TWI534427B - 旋轉扭力測試機 - Google Patents

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TWI534427B
TWI534427B TW101112940A TW101112940A TWI534427B TW I534427 B TWI534427 B TW I534427B TW 101112940 A TW101112940 A TW 101112940A TW 101112940 A TW101112940 A TW 101112940A TW I534427 B TWI534427 B TW I534427B
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宮下博至
村內一宏
長谷川正伸
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國際計測器股份有限公司
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Description

旋轉扭力測試機
本發明是關於一種旋轉扭力測試機，使工件旋轉同時施加旋轉方向的扭力於工件。
例如：汽車的離合器或傳動軸等動力傳達部件，在高速旋轉狀態下，旋轉軸周圍承受大變動的力矩。為了正確地評估像這種部件的耐疲勞性，進行旋轉扭力測試，使供試體旋轉，同時施加力矩(扭力負重)於供試體的旋轉軸周圍。
專利文獻1揭露一種旋轉扭力測試機，具備：油壓致動器52，施加力矩於供試體11；以及交流馬達58，使油壓致動器52與供試體11同步旋轉。交流馬達58使油壓致動器52的本體旋轉，並以與油壓致動器52的本體相同的速度，使供試體11的輸出軸也在同軸旋轉。在供試體11的輸入軸，連接著油壓致動器52的輸出軸，藉由驅動交流馬達58與油壓致動器52，可使供試體11旋轉同時施加力矩於供試體11。施加於供試體11的力矩，被設於輸出軸46與供試體11之間的力矩感測器47測量。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】特開2004-125549號公報
在專利文獻1的測試機，供試體11及用來安裝供試體11的安裝凸緣，是經由力矩感測器47，被支持於測試機的結構。因此，在力矩感測器47，除了作為檢測對象之扭力負重外，還有藉由供試體11或安裝凸緣的重力或離心力產生的彎曲負重，所以在測試中不能充分正確地測量施加於供試體11的力矩。
根據本發明的實施形態，提供一種旋轉扭力測試機，具備：第一驅動軸，安裝有工件的一端，以特定旋轉軸為中心旋轉；第二驅動軸，安裝有工件的他端，以旋轉軸為中心旋轉；負重賦予部，支持第一驅動軸，並旋轉驅動第一驅動軸，以施加扭力負重於工件；至少一個第一軸承，支持負重賦予部成以旋轉軸為中心自由旋轉；旋轉驅動部，以同相位旋轉驅動第一驅動軸與負重賦予部；以及力矩感測器，檢測扭力負重，藉由旋轉驅動部，經由第一及第二驅動軸使工件旋轉，並藉由負重賦予部，以施加相位差於第一驅動軸與第二驅動軸的旋轉，施加負重於工件，負重賦予部，具備框體，該框體具有被第一驅動軸插入的圓筒狀軸部，在軸部，框體被第一軸承支持並支持第一驅動軸，力矩感測器，被構成為安裝在第一驅動軸插入軸部的部分，並檢測該部分的扭力負重。
根據此結構，在第一驅動軸藉由力矩感測器檢測扭力負重的部分，因為被框體軸部以及第一軸承所支持， 所以對於彎曲的剛性高，因此，安裝在第一驅動軸的工件因重力或離心力等產生的彎曲負重引起的力矩感測器的檢測誤差被抑制在很低，可以進行扭力負重的高精度檢測。
也可以是軸部具備：一對第二軸承，在軸方向被分離配置，支持第一驅動軸成自由旋轉，力矩感測器，被配置在前述一對第二軸承之間的結構。
根據此結構，被施加於第一驅動軸的彎曲負重，由於被一對第二軸承接受，所以彎曲負重幾乎沒有傳達到第一驅動軸配置在第二軸承間的部分，防止彎曲負重影響力矩感測器的檢測結果。又，根據此結構，不只是供試體側，在負重賦予側產生的彎曲負重的影響也會被抑制。
也可以是負重賦予部具備：電動馬達，驅動第一驅動軸；以及驅動量檢測手段，檢測電動馬達的驅動量的結構。
也可以是旋轉扭力測試機，具備：驅動電力供給部，配置在負重賦予部的外部，供給驅動電力至電動馬達；驅動電力傳送線路，從驅動電力供給部傳送驅動電力至電動馬達；力矩訊號處理部，配置在負重賦予部的外部，處理力矩感測器輸出的力矩訊號；以及力矩訊號傳送線路，從力矩感測器傳送力矩訊號至力矩訊號處理部，驅動電力傳送線路，具備：外部驅動電力傳送線路，配置在負重賦予部的外部；內部驅動電力傳送線路，配置在負重賦予部的內部，與負重賦予部一起旋轉；以及 第一滑環部，連接外部驅動電力傳送線路與內部驅動電力傳送線路，力矩訊號傳送線路，具備：外部力矩訊號傳送線路，配置在負重賦予部的外部；內部力矩訊號傳送線路，配線於負重賦予部的內部，與負重賦予部一起旋轉；以及第二滑環部，連接外部力矩訊號傳送線路與內部力矩訊號傳送線路，第二滑環部隔離於第一滑環部外配置的結構。
根據此結構，可以對旋轉中的電動馬達供給驅動電流，實現使用電動馬達的旋轉扭力測試機。藉由採用電動馬達，需要寬廣設置空間的油壓供給裝置不再需要，因而可以不用保養麻煩的油壓系統。又，由於解決液壓油的漏出，可以維持良好的作業環境。再者，使用其他的滑環，藉由完全分離驅動電力傳送線路與力矩訊號傳送線路，減輕大電流流動的驅動電力傳送線路對微弱訊號流動的力矩訊號傳送線路造成的電磁干擾，抑制扭力負重的檢測精確度低落。
