(57)【要約】【課題】ロータ、特にカルダン軸用の動釣合い試験機用保持装置を提供すること。【解決手段】軸受架台１０と、ロータを回転可能に支持するためのスピンドル１２を有する架台上部１１とを備える。架台上部１１は、スプリングロッドグループ１９、１９’を用いて、軸受架台１０に支持されている。スプリングロッドグループ１９、１９’は、スピンドル１２の回転軸から一定の距離を隔て、互いに一定の間隔で配置されている。スプリングロッドグループ１９、１９’の各スプリングロッドの長手軸は、スピンドル１２の回転軸に平行に設置されている。各スプリングロッドは、長尺の細長い形状を有し、その軸方向における剛性は、その半径方向の曲げ剛性より、少なくとも１００倍、とりわけ少なくとも３００倍大きくされている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受架台と、その軸受架台にスプリングロッドを介して揺動可能に支持され、ロータを回転可能に支持するロータ軸受を備える架台上部とを有する、動釣合い試験機における保持装置であって、
架台上部（４）は、少なくとも３つのスプリングロッド（３）により軸受架台（１）に支持されており、前記スプリングロッド（３）は、ロータ軸受（５）の回転軸（６）から一定の距離をあけて、かつ、互いに一定の距離をあけて配置されており、前記スプリングロッド（３）は、細長い長尺形状をし、ロータ軸受（５）の回転軸（６）と平行に設けられており、前記スプリングロッド（３）の軸方向の剛性は、その軸方向と交差方向の曲げ剛性より少なくとも１００倍大きくされていることを特徴とする、動釣合い試験機の保持装置。
【請求項２】
前記スプリングロッド（３）は、それぞれ、互いに同じ距離を隔てて隣接されている複数のスプリングロッドを含むスプリングロッドグループ（１９、１９’）であり、
前記架台上部（４）は二対のスプリングロッドグループ（１９、１９’）により前記軸受架台（１）に支持されていることを特徴とする、請求項１記載の動釣合い試験機の保持装置。
【請求項３】
前記架台上部（１１）と前記軸受架台（１０）とを連結するトルク支持台（２１）が備えられており、前記トルク支持台（２１）は、前記回転軸（１６）の軸方向と交差方向においては低い剛性を有し、架台上部（１１）にねじれによる負荷がかかった場合に生じる前記回転軸（６）の軸方向への力に対しては高い剛性を有することを特徴とする、請求項１または２記載の動釣合い試験機の保持装置。
【請求項４】
前記架台上部（１１）には、ロータ端部をクランプするためのクランプアダプタ（１３）を有し、回転可能に支持された軸受スピンドル（１２）と、この軸受スピンドル（１２）を回転させるためのモータ（１４）とが備えられていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の動釣合い試験機の保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動釣合い試験機におけるロータ、特にカルダン軸を含む被試験体としてのロータのための保持装置に関する。動釣合い試験機の保持装置は、軸受架台および軸受架台にスプリングロッドを介して揺動可能に支持された架台上部を有する。架台上部は、ロータを回転可能に支持するためのロータ軸受を備えている。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１から公知の従来の保持装置では、スプリングロッドはロータ軸に垂直な面に配置されている。ロータは、それによって、スプリングロッドに対して垂直な面にて揺動を生ずることがあり、またその場合、ピッチング運動も起こり得る。
カルダン軸は、不釣合い調整のために、通常は水平姿勢にてその両端部がそれぞれ回転可能なスピンドルに固定される。不釣合いは、比較的高い回転数にて、通常は、実用回転数まで上げて測定される。測定回転数は予め与えられており、また後の組付け状況に合わせられるが、それはカルダン軸の不釣合い状態は回転数に応じて変化し得るからである。この原因は、カルダン軸を含む構造における遊びと摩擦であり、またカルダン軸のパイプの曲がりも関与する。
