．．．感測器支撐板

260．．．聯結器

300．．．第二致動器

302．．．基座板

312．．．伺服馬達

320．．．振動感測器

351．．．接近感測器

400．．．第三致動器

402．．．基座板

402a．．．開口部

410．．．驅動機構

412．．．伺服馬達

412a．．．驅動軸

416．．．軸承部

418．．．螺帽導引

419．．．滾珠螺帽

420．．．振動感測器

422．．．框體

422a．．．橫樑

422b．．．頂部板

430．．．連結機構

431．．．中間載置台

431a．．．X軸滑塊

431b．．．Y軸滑塊

432．．．可動框體

432a．．．框部

432b．．．頂部板

432c．．．側壁

433．．．Z軸滑塊

433a．．．溝槽

433a’．．．溝槽

433b．．．滾珠

433c．．．滾珠退避路

433d．．．U形路

437．．．軌道

437a．．．溝槽

437a’．．．溝槽

434．．．X軸軌道

435．．．Y軸軌道

437．．．Z軸軌道

438．．．滑塊安裝構件

438a．．．側板

438b．．．底板

438c．．．第一肋條

438d．．．第二肋條

442．．．軸承支撐板

443．．．連結板

446．．．馬達支撐板

446a．．．開口部

451．．．接近感測器

460．．．聯結器

461．．．內環

461a．．．圓孔

461b．．．圓孔

461c．．．凸緣部

461d．．．外側面

461e．．．外側面

461f．．．螺桿孔(圓孔)

462．．．外環

462a．．．內側面

462b．．．螺桿孔(圓孔)

463．．．外環

463a．．．內側面

463b．．．內螺紋

464．．．螺桿

A．．．調節器

A1．．．內螺紋部

A2．．．外螺紋部

A3．．．螺帽

AB．．．螺栓

第一圖為本發明的實施例的振動試驗設備之上視圖。

第二圖為從Y軸方向觀看本發明的實施例的第一致動器之側視圖。

第三圖為本發明的實施例的第一致動器之上視圖。

第四圖為從X軸方向觀看本發明的實施例的工作台和第三致動器之側視圖。

第五圖為從Y軸方向觀看本發明的實施例的工作台和第三致動器之側視圖。

第六圖為本發明的實施例之振動試驗設備的控制系統之方塊圖。

第七圖為本發明的實施例的半剛性聯結器之剖面圖。

第八圖為以與軌道的長軸方向成垂直的一面，將本發明的實施例的滑塊和軌道予以剖斷之剖面圖。

第九圖為第八圖中的I-I線剖面圖。

1．．．振動試驗設備

2．．．設備基座

100．．．工作台

200．．．第一致動器

202．．．基座板

300．．．第二致動器

400．．．第三致動器

A．．．調節器

A1．．．內螺紋部

A2．．．外螺紋部

A3．．．螺帽

AB．．．螺栓

Claims (18)