也可以是在第一滑環部與第二滑環部之間配置至少一個第一軸承的結構。
根據此結構，因為在大電流流動的第一滑環部產生的電磁雜訊，被第一軸承遮蔽，所以不易經由第二滑環部混入力矩訊號傳送線路，防止扭力負重的檢測精確度低落。
也可以是在第一驅動軸配置於軸部內的部分，設有形成為較細外徑的狹窄部，力矩感測器，具備：應變計，被貼附在狹窄部以檢測前述扭力負重的結構。
根據此結構，藉由直接貼附應變計於第二驅動軸的簡單結構，實現小巧的力矩感測器。又，藉由貼附應變計於狹窄部的結構，可在不干擾軸部之前提下，收容力矩感測器於軸部內。再者，藉由貼附應變計於狹窄部的結構，實現高檢測靈敏度的力矩感測器。
也可以是軸部具有從狹窄部在軸方向延伸的溝部，內部力矩訊號傳送線路，從狹窄部通過溝部，被連接於第二滑環部的環狀電極的結構。
根據此結構，可以容易地進行力矩感測器的製作與設置。
也可以是具備：驅動量訊號傳送線路，將驅動量檢測手段的輸出訊號傳送至驅動電力供給部，其中驅動量訊號傳送線路，具備：外部驅動量訊號傳送線路，配置在負重賦予部的外部；內部驅動量訊號傳送線路，配線在負重賦予部的內部，與負重賦予部一起旋轉；以及第三滑環部，隔離於第一滑環部外配置，連接外部驅動量訊號傳送線路與內部驅動量訊號傳送線路的結構。
根據此結構，抑制驅動電力傳送線路與驅動量訊號傳送線路的電磁干擾，防止驅動量的檢測精確度低落。
也可以是具備：旋轉數檢測手段，檢測負重賦予部的旋轉數，在旋轉數檢測手段與第一滑環部之間配置有至少一個第一軸承的結構。
也可以是，旋轉驅動部，具備：第二馬達；以及驅動力傳達部，傳達第二馬達的驅動力至負重賦予部以及第二驅動軸，以同相位旋轉，驅動力傳達部，具備：第 一驅動力傳達部，將第二馬達的驅動力傳達至第二驅動軸；以及第二驅動力傳達部，將第二馬達的驅動力傳達至負重賦予部的結構。
也可以是第一及第二驅動力傳達部，分別具備環帶機構、鏈機構以及齒輪機構至少其中之一的結構。
也可以是，第一及第二驅動力傳達部，分別具備環帶機構，第一驅動力傳達部，具備：第三驅動軸，配置成平行於旋轉軸，被第二馬達驅動；第一驅動滑輪，被同軸地固定在第三驅動軸；第一從動滑輪，被同軸地固定在負重賦予部；以及第一環帶，跨接於第一驅動滑輪與第一從動滑輪，第二驅動力傳達部，具備：第四驅動軸，被同軸地連接於第三驅動軸；第二驅動滑輪，被固定在第四驅動軸；第二從動滑輪，被固定在第一驅動軸；以及第二環帶，跨接於第二驅動滑輪與第二從動滑輪的結構。
也可以是在負重賦予部的框體的外周部，形成有第一從動滑輪的結構。
根據此結構，相較於例如第一從動滑輪安裝在框體的一端的一般結構，實現小巧的裝置。
也可以是具備：減速機，配置在負重賦予部內，第一從動滑輪，被固定於安裝有減速機的減速機固定板的結構。
根據此結構，由於受到大變動負重的減速機與第一從動滑輪以高剛性結合，所以測試中的負重賦予部的變形減少，可以以高精確度施加扭力負重。
也可以是第一驅動軸與負重賦予部的框體被同軸且一體地連接的結構。
根據此結構，可以使用共同動力傳達機構來驅動第一驅動軸與負重賦予部，實現簡單結構的扭力旋轉裝置。
也可以是，負重賦予部的框體，具有：圓柱部，外周面被形成為與旋轉軸同軸的圓柱狀，旋轉扭力測試機，具備：第三驅動軸，配置成平行於旋轉軸，被第二馬達驅動；第一驅動滑輪，被固定在第三驅動軸；以及正時皮帶，被捲掛在第一驅動滑輪與框體圓柱部的結構。
根據此結構，藉由將負重賦予部的框體的一部分做為從動滑輪來使用，部件數會減少，實現小巧結構的旋轉扭力測試機。
上述旋轉扭力測試機，也可以是根據力矩感測器的檢測結果，來測定使工件旋轉同時施加旋轉方向扭力於工件時的工件運動的旋轉扭力測試機。
根據本發明的實施形態的結構，提供一種旋轉扭力測試機，可以高精確度來測量扭力負重。
以下，參照圖式來說明關於本發明的實施形態的旋轉扭力測試機。
[第一實施形態]
第一圖是關於本發明的第一實施形態的旋轉扭力 測試機1的側面圖。旋轉扭力測試機1是將汽車用離合器做為供試體T1來進行旋轉扭力測試的裝置，可以使供試體T1旋轉同時施加設定的固定或變動力矩於供試體T1的輸入軸與輸出軸(例如離合器蓋與離合器圓盤)之間。旋轉扭力測試機1，具備：架台10，支持旋轉扭力測試機1的各部；負重賦予部100，與供試體T1一起旋轉，同時施加特定力矩於供試體T1；軸承部20、30、40，支持負重賦予部100成自由旋轉；滑環部50、60，電性連接負重賦予部100的內外；旋轉編碼器70，檢測負重賦予部100的旋轉數；變頻馬達80，以設定的旋轉方向及旋轉數旋轉驅動負重賦予部100；以及驅動滑輪91與驅動帶(正時皮帶)92。
架台10具有：下層基板11與上層基板12，在上下水平並列配置；以及複數個垂直支持壁13，連接下層基板11與上層基板12。在下層基板11的下面，安裝有複數個防震底座15，架台10經由防震底座15被配置在平坦地面F上。在下層基板11的上面，固定有變頻馬達80。又，在上層基板12的上面，安裝有軸承部20、30、40以及旋轉編碼器70。