【０００３】
できる限り実車運転に近い状態でのカルダン軸の不釣合い調整のために、自動カルダン軸用動釣合い試験機が必要とされ、共振する質量、および軸受架台の支持の剛性が、実用に近い条件に設定される。とりわけ軽い共振質量とすることは、意識して避けられる。保持装置の架台上部は、実質的に等方性で、かつ質量に応じた硬い構成とされ、クラッチによりエンジンブロックおよびディファレンシャルギヤに接続されるカルダン軸の動特性が特定されるのである。カルダン軸を実用に近い形で不釣合い調整するための構造が必要である。揺動する保持装置の架台上部をバネ支持し、不釣合いを測定するための回転数が軸受架台の固有振動数より上になるように、またそれ故、前記機械は危険速度以上の領域にて稼動できるようにする必要がある。
【０００４】
バネシステムは、板バネで構成されており、公知のカルダン軸用動釣合い試験機の場合、振動することができる軸受架台部分を支持している。しかし、これらは負荷がかかった状態で、ねじれたり、あるいは湾曲することがある。これにより、軸受架台に、測定回転数より高い固有振動数が発生する。この高い固有振動数の１次固有モードは、軸受架台上部のピッチングにより特徴付けられ、またそれに相応した固有振動数は、傾斜共振として表わされる。不釣合い測定用回転数をこの傾斜共振に近づけると、不釣合いはもはや正確には捉えることができなくなる。共振の拡大に伴って、機械構造に大きな張力が発生することがより深刻である。これは構成要素の機能不全を引き起こし、機械、および人員を危険に晒すことになり得る。不釣合い測定のための可能な回転数の上限は、傾斜共振により制限される。これは保持装置の架台上部におけるカルダン軸用クランプアダプタの質量に応じて、およびカルダン軸の質量に応じて定まり、動釣合い試験機を、もはや要求されている測定回転数にて稼動することができないほどに低減することがあり得る。
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第３７１６２１０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、揺動可能なロータを支持する方式の装置を得るという課題を有する。本発明の装置は、共振を起こさない広範囲の測定回転数領域を持つ。本装置は、危険速度以上で不釣合い測定を実施することができるように、１次固有モードに基づく、できる限り小さな固有振動数と、高い固有モードに基づくできる限り大きな固有振動数とを有している。さらに本発明の課題は、バネにより支持された架台上部を、水平方向および垂直方向にほぼ同じ剛性を有するように構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題は、各請求項に記載される特徴により解決される。
本発明に基づいて、架台上部は少なくとも３つのスプリングロッドを用いて、軸受架台に支持されている。スプリングロッドは、ロータ軸受の回転軸から一定の距離のところに、かつ、互いに一定の距離をおいて配置されている。スプリングロッドの長手軸は、ロータ軸受の回転軸に対して平行に設けられている。スプリングロッドは、一種の長尺の細長い形状をしており、その軸方向における剛性は、その半径方向の曲げ剛性より、少なくとも１００倍、とりわけ少なくとも３００倍大きなものである。スプリングロッドの軸方向の剛性は、その半径方向の曲げ剛性より、５００倍大きくてもよい。
【０００７】
本発明に基づく構成により、スプリングロッドには、架台上部がロータ軸受の回転軸に対して半径方向に動く場合には、曲げの作用が働く。その場合、スプリングロッドの剛性は、架台上部の下方固有振動数が、要求通りの測定回転数より下になるように、またそれにより不釣合いの測定は、危険速度以上の領域にて行うことができるように設計される。架台上部が傾斜運動をする場合には、スプリングロッドには、引張または圧縮の負荷がかかり、その際、その剛性は、長尺の細長い形状にもよるが、半径方向の曲げ剛性に比べて少なくとも１００以上の係数となる。このことは結果的に、架台上部の傾斜共振を下方固有振動数の２．５倍ないし３倍に高めるので、不釣合いの測定に使用することができる共振を起こさない広範の周波数領域が形成される。本発明に基づく構成は、バネによる支持はさらに等方性であり、かつロータ軸受の回転軸に対して、全半径方向において等しい剛性を有するというさらなる長所を有する。本発明はさらに非常に単純で、かつ低コストの装置を構成することを可能にする。