1. 一種振動試驗設備，其特徵為具有：基座用來安裝工件之工作台；及可使前述工作台在水平的第一方向上振動之第一致動器；及可使前述工作台在與前述第一方向成垂直交叉之水平的第二方向上振動之第二致動器；及可使前述工作台在與前述第一及第二方向的雙方成垂直之第三方向上振動之第三致動器；及可使前述工作台相對於前述第一致動器在第二及第三方向上滑動地予以相連結之第一連結手段；及可使前述工作台相對於前述第二致動器在第一及第三方向上滑動地予以相連結之第二連結手段；及可使前述工作台相對於前述第三致動器在第一和第二方向上滑動地予以相連結之第三連結手段，前述第三連結手段具有：可動部，被配置在前述第三致動器與前述工作台之間，在前述第三致動器之驅動下能在前述第三方向上移動；及一對支撐構件，被固定在前述基座，從兩側支撐前述可動部並使前述可動部能在前述第三方向滑動；及四個中間載置台，其被配置於前述可動部及前述工作台之間，在前述工作台上設有在前述第一方向延伸的一對軌道，在前述第三連結手段之可動部設有在前述第 二方向延伸的一對軌道，在另一方設有與該一對軌道分別卡合的滑塊，在前述第三連結手段之四個中間載置台上分別設有與在前述第一方向延伸的一對軌道中的任一方卡合的滑塊、以及與在前述第二方向延伸的一對軌道中的任一方卡合的滑塊，在前述第一方向延伸的一對軌道分別經由前述四個中間載置台中的一個與在前述第二方向延伸的一對軌道相互連結起來，該中間載置台的每一個只能在前述第一方向相對於前述工作台滑動，只能在前述第二方向相對於前述第三連結手段的可動部滑動，在前述第三連結手段的一對支撐構件及可動部中的一方上設有在前述第三方向延伸的軌道，在前述第三連結手段的一對支撐構件及可動部中的另一方上設有與該軌道卡合的滑塊。
2. 如申請專利範圍第1項之振動試驗設備，其中：前述第一和第二連結手段分別具有被配置在前述第一和第二致動器與前述工作台之間之中間載置台；前述第一連結手段的中間載置台係只可在與該第一方向成垂直的一個方向上相對於前述工作台滑動，且只可在與該一個方向和該第一方向的雙方成垂直的方向上相對於前述第一致動器滑動；前述第二連結手段的中間載置台係只可在與該第二方向成垂直的一個方向上相對於前述工作台滑動，且只可在與該一個方向和該第二方向的雙方成垂 直的方向上相對於前述第二致動器滑動。
3. 如申請專利範圍第2項之振動試驗設備，其中：在前述第一及第二連結手段中，在前述工作台和前述中間載置台的其中一方，設有：在前述中間載置台可相對於前述工作台滑動的方向上延伸之至少1條軌道；在前述工作台和前述中間載置台的另一方，設有：與前述軌道卡合之滑塊。
4. 如申請專利範圍第3項之振動試驗設備，其中，在前述第一及第二連結手段中，前述工作台與前述中間載置台，經由相互成平行配置之複數條軌道、及與前述複數條的軌道分別卡合之複數個滑塊，可滑動地相連結。
5. 如申請專利範圍第3項之振動試驗設備，其中，在前述第一及第二連結手段中，前述至少一條軌道設於前述工作台，前述滑塊設於前述中間載置台。
6. 如申請專利範圍第2項之振動試驗設備，其中前述第一連結手段的中間載置台可相對於前述工作台和前述第一致動器滑動之二個方向的其中一方為該第二方向；前述第二連結手段的中間載置台可相對於前述工作台和前述第二致動器滑動之二個方向的其中一方為該第一方向。
7. 如申請專利範圍第2項之振動試驗設備，其中：在前述第一及第二連結手段中，在前述中間載置台和對應的致動器的其中一方，設有：在前述中間載置台可相對於前述對應的致動器滑動的方向上延伸之至少1條軌道； 在前述中間載置台和對應的致動器的另一方，設有：與前述軌道卡合之滑塊。
8. 如申請專利範圍第7項之振動試驗設備，其中，在前述第一及第二連結手段中，前述中間載置台與對應的致動器，經由相互成平行配置之複數條軌道、及與前述複數條的軌道分別卡合之複數個滑塊，可滑動地相連結。
9. 如申請專利範圍第7項之振動試驗設備，其中，在前述第一及第二連結手段中，前述至少一條軌道設於前述致動器，與前述軌道卡合的滑塊設於前述中間載置台。
10. 如申請專利範圍第1項之振動試驗設備，其中，在前述第三連結手段中，前述工作台與前述中間載置台，經由相互成平行配置之複數條軌道、及與前述複數條的軌道分別卡合之複數個滑塊，可滑動地相連結。
11. 如申請專利範圍第10項之振動試驗設備，其中，在前述第三連結手段中，前述中間載置台與前述致動器，經由相互成平行配置之複數條軌道、及與前述複數條的軌道分別卡合之複數個滑塊，可滑動地相連結。
12. 如申請專利範圍第1項之振動試驗設備，其中，在前述第三連結手段之一對支撐構件與可動部之一方設有在前述第三方向延伸的二對軌道，在前述第三連結手段之一對支撐構件與可動部之另一方設有複數個與該二對軌道中的任一個卡合的滑塊。
13. 如申請專利範圍第1項之振動試驗設備，其中，前述致動器分別具備伺服馬達、以及將前述伺服馬達的旋 轉運動轉換成該致動器之驅動方向的並進運動之滾珠螺桿機構。
14. 如申請專利範圍第13項之振動試驗設備，其中，更具有將前述伺服馬達之旋轉軸與前述滾珠螺桿機構之滾珠螺桿加以連結的半剛性聯結器，該半剛性聯結器具有：中心貫穿形成有錐孔的剛體元件之一對外環；及被配置在前述一對外環之間，形成有用來穿過與中心相連結的軸之圓柱狀的貫穿孔，在外周的軸方向兩端形成有可分別與前述一對外環之錐孔的內周卡合之錐面，且由彈性元件或黏彈性元件所組成之內環；前述滾珠螺桿和前述伺服馬達的驅動軸插入前述內環的貫穿孔，前述一對外環之錐孔的內周抵接於前述內環的錐面，前述一對外環彼此間用螺栓來相互固定，以使軸經由內環相連結。
15. 如申請專利範圍第14項之振動試驗設備，其中，前述半剛性聯結器具備黏彈性元件。
16. 如申請專利範圍第15項之振動試驗設備，其中，前述黏彈性元件的至少一部分係由樹脂或橡膠所形成。
17. 如申請專利範圍第15項之振動試驗設備，其中，前述半剛性聯結器係以對於該驅動軸的固有振動數，前述伺服馬達的驅動軸方向之振動的衰減率大致最大的方式構成。
18. 如申請專利範圍第14項之振動試驗設備，其中，前述半剛性聯結器係以沒有齒隙，在旋轉軸的彎曲方向上具有鬆弛性，阻礙傳導前述馬達之驅動軸方向的振 動的方式構成。