第二圖是旋轉扭力測試機1的負重賦予部100附近的縱剖面圖。負重賦予部100具備：有階梯的筒狀外殼100a；伺服馬達150、減速機160以及連接軸170，安裝在外殼100a內；以及力矩感測器172。外殼100a，具備：馬達收容部(胴部)110，收容伺服馬達150；軸部120，被支持成在軸承部20自由旋轉；軸部130，被 支持成在軸承部30自由旋轉；以及軸部140，安裝有滑環部50(第一圖)的滑環51。馬達收容部110與軸部120、130、140，是分別具有中空部的大致圓筒狀(或是直徑在軸方向階梯狀變化的有階梯之圓筒狀)的部件。馬達收容部110，是在中空部收容伺服馬達150的外徑最大部件。在馬達收容部110的供試體T1側的一端(在第二圖的右端)，連接軸部120，在他端連接軸部130。又，在軸部130的馬達收容部110相反側的端部，連接軸部140。軸部140在前端部(在第一圖的左端部)，被軸承部40支持成自由旋轉。
伺服馬達150被複數個固定螺栓111固定在馬達收容部110。伺服馬達150的驅動軸152，經由滑環154連接於減速機160的輸入軸。又，連接軸170被連接於減速機160的輸出軸。再者，減速機160具備安裝凸緣162，在馬達收容部110與軸部120之間夾著安裝凸緣162的狀態下，藉由圖未顯示的螺栓旋緊馬達收容部110與軸部120，固定於外殼100a。
軸部120是大致有階梯的圓筒狀部件，在馬達收容部110側具有外徑大的滑輪部121，在供試體T1側具有主軸部122，主軸部122被軸承部20支持成自由旋轉。如第一圖所示，在滑輪部121的外周面，以及在變頻馬達80的驅動軸81所安裝的驅動滑輪91，跨接有驅動帶92，變頻馬達80的驅動力被驅動帶92傳達至滑輪部121，使負重賦予部100旋轉。又，在滑輪部121內，收容有減速機160與連接軸170的連接部。將為了 收容此連接部而必須加大外徑之處做為滑輪來利用，因此，可在不增加部件數下，實現小巧的裝置結構。
在軸部120的主軸部122的前端(在第二圖的右端)，安裝有力矩感測器172。又，力矩感測器172的一面(在第二圖的右側面)，成為安裝供試體T1的輸入軸(離合器蓋)的承受面，被力矩感測器172檢測施加在供試體T1的力矩。
在軸部120的主軸部122的內周面，於軸方向兩端附近設有軸承123、124。連接軸170被軸承123、124支持成自由旋轉。連接軸170的前端(在第二圖的右端)穿過力矩感測器172，突出至外部。從力矩感測器172突出的部分，被插入而固定在供試體T1的輸出軸(即離合器圓盤(離合器輪轂))的軸孔。也就是說，藉由伺服馬達150，使連接軸170相對於負重賦予部100的外殼100a旋轉驅動，可以施加已設定的動態或靜態力矩在相對於外殼100a被固定的供試體T1的輸入軸(離合器蓋)與被固定於連接軸170的供試體T1的輸出軸(離合器圓盤)之間。
又，如第一圖所示，在軸部130的端部(在第一圖的左端)附近，配置有旋轉編碼器70，旋轉編碼器70用來檢測負重賦予部100的旋轉數。
在軸部140的軸方向中央部，安裝有滑環部50的滑環51。在滑環51，連接有動力線150W(第二圖)，動力線150W供給驅動電流至伺服馬達150。從伺服馬達150延伸的動力線150W，經由形成在軸部130、140 的中空部，被連接於滑環51。
滑環部50具備滑環51、刷固定具52以及四個刷53。如上述，滑環51被安裝在負重賦予部100的軸部140。又，刷53被刷固定具52固定在軸承部40。滑環51具有在軸方向等間隔配置的四個電極環51r，相對於各電極環51r配置刷53。在各電極環51r連接有伺服馬達150的動力線150W，各刷53的端子被連接於伺服馬達驅動單元330(後述)。也就是說，伺服馬達150的各動力線150W，經由滑環部50，被連接於伺服馬達驅動單元330。滑環部50將伺服馬達驅動單元330供給的伺服馬達150的驅動電流，導入至旋轉的負重賦予部100的內部。
又，在軸部140的前端(在第一圖的左端)，安裝有滑環部60的滑環(圖未顯示)。在滑環部60的滑環，連接有從伺服馬達150延伸的通信線150W'(第二圖)，例如內藏於伺服馬達150的內藏旋轉編碼器(圖未顯示)的訊號，經由滑環部60被輸出至外部。當大容量馬達的驅動電流等大電流在滑環流動，則藉由放電容易產生大電磁雜訊。又，由於不能充分遮蔽滑環，所以容易受到電磁雜訊的干擾。如上述，使用相隔一定距離配置的其他滑環，將微弱電流流動的通信線150W'與大電流流動的動力線150W連接於外部配線，藉此結構，有效防止雜訊混入通信用訊號。又，在本實施形態，滑環部60被設在軸承部40的滑環部50側的相反側的面。藉由此結構，以軸承部40，可獲得遮蔽滑環部60以避 開滑環部50產生的電磁雜訊的效果。
接下來，說明關於旋轉扭力測試機1的控制系統。第三圖表示旋轉扭力測試機1的控制系統的概略結構的方塊圖。旋轉扭力測試機1，具備：控制單元310，控制旋轉扭力測試機1的整體；設定單元370，用來設定測試條件；波形產生單元320，根據已設定的測試條件(施加於供試體的力矩波形或扭轉角的波形等)，計算伺服馬達150的驅動量的波形，輸出至控制單元310；伺服馬達驅動單元330，根據控制單元310的控制，產生伺服馬達150的驅動電流；變頻馬達驅動單元340，根據控制單元310的控制，產生變頻馬達80的驅動電流；力矩測量單元350，根據力矩感測器172的訊號來計算施加於供試體的力矩；以及旋轉數測量單元360，根據旋轉編碼器70的訊號來計算負重賦予部100的旋轉數。