【０００８】
本発明に基づき、ロータ軸受の回転軸から同じ距離を有する、２つの平行面において、それぞれ少なくとも２つのスプリングロッドが、回転軸に平行に配置されており、一方の面のスプリングロッドは、他方の面のそれに対称に配置されている。剛性の差異を保持したまま、バネ支持の慣性を高めるために、本発明のさらなる提案に基づき、ロータ軸受の回転軸に対して平行な２つの面において、それぞれ２つの、互いに同じ距離を隔てて配置されている、複数の、回転軸に平行なスプリングロッドからなるスプリングロッドグループを設けることができる。個々のスプリングロッドグループは、一体の鉄板（鋼板）の構成部品とすることができる。個々のスプリングロッドは、鉄板を貫通する平行なスリットにより区画され、その端部においては、スリットの無い鉄板によってスリットは互いに連結されている。この構成は、低コストの製造、およびスプリングロッドグループの簡単な組み立てを可能とする。
【０００９】
本発明に基づくスプリングロッドの配置は、ロータ軸受の回転軸を中心とするトルクに対して、かなり曲がり易い。この曲がり易さが障害となる場合には、本発明のさらなる提案に基づき、トルク支持台を配置すればよい。トルク支持台は、架台上部を軸受架台と連結し、また回転軸に関して全半径方向における低い剛性を持ち、しかし架台上部のねじれによる負荷がかかった場合には、高い剛性を有する。トルク支持台は、２つの平行な第１スプリングロッドを有し、それらは一方の端部とは架台上部にて、また他方の端部とは耐曲げ強度を有する中間部材にて固定されている。また、２つの平行な第２スプリングロッドを有し、それらは第１スプリングロッドの長手方向に対して直角方向に延び、かつ一方の端部とは中間部材にて、また他方の端部とは軸受架台にて固定されている。第１および第２スプリングロッドおよび中間部材は一体に作られる。たとえば鉄板を打ち抜き形成できれば、安価に作れるメリットがある。
【００１０】
本発明に基づいて、さらに、架台上部は、ロータ端部をクランプするためのクランプアダプタを備える回転可能に支持されたスピンドル、および軸受スピンドルを回転させるためのモータを有する構成とすることができる。この構成にすることで、揺動可能な架台上部には、大きな質量がかかることになり、それにより動的特性は組付け状況によって特定できる。そして、不釣合い調整がなされるべきカルダン軸が設定される。これにより不釣合い測定の際に、カルダン軸の実用状態により近いものが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を、以下に図面に表示された実施例をもとに、より詳細に説明する。
図１は、本発明の理解を容易にするために描いた、本発明の保持装置の構成概要図である。図１に表示されている保持装置は、脚部２と一体化された軸受架台１が、たとえば機械ベッド上に固定可能になっている。軸受架台１には、３本のスプリングロッド３が、互いに平行に、互いに一定の距離を置いて固定されている。３本のスプリングロッドは、脚部２の上面に対して平行に、かつ水平に延びている。軸受架台１の垂直面の中央に対して、スプリングロッド３は点対称に取り付けられている。スプリングロッド３は同じ長さである。それらの自由端部には、ロータを回転可能に支持するためのロータ軸受５をその中心部に有する、架台上部４が固定されている。ロータ軸受５の回転軸６は、各スプリングロッド３に平行で、軸受架台１の垂直面の中央を通るように延びている。
【００１２】