設定單元370具備圖未顯示的觸控面板等使用者輸入介面、CD-ROM驅動器等可移除型記錄媒體讀取裝置、GPIB(General Purpose Interface Bus)或USB(Universal Serial Bus)等外部輸入介面以及網路介面。設定單元370根據經由使用者輸入介面接受的使用者輸入、從可移除型記錄媒體讀取的資料、經由外部輸入介面從外部機器(例如函數產生器)輸入的資料，及/或經由網路介面從伺服器取得的資料，進行測試條件的設定。又，本實施形態的旋轉扭力測試機1，可使用移位控制及力矩控制這兩個控制方式，藉由設定單元 370可以設定以任一控制方式控制施加於供試體T1的扭轉，該移位控制為根據施加於供試體T1的扭轉角(即藉由內藏於伺服馬達150的內藏旋轉編碼器檢測的伺服馬達150的驅動量)來控制，該力矩控制為根據施加於供試體T1的(即被力矩感測器172檢測的)力矩來控制。
控制單元310根據從設定單元370取得的供試體T1的旋轉速度的設定值，命令變頻馬達驅動單元340進行變頻馬達80的旋轉驅動。又，控制單元310根據從波形產生單元320取得的伺服馬達150的驅動量的波形資料，命令伺服馬達驅動單元330進行伺服馬達150的驅動。
如第三圖所示，力矩測量單元350根據力矩感測器172的訊號算出的力矩測量值，被送到控制單元310以及波形產生單元320。又，內藏於伺服馬達150的內藏旋轉編碼器的訊號，被送到控制單元310、波形產生單元320以及伺服馬達驅動單元330。波形產生單元320，從內藏旋轉編碼器的訊號來計算伺服馬達150的旋轉數的測量值，內藏旋轉編碼器檢測伺服馬達150的驅動軸152的旋轉角。波形產生單元320在力矩控制的狀況，比較力矩(在移位控制的狀況下是伺服馬達150的驅動量)的設定值與測量值，對送到控制單元310的伺服馬達150的驅動量的設定值進行回饋控制，使該設定值與該測量值一致。
又，旋轉數測量單元360根據旋轉編碼器70的訊 號所算出的負重賦予部100的旋轉數的測量值，被送到控制單元310。控制單元310比較負重賦予部100的旋轉數的設定值與測量值，對送到變頻馬達80的驅動電流的頻率進行回饋控制，使該設定值與該測量值一致。
又，伺服馬達驅動單元330比較伺服馬達150的驅動量目標值與被內藏旋轉編碼器檢測出的驅動量，對送到伺服馬達150的驅動電流進行回饋控制，使驅動量接近目標值。
又，控制單元310具備用來保存測試資料的硬碟裝置(圖未顯示)，供試體T1的旋轉數度、施加於供試體T1的扭轉角(伺服馬達150的旋轉角)以及扭力負重的各測量值的資料，被記錄在硬碟裝置。各測量值的時間變化，從測試開始到結束的整個期間被記錄。藉由以上說明的第一實施形態的結構，將汽車用離合器做為供試體T1進行旋轉扭力測試。
[第二實施形態]
接下來，說明關於本發明的第二實施形態的旋轉扭力測試機1000。旋轉扭力測試機1000是將汽車用傳動軸做為供試體T2來進行旋轉扭力測試的裝置，可使傳動軸旋轉同時施加已設定的固定或變動力矩於傳動軸的輸入軸與輸出軸之間。第四圖是旋轉扭力測試機1000的平面圖，第五圖是旋轉扭力測試機1000的側面圖(在第四圖中從下側看上側的圖)。又，第六圖是後述的負重賦予部1100附近的縱剖面圖。再者，旋轉扭力測試機1000的控制系統，具有與第三圖所示的第一實施形 態相同的概略結構。
如第四圖所示，旋轉扭力測試機1000，具備：四個基部1011、1012、1013以及1014，支持旋轉扭力測試機1000的各部分；負重賦予部1100，與供試體T2一起旋轉，同時施加特定力矩於供試體T2的兩端間；軸承部1020、1030以及1040，將負重賦予部1100支持成自由旋轉；滑環部1050、1060以及1400，電連接負重賦予部1100的內外配線；旋轉編碼器1070，檢測負重賦予部1100的旋轉數；變頻馬達1080，以已設定的旋轉方向以及旋轉數，旋轉驅動負重賦子部1100以及供試體T2的一端(在第四圖的右端)；驅動力傳達部1190(驅動滑輪1191、驅動帶(正時皮帶)1192以及從動滑輪1193)，將變頻馬達1080的驅動力傳達至負重賦予部1100；以及驅動力傳達部1200，將變頻馬達1080的驅動力傳達至供試體T2的一端。驅動力傳達部1200，具備：軸承部1210、驅動軸1212、中繼軸1220、軸承部1230、驅動軸1232、驅動滑輪1234、軸承部1240、驅動軸1242、從動滑輪1244、驅動帶(正時皮帶)1250以及工件安裝部1280。
又，在旋轉扭力測試機1000的軸承部1020、1030、1040、滑環部1050、滑環部1060、旋轉編碼器1070、變頻馬達1080以及驅動滑輪1191，分別與第一實施形態的旋轉扭力測試機1中的軸承部20、30、40、滑環部50、滑環部60、旋轉編碼器70、變頻馬達80以及驅動滑輪91被構成為相同。又，負重賦予部1100，除 了後述的軸部1120、連接軸1170、工件安裝部1180以及滑環部1400外，具有與第一實施形態的負重賦予部100相同的結構。又，驅動帶1192在從動側被掛在從動滑輪1193這點，與第一實施形態的驅動帶92的結構不同，但其他結構與驅動帶92相同。在以下說明，對於與第一實施形態相同或相似的結構，用相同或相似的符號省略詳細說明，以與第一實施形態相比結構相異點為中心來說明。
四個基部1011、1012、1013以及1014，分別配置在相同的平坦地面F上，被固定螺栓(圖未顯示)固定著。在基部1011上，固定有變頻馬達1080與軸承部1210。在基部1012上，固定有支持負重賦予部1100的軸承部1020、1030以及1040，與滑環部1400的支持框體1402。又，在基部1013固定有軸承部1230，在基部1014固定有軸承部1240。基部1013及1014，藉由分別旋鬆固定螺栓，對應供試體T2的長度，可以在軸承部1230或1240的軸方向移動。
負重賦予部1100的連接軸1170，從軸部1120的前端(在第六圖的右端)往外部突出，在連接軸1170的前端(在第六圖的右端)，固定有工件安裝部(凸緣接頭)1180。在從連接軸1170的軸部1120突出部分的軸方向中央部，安裝有具有複數個電極環的滑環1401。
又，如第六圖所示，在連接軸1170被收容於軸部1120內的部分，形成有環狀狹窄部1172，該狹窄部1172被形成為較細外徑，在狹窄部1172的周面貼附有應變 計1174。又，連接軸1170是具有貫穿中心軸上的中空部(圖未顯示)的筒狀部件，在狹窄部1172形成有銜接中空部的插通孔(圖未顯示)。應變計1174的導線(圖未顯示)通過被形成在連接軸1170的上述插通孔及中空部，連接於滑環1401的各電極環。又，也可以不做中空部以及插通孔，而在連接軸1170的周面設有從狹窄部1172延伸到滑環1401的配線溝，將應變計1174的導線通過配線溝配線至滑環1401。
在滑環1401的下部，配置有被固定在支持框體1402上的刷部1403。刷部1403具備：複數個刷，被相對配置成分別接觸滑環1401的各電極環。各刷之端子被圖未顯示的電線連接於力矩測量單元1350(後述)。
接下來，說明驅動力傳達部1200(第四圖)的結構。軸承部1210、1230以及1240分別支持驅動軸1212、1232以及1242成自由旋轉。驅動軸1212的一端(在第四圖的左端)，經由驅動滑輪1191，被連接於變頻馬達1080的驅動軸。又，驅動軸1232的一端(在第四圖的左端)，經由中繼軸1220被連接於驅動軸1212的他端(在第四圖的右端)。在驅動軸1232的他端(在第四圖的右端)，安裝有驅動滑輪1234，在驅動軸1242的一端(在第四圖的右端)，安裝有從動滑輪1244。驅動滑輪1234與從動滑輪1244被跨接有驅動帶1250。又，在驅動軸1242的他端(在第四圖的左端)，安裝有用來固定供試體T2的一端的工件安裝部(凸緣接頭)1280。
變頻馬達1080的驅動力，是經由上述的驅動力傳 達部1200(即驅動軸1212、中繼軸1220、驅動軸1232、驅動滑輪1234、驅動帶1250、從動滑輪1244以及驅動軸1242)被傳達至工件安裝部1280，以已設定的旋轉方向及旋轉數使工件安裝部1280旋轉。又，在同時，變頻馬達1080的驅動力，是經由驅動力傳達部1190(即驅動滑輪1191、驅動帶1192以及從動滑輪1193)被傳達至負重賦予部1100，使負重賦予部1100與工件安裝部1280同步(即經常以相同旋轉數與相同相位)旋轉。
接下來，說明關於本發明的第二實施形態的旋轉扭力測試機1000的動作控制。又，以下說明是第二實施形態的旋轉扭力測試機1000的動作控制一例，但在第一實施形態的旋轉扭力測試機1也可以進行相同的控制動作。第七圖表示旋轉扭力測試機1000執行處理的流程圖。當旋轉扭力測試機1000啟動，首先進行各部分的初始化S1，然後在設定單元1370進行測試條件的設定(S2)。測試條件的設定是藉由圖未顯示的輸入畫面上的使用者輸入來進行。又，也可以將既存之測試條件資料，經由記憶卡等記錄媒體或經由網路從伺服器讀取，來進行測試條件的輸入。又，也可以從函數產生器等外部機器輸入測試條件(例如測試波形)。
接下來，藉由控制單元1310，判斷已輸入的測試條件的動作模式是「靜態扭力動作」還是「動態扭力動作」(S3)。「靜態扭力動作」是不使工件旋轉的靜止狀態下施加扭力的動作模式，適用在進行一般扭力測試時。又，「動態扭力動作」是在使工件旋轉的狀態下施 加扭力的動作模式，適用在進行旋轉扭力測試時。若已設定的測試條件的動作模式為靜態扭力動作，則執行如第八圖所示的「扭力動作處理」(S100)。又，若已設定的測試條件的動作模式為動態扭力動作，則執行如第九圖所示的「動態扭力動作處理」(S200)。
在扭力動作處理S100(第八圖)，首先，進行驅動量波形計算S101，將在處理S2輸入的測試力矩的波形變換成伺服馬達1150的驅動量的波形。驅動量波形計算S101是藉由可進行高速演算處理的波形產生單元1320所執行。接下來，控制單元1310根據在處理S101所計算的驅動量波形，將對應各時刻的驅動量做為指示值的驅動訊號，輸出至伺服馬達驅動單元1330，來驅動伺服馬達1150(S102)。然後，波形產生單元1320從力矩測量單元1350取得被施加於供試體T2的力矩測量值(S103)。接下來，波形產生單元1320判斷在處理S103所取得的力矩測量值是否到達設定值(S104)。若力矩測量值未到達設定值(S104：否)，則波形產生單元1320會回饋修正驅動量波形(S105)，控制單元1310再根據新的驅動量波形輸出驅動訊號，來驅動伺服馬達1150(S102)。若力矩測量值到達設定值(S104：是)，則判定直到驅動量波形的最後是否結束驅動控制(S106)，若直到驅動量波形的最後驅動控制沒有結束，則回到處理S102繼續驅動控制，若驅動控制結束，則扭力動作處理S100結束。