図１に表示された装置の場合、たとえばロータ軸受５にセットされて、回転する図示しないロータの不釣合いに起因するＸ方向およびＹ方向の荷重が、スプリングロッド３を湾曲させる負荷になる。スプリングロッド３の曲げ抵抗モーメントは、細長い長尺の形状のため、かなり小さいので、支持の剛性もまた、かなり小さなものになる。その結果、架台上部４は、１次固有モードに基づく小さな固有振動数を有することになる。
【００１３】
矢印Ｋにて表示されたピッチング、または傾斜振動によって、スプリングロッド３は、軸方向（長さ方向）に引張および圧縮の負荷を受ける。この負荷に対するスプリングロッド３の剛性は高く、架台上部４を固めに支持する。この支持の硬さは、スプリングロッド３の引張および圧縮に対する強度だけによってではなく、補助的要因として、スプリングロッド３相互の間隔によっても設定される。間隔が広くなるにつれ、振動を誘導する傾斜モーメントに起因するスプリングロッド３への荷重が減少するからである。本発明は、スプリングロッド３を細い構造とし、またスプリングロッド３相互の間隔を十分に広くすることにより、傾斜モーメントによって負荷がかかった場合の架台上部４の支持の剛性を、半径方向（軸方向と交差方向）の支持の剛性と比較して、高くすることができる。そして、より高い固有モードに基づく架台上部４の固有振動数を、１次固有モードに基づく固有振動数の３倍〜４倍になる位まで高めることができ、１次固有モードに基づく低い固有振動数と、高い傾斜共振振動数との間に、幅が広く、共振の無い回転数領域が生じ、それを危険速度以上の不釣合い測定に対して活用することができるという知識に基づいたものである。
【００１４】
図２のグラフには、これが明示されている。図２のグラフは、縦座標が、本発明に基づく保持装置の架台上部の、回転数ｎに対する振動振幅変位Ａを示す。振幅の振れＵＥは、比較的低速回転数のときに生ずる下方固有振動数を示す。それに次いで、回転数が増加するにつれて、幅が広く、共振の無い回転数領域ＵＭＢが続き、この領域で不釣合い測定を実施することができる。そして、所定の高速回転数のときに、高い固有モードに基づく架台上部の固有振動数に起因した傾斜共振ＫＲが表れる。
【００１５】
図３は、この発明の一実施形態に係る具体的な軸受架台１０を示す。この軸受架台１０は、カルダン軸を支持するための、対向する２つのスピンドルを有する動釣合い試験機の一部である。
軸受架台１０は、揺動可能な架台上部１１を備え、そこにはカルダン軸の端部をクランプするためのクランプアダプタ１３を有するスピンドル１２が配置されている。架台上部１１には、さらに電動モータ１４が固定されている。電動モータ１４は、スピンドル１２の下に配置され、駆動ベルト１５によりスピンドル１２と連結されている。
【００１６】
軸受架台１０は、板状の脚部１６を有し、脚部１６から２つのアーム１７、１７’が平行に立ち上がっている。アーム１７、１７’の間の中間スペースには、スピンドル１２のハウジングおよびモータ１４が位置している。アーム１７、１７’に対し、２つのアーム１８、１８’が近接して設けられ、それらアーム１８、１８’は架台上部１１に固定されている。アーム１８、１８’の下方は、脚部１６の近傍まで延びている。
【００１７】
架台上部１１は軸受架台１０に対して弾性変位するように連結されている。そのために、４つのスプリングロッドグループ１９、１９、１９’、１９’が設けられ、それらは、それぞれ、複数の平行なスプリングロッドを含んでいる。同じ構造の４つのスプリングロッドグループ１９、１９’は、近接するアーム１７、１８または１７’、１８’の外面のスピンドル軸に平行な垂直面に取り付けられていて、スピンドル１２の軸に対して平行に、かつ水平方向にスプリングロッドが延びるように固定されている。２つのスプリングロッドグループ１９は、それぞれ、アーム１７、１７’の上端部とアーム１８、１８’とを連結している。２つの別のスプリングロッドグループ１９’は、それぞれ、アーム１８、１８’の下端部とアーム１７、１７’とを連結している。
【００１８】