又，雖然上述內容是將施加於供試體T2的力矩做 為控制對象來進行力矩控制的例，但旋轉扭力測試機1000也可以將施加於供試體T2的扭力角(移位)做為控制對象來進行移位控制。在進行移位控制的狀況下，在驅動量波形計算S101，將測試移位(扭力角)的波形變換成伺服馬達1150的驅動量的波形。又，波形產生單元1320，在處理S103中，從內藏於伺服馬達1150的內藏旋轉編碼器的訊號，計算施加於供試體T2的扭力角測量值，在處理S104中，判定扭力角的測量值是否到達設定值。
又，在動態扭力動作處理S200(第九圖)中，首先，驅動變頻馬達1080成以已設定的旋轉數旋轉供試體T2(S201)。接下來，從旋轉數測量單元1360取得與供試體T2一起被變頻馬達1080旋轉驅動的負重賦予部1100的旋轉數測量值(S202)。然後，判定已取得的負重賦予部1100的旋轉數測量值是否到達設定值(S203)。若測量值未到達設定值(S203：否)，則修正變頻馬達1080的驅動電力(頻率)(S204)。若負重賦予部1100的旋轉數測量值到達設定值，則前進至處理S205。在處理S205，判定是否為施加預負荷(力矩)Lp於供試體T2的測試條件。預負荷Lp是施加於供試體T2的力矩的直流成分(靜負重)。例如，若為模擬煞車動作時的旋轉扭力測試，則施加變頻馬達1080引起與旋轉方向相反的方向(負)的預負荷Lp(第十一圖)。又，若為模擬以固定加速度行駛時的旋轉力矩測試，則施加變頻馬達1080引起與旋轉方向相同的方向(正) 的預負荷Lp(第十圖)。
在施加預負荷Lp的狀況(S205：是)，將相當於預負荷Lp的驅動量設定為指示值，驅動伺服馬達1150使得僅預負荷Lp施加於供試體T2(S206)。接下來，從力矩測量單元1350取得施加於供試體T2的力矩測量值(S207)，判定是否達到預負荷Lp的設定值(S208)。若力矩測量值未達到預負荷Lp的設定值(S208：否)，則修正伺服馬達1150的驅動量的指示值(S209)，根據修正後的指示值再次驅動伺服馬達1150(S206)。
因為預負荷Lp也會施加負荷於變頻馬達1080，所以使變頻馬達1080的旋轉數變化。因此，施加預負荷Lp後，再次取得負重賦予部1100的旋轉數測量值(S210)，判定是否與已設定的旋轉數一致(S211)。若旋轉數測量值與設定值不一致(S211：否)，則修正變頻馬達1080的驅動電力的頻率來消除與設定值間的誤差(S212)。當修正變頻馬達1080的驅動電流的頻率來變化負重賦予部1100的旋轉數，則施加於供試體T2的力矩會變化。因此，再次檢測力矩(S207)，判定是否依據設定值施加預負荷Lp。
又，若在S211所取得的負重賦予部1100的旋轉數測量值與設定值一致(S211：是)，此時使用於變頻馬達1080以及伺服馬達1150驅動指令的指示值被記憶在記憶體(S213)。然後，持續施加預負荷Lp，移到上述的扭力動作處理S100。
又，不施加預負荷Lp的測試條件的狀況下(S205： 否)，保持原狀移到扭力動作處理S100。
又，施加預負荷Lp的測試條件的狀況下，在處理S101中，將測試力矩分離成直流成分(靜負重)與交流成分(動負重)，只針對交流成分進行驅動量波形計算。然後，將在處理S212中已記憶的施加預負荷所需要的驅動量，與在處理S101中計算出的施加交流成分的驅動量相加所得的值，做為對伺服馬達1150的指示值。在變頻馬達1080的驅動控制也使用在處理S212中已記憶的指示值。
以上是本發明的例示的實施形態說明。本發明實施形態的結構，並不限定於上述說明，在專利申請範圍記載所表現的技術思想範圍內可以任意變更。
在上述各實施形態中，雖然伺服馬達的驅動力被減速機增強，但若使用了可輸出足夠大力矩的伺服馬達，也可以不使用減速機。藉由省略減速機，降低摩擦損耗，也降低旋轉扭力測試機的驅動部的慣性力矩，所以可以在較高頻率進行反轉驅動。
又，在上述各實施形態，使用正時皮帶在平行配置的旋轉軸間的驅動力傳達，但也可以使用其他種類的環帶(例如扁平帶或V形帶)。又，也可以使用環帶之外的驅動力傳達機構(例如鏈條機構、齒輪機構)。
又，在上述第二實施形態，從動滑輪1193相對於軸承部1020，被配置在工件安裝部1180側。藉由此結構，動滑輪1193與1244的間隔變短，實現小巧的驅動力傳達部。又，在第二實施形態，動滑輪1244相對於 軸承部1240被配置在工件安裝部1280的相反側，但從動滑輪1244也可以相對於軸承部1240被配置在工件安裝部1280側。藉由此結構，實現更小巧的驅動力傳達部。又，也可以是從動滑輪1193，相對於軸承部1020，配置於工件安裝部1180的相反側的結構。藉由在從動滑輪1193與工件安裝部1180之間配置軸承部1020，防止旋轉方向之外的振動雜訊從驅動力傳達部1190傳達到供試體T2，可進行更正確的測試。
又，在上述實施形態中，控制單元是將數位符號的指令訊號提供給伺服馬達驅動單元以及變頻馬達驅動單元的結構，但也可以是將其他形態的指令訊號(例如類比電流訊號、類比電壓訊號、脈衝訊號)提供給各驅動單元的結構。又，控制單元也可以是將不同形態的指令訊號提供給各驅動單元的結構。
又，上述實施形態，藉由控制伺服馬達的驅動軸的旋轉角(移位)或施加於供試體的力矩，來控制伺服馬達的驅動，但本發明的實施形態的結構不限定於此，將其他參數(例如伺服馬達的旋轉速度或供試體的扭力速度等)做為目標值來控制的結構，也包含在本發明的技術範圍。
又，在第一實施形態，雖然力矩感測器172被配置在軸承部20的外側，但也可以與第二實施形態一樣，在連接軸170被收容於軸承部20內的部分，設有環狀狹窄部，該狹窄部被形成為較細外徑，在狹窄部的周面貼附有應變計，在軸承部20內配置力矩感測器。
1、1000‧‧‧旋轉扭力測試機
10‧‧‧架台
11‧‧‧下層基板
12‧‧‧上層基板
13‧‧‧支持壁
15‧‧‧防震底座
20、30、40、1020、1030、1040、1210、1230、1240‧‧‧軸承部
50、60、1050、1060、1400‧‧‧滑環部
51、154、1401‧‧‧滑環
51r‧‧‧電極環
52‧‧‧刷固定具
53‧‧‧刷
70、1070‧‧‧旋轉編碼器
80、1080‧‧‧變頻馬達
81、152、1212、1232、1242‧‧‧驅動軸
91、1191、1234‧‧‧驅動滑輪
92、1192、1250‧‧‧驅動帶
100、1100‧‧‧負重賦予部
100a‧‧‧外殼
110‧‧‧馬達收容部
111‧‧‧固定螺栓
120、130、140、1120‧‧‧軸部
121‧‧‧滑輪部
122‧‧‧主軸部
123、124‧‧‧軸承
150、1150‧‧‧伺服馬達
150W‧‧‧動力線
150W'‧‧‧通信線
160‧‧‧減速機
162‧‧‧安裝凸緣
170、1170‧‧‧連接軸
172‧‧‧力矩感測器
310、1310‧‧‧控制單元
320、1320‧‧‧波形產生單元
330、1330‧‧‧伺服馬達驅動單元
340、1340‧‧‧變頻馬達驅動單元
350、1350‧‧‧力矩測量單元
360、1360‧‧‧旋轉數測量單元
370、1370‧‧‧設定單元
1011、1012、1013、1014‧‧‧基部
1172‧‧‧狹窄部
1174‧‧‧應變計
1193、1244‧‧‧從動滑輪
1190、1200‧‧‧驅動力傳達部
1220‧‧‧中繼軸
1180、1280‧‧‧工件安裝部
1402‧‧‧支持框體
1403‧‧‧刷部
F‧‧‧平坦地面
Lp‧‧‧預負荷
T1、T2‧‧‧供試體
第一圖：關於本發明的第一實施形態的旋轉扭力測試機1的側面圖。
第二圖：旋轉扭力測試機1的負重賦予部100附近的縱剖面圖。
第三圖：表示旋轉扭力測試機1的控制系統的概略結構的方塊圖。
第四圖：關於本發明的第二實施形態的旋轉扭力測試機1000的平面圖。
第五圖：關於本發明的第二實施形態的旋轉扭力測試機1000的側面圖。
第六圖：旋轉扭力測試機1000的負重賦予部1100附近的縱剖面圖。
第七圖：表示旋轉扭力測試機1000執行處理的流程圖。
第八圖：表示詳細的扭轉動作處理S100的流程圖。
第九圖：表示詳細的動態扭轉動作處理S100的流程圖。
第十圖：表示在扭轉動作處理S100中施加正力矩於供試體的時間變化例圖。
第十一圖：表示在扭轉動作處理S100中施加負力矩於供試體的時間變化例圖。
1‧‧‧旋轉扭力測試機
10‧‧‧架台
11‧‧‧下層基板
12‧‧‧上層基板
13‧‧‧支持壁
15‧‧‧防震底座
20、30、40‧‧‧軸承部
50、60‧‧‧滑環部
51‧‧‧滑環
51r‧‧‧電極環
52‧‧‧刷固定具
53‧‧‧刷
70‧‧‧旋轉編碼器
80‧‧‧變頻馬達
81‧‧‧驅動軸
91‧‧‧驅動滑輪
92‧‧‧驅動帶
100‧‧‧負重賦予部
100a‧‧‧外殼
111‧‧‧固定螺栓
130、140‧‧‧軸部
172‧‧‧力矩感測器
T1‧‧‧供試體
F‧‧‧平坦地面

Claims (15)

  1. 一種旋轉扭力測試機，其特徵在於：具備第一驅動軸，安裝有工件的一端，以特定旋轉軸為中心旋轉；第二驅動軸，安裝有前述工件的他端，以前述旋轉軸為中心旋轉；負重賦予部，旋轉驅動前述第一驅動軸，以施加扭力負重於前述工件；至少一個包含第一軸承部的軸承部，該第一軸承部支持前述負重賦予部成以前述旋轉軸為中心自由旋轉；具備第一電動馬達之旋轉驅動部，以同相位旋轉驅動前述第二驅動軸與前述負重賦予部；以及力矩感測器，檢測前述扭力負重，藉由前述旋轉驅動部，經由前述第一及前述第二驅動軸使前述工件旋轉，並藉由前述負重賦予部，以施加相位差於前述第一驅動軸與前述第二驅動軸的旋轉，施加負重於前述工件，前述負重賦予部，具備：第二電動馬達，驅動前述第一驅動軸；及框體，該框體具有被前述第一驅動軸插入的圓筒狀軸部，在前述軸部，前述框體被前述第一軸承部支持並支持前述第一驅動軸，前述力矩感測器，被構成為安裝在前述第一驅動軸插入軸部的部分，並檢測該部分的扭力負重，前述軸部具備一對第一軸承，該一對第一軸承在軸方向被分離配置，支持前述第一驅動軸成自由旋轉， 前述力矩感測器，被配置在前述一對第一軸承之間，在前述第一驅動軸配置於前述軸部內的部分，設有形成為較細外徑的狹窄部，前述力矩感測器，具備：應變計，被貼附在前述狹窄部以檢測前述扭力負重。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的旋轉扭力測試機，其中前述第一軸承部具備一對第二軸承，該一對第二軸承在軸方向被分離配置，支持前述軸部成自由旋轉，前述力矩感測器，被配置在前述一對第二軸承之間。