各スプリングロッドグループ１９、１９’は、長方形のバネ鋼板からなる。バネ鋼板には、平行に複数のスリットが形成され、スリットによって個々のスプリングロッドに区画されており、複数のスプリングロッドは、その両端部において、一枚の鋼板として一体化されて互いに連結されている。各スプリングロッドグループ１９、１９’に含まれる個々のスプリングロッドは、直径ｄと長さｌの比率が約１：１５で、長尺の細長い形状を有している。この形状により、引張および圧縮による負荷がかかった際の、スプリングロッドの半径方向（軸方向に交差方向）の曲げ剛性Ｃｒと軸方向の剛性Ｃａとの比率が１：３００に設定されている。剛性比率Ｃｒ／Ｃａは、個々のスプリングロッドの形状のみにより設定されるものであり、スプリングロッドの数には依存しない。各スプリングロッドグループ１９、１９’に含まれるスプリングロッド数を選定することにより、架台上部１１が受け止められる負荷の大きさ（測定可能な負荷の範囲）を、剛性比率Ｃｒ／Ｃａを変化させることなく設定することが可能となる。
【００１９】
この実施形態の場合、スプリングロッドグループ１９、１９’は、軸方向と交差方向の剛性Ｃｓに比べ軸方向の剛Ｃａが３００倍高くされており、また、スプリングロッドグループ１９、１９’が水平および垂直方向に互いに所定の間隔で配置されていることにより、架台上部１１は、傾斜振動に対して非常に頑強に支持され、しかし、架台上部１１に垂直および水平方向に加わる負荷変動に対して曲がりやすい構造となる。このことから、架台上部１１が、低い下方固有振動数、傾斜共振に対する大きな周波数の間隔、および高い上方固有振動数を有する構成となる。
【００２０】
スプリングロッドグループ１９、１９’の水平および垂直方向への剛性は、スピンドル１２の軸のまわりの回転モーメントによる負荷に対し、かなり小さなものである。架台上部のねじれを大幅に回避したい場合には、トルク支持台を用いることにより可能なものとなる。その種のトルク支持台の実施例は、図４に記載されている。
図４では、図３に記載の軸受架台１０がベース２０に固定された状態を示している。ベース２０は、トルク支持台２１によって、架台上部１１と連結されている。トルク支持台２１は、所定の耐曲げ強度を有する中間部材２２を含み、２つの互いに直角に配置されたアーム２３、２４を有する。垂直に設置されたアーム２３から、一定の間隔で、水平方向に平行に、２つのスプリングロッド２５が延び出している。スプリングロッド２５の先端部は、脚部２６によって連結され、ベース２０に固定されている。それにより、中間部材２２は、回転しないように、しかし垂直には動けるように、ベース２０に係合されている。他方の水平アーム２４からは、一定の間隔で、上方に向かって垂直に、平行に、２つのスプリングロッド２７が延び出しており、架台上部１１のアーム１８および１８’と連結されている。スプリングロッド２７は、架台上部１１と中間部材２２の間の、水平方向の相対的動きを可能にする。
【００２１】
トルク支持台２１を上記の構成にすることによって、架台上部１１の弾性による曲がりやすさは、水平および垂直方向において、制約を受けることなく維持される。スプリングロッド２５および２７の補足的なバネ抵抗は、スプリングロッドグループ１９、１９’の設計時に考慮に入れることができる。架台上部１１に作用するトルクは、スプリングロッド２５、２７の引張または圧縮荷重となる。その種の荷重に対し、スプリングロッド２５、２７は非常に剛性が高いので、架台上部１１には、取り分けて言うほどのスピンドル軸まわりの回転動作は生じ得ない。
【００２２】
この発明は、以上説明した実施形態に限定されるわけではなく、請求項記載の範囲内で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に基づく保持装置の構成概略図である。
【図２】本発明に基づく保持装置の架台上部の回転数に対する振動振幅変位グラフである。
【図３】４つのスプリングロッドグループに支持されている架台上部を有するカルダン軸用動釣合い試験機のための軸受架台の斜視図である。
【図４】トルク支持台を有するカルダン軸用動釣合い試験機の軸受架台の斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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