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的旋轉扭力測試機，其中前述負重賦予部，具備：驅動量檢測手段，檢測前述第二電動馬達的驅動量。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的旋轉扭力測試機，具備：驅動電力供給部，配置在前述負重賦予部的外部，供給驅動電力至前述第二電動馬達；驅動電力傳送線路，從前述驅動電力供給部傳送驅動電力至前述第二電動馬達；力矩訊號處理部，配置在前述負重賦予部的外部，處理前述力矩感測器輸出的力矩訊號；以及力矩訊號傳送線路，從前述力矩感測器傳送力矩訊號至前述力矩訊號處理部，前述驅動電力傳送線路，具備：外部驅動電力傳送線路，配置在前述負重賦 予部的外部；內部驅動電力傳送線路，配置在前述負重賦予部的內部，與該負重賦予部一起旋轉；以及第一滑環部，連接前述外部驅動電力傳送線路與前述內部驅動電力傳送線路，前述力矩訊號傳送線路，具備：外部力矩訊號傳送線路，配置在前述負重賦予部的外部；內部力矩訊號傳送線路，配線於前述負重賦予部的內部，與該負重賦予部一起旋轉；以及第二滑環部，連接前述外部力矩訊號傳送線路與前述內部力矩訊號傳送線路，前述第二滑環部隔離於前述第一滑環部外配置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的旋轉扭力測試機，其中在前述第一滑環部與前述第二滑環部之間配置至少一個前述軸承部。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的旋轉扭力測試機，其中前述軸部具有從前述狹窄部在軸方向延伸的溝部，前述內部力矩訊號傳送線路，從前述狹窄部通過前述溝部，被連接於前述第二滑環部的環狀電極。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的旋轉扭力測試機，具備：驅動量訊號傳送線路，將前述驅動量檢測手段的輸出訊號傳送至前述驅動電力供給部，其中前述驅動量訊號傳送線路，具備：外部驅動量訊號傳送線路，配置在前述負重賦予部的外部； 內部驅動量訊號傳送線路，配線在前述負重賦予部的內部，與該負重賦予部一起旋轉；以及第三滑環部，隔離於前述第一滑環部外配置，連接前述外部驅動量訊號傳送線路與前述內部驅動量訊號傳送線路。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的旋轉扭力測試機，具備：旋轉數檢測手段，檢測前述負重賦予部的旋轉數，其中在前述旋轉數檢測手段與前述第一滑環部之間配置有至少一個前述軸承部。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的旋轉扭力測試機，其中前述旋轉驅動部，具備：驅動力傳達部，傳達前述第一電動馬達的驅動力至前述負重賦予部以及前述第二驅動軸，其中該驅動力傳達部，具備：第一驅動力傳達部，將前述第一電動馬達的驅動力傳達至前述第二驅動軸；以及第二驅動力傳達部，將前述第一電動馬達的驅動力傳達至前述負重賦予部。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的旋轉扭力測試機，其中前述第一及前述第二驅動力傳達部，分別具備環帶機構、鏈機構以及齒輪機構至少其中之一。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的旋轉扭力測試機，其中前述第一及前述第二驅動力傳達部，分別具備環帶機構，前述第一驅動力傳達部，具備：第三驅動軸，配置成平行於前述旋轉軸，被 前述第一電動馬達驅動；第一驅動滑輪，被同軸地固定在前述第三驅動軸；第一從動滑輪，被同軸地固定在前述負重賦予部；以及第一環帶，跨接於前述第一驅動滑輪與前述第一從動滑輪，前述第二驅動力傳達部，具備：第四驅動軸，被同軸地連接於前述第三驅動軸；第二驅動滑輪，被固定在前述第四驅動軸；第二從動滑輪，被固定在前述第一驅動軸；以及第二環帶，跨接於前述第二驅動滑輪與前述第二從動滑輪。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的旋轉扭力測試機，其中在前述負重賦予部的框體的外周部，形成有前述第一從動滑輪。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的旋轉扭力測試機，具備：減速機，配置在前述負重賦予部內，其中前述第一從動滑輪，被固定於安裝有前述減速機的減速機固定板。
  14. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的旋轉扭力測試機，其中前述第一驅動軸與前述負重賦予部的框體被同軸且一體地連接。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的旋轉扭力測試機，其中前述負重賦予部的框體，具有：圓柱部，外周面 被形成為與前述旋轉軸同軸的圓柱狀，前述旋轉扭力測試機，具備：第三驅動軸，配置成平行於前述旋轉軸，被前述第一電動馬達驅動；第一驅動滑輪，被固定在前述第三驅動軸；以及正時皮帶，被捲掛在前述第一驅動滑輪與前述框體圓柱部。
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