JP2010071864A - カップリング試験装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実機や大掛かりな試験設備を用いることなく、実機の使用条件（芯振れ量、面振れ量、回転数、負荷トルク、等）に合わせて、カップリングの性能を試験することができるカップリング試験装置及び方法を提供する。
【解決手段】水平な基準軸Ｚ−Ｚに対しほぼ同軸上に位置する駆動軸１２を有しこの駆動軸を予め設定された回転速度Ｎで速度制御する駆動用電動機１０と、基準軸Ｚ−Ｚとほぼ同軸上に駆動軸１２と対向する被駆動軸２２を有しこの被駆動軸２２を予め設定された回転トルクＴでトルク制御する負荷用電動機２０と、基準軸上に位置しカップリング１（１Ａ，１Ｂ）を介して駆動軸１２と被駆動軸２２を連結する連結装置３０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転動力を伝達するカップリングを試験するカップリング試験装置及び方法に関する。

クレーン等では、駆動源である電動機から被駆動部材である昇降台車等まで回転動力を伝達するために、通常多数の軸継手（以下、「カップリング」という）が用いられる。

カップリング（軸継手）は同軸上に配置された２つの軸を連結する部材であり、種々の構造のものが従来から知られている（例えば、特許文献１、２）。

特許文献１は、静的捩じりトルクを向上できる弾性カップリング装置を目的とする。
そのため、この装置は、中間軸５０とその軸線方向の両側の自在継手５１の一方との間に弾性カップリング体５２を介在し、中間軸５０又は自在継手５１側の第１回転体５３に複数の遊嵌部５４を回転方向に略等間隔を置いて設け、自在継手５１又は中間軸４側の第２回転体５５に、所定以上の捩じりトルクがかかったときに弾性カップリング体５２の捩れにより各遊嵌部５４の内周面に当接してトルクを伝達する複数のストッパピン５６を備え、ストッパピン５６の遊嵌部５４の内周面に当接した後の脱落を防止する脱落防止部５７を各遊嵌部５４に対応して第１回転体５３に設ける。また脱落防止部５７はストッパピン５６の遊嵌部５４の内周面に当接した状態での脱落方向への滑りを防止する滑り防止部５８を備えるものである。

特許文献２は、従来のタービン発電機の実負荷試験を負荷返還方式を適用した場合に、発電機側回転子６２と負荷用電動機側回転子６３とを連結する軸継手６１の発電機側と負荷用電動機側の締付ボルトの配置の基準線が一致していたため、発電機と負荷用電動機の磁極中心間の位相を変えた出力試験を行うとき、大まかな位相差しか設定できない問題点を解消することを目的とする。
そのため、この装置は、軸継手６１の一方の端部６６と他方の端部６８に設けられた複数の締付用ボルト孔数が異なり、軸継手６１の一方の端部６６に連結される回転機の基準軸線６７と他方の端部６８に連結される回転機の基準軸線６９とが周方向に位相をずらして連結されるものである。

特開２００５−２２０９３５号公報、「弾性カップリング装置」 特開２００６−３４９０５２号公報、「回転機の軸継手」

従来、カップリングの性能試験は、実機（クレーン等）を用いて実施する必要があった。そのため、従来のカップリング性能試験は、全体として大掛かりな試験設備となり、多くの費用と時間が必要となる問題点があった。
また、実機を使用する従来の性能試験は、カップリングの使用条件（芯振れ量、面振れ量、回転数、負荷トルク、等）を自由に設定できないため、これらの使用条件の影響を正確に把握することが、ほとんど不可能であった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、実機や大掛かりな試験設備を用いることなく、実機の使用条件（芯振れ量、面振れ量、回転数、負荷トルク、等）に合わせて、カップリングの性能を正確に試験することができるカップリング試験装置及び方法を提供することにある。

本発明によれば、水平な基準軸に対しほぼ同軸上に位置する駆動軸を有し、該駆動軸を予め設定された回転速度で速度制御する駆動用電動機と、
前記基準軸とほぼ同軸上に前記駆動軸と対向する被駆動軸を有し、該被駆動軸を予め設定された回転トルクでトルク制御する負荷用電動機と、
前記基準軸上に位置し、カップリングを介して前記駆動軸と被駆動軸を連結する連結装置とを備える、ことを特徴とするカップリング試験装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記駆動用電動機は、回転速度検出用のエンコーダを有する駆動用サーボモータと、該駆動用サーボモータを速度制御する駆動用モータドライバとからなり、
前記負荷用電動機は、回転速度検出用のエンコーダを有する負荷用サーボモータと、該負荷用サーボモータをトルク制御する負荷用モータドライバとからなる。

また、前記連結装置は、前記基準軸を中心に回転可能に支持された中間軸と、該中間軸の一端部と駆動軸を連結する駆動側カップリングと、該中間軸の他端部と被駆動軸を連結する被駆動側カップリングとを有する。

さらに、駆動用電動機及び／又は負荷用電動機を、基準軸に対して軸方向移動、直交方向移動、及び／又は傾動させる電動機移動装置を備える、ことが好ましい。

また本発明によれば、水平な基準軸に対しほぼ同軸上に位置する駆動用電動機の駆動軸と、前記基準軸とほぼ同軸上に前記駆動軸と対向して位置する負荷用電動機の被駆動軸とを、カップリングを介して連結し、
前記駆動用電動機を予め設定された回転速度で速度制御し、
前記負荷用電動機を予め設定された回転トルクでトルク制御する、ことを特徴とするカップリング試験方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、駆動用電動機及び／又は負荷用電動機を、基準軸に対して軸方向移動、直交方向移動、及び／又は傾動させて、芯振れ量及び／又は面振れ量を設定する。

上記本発明の装置及び方法によれば、駆動用電動機を速度制御することでカップリングの回転速度を設定でき、負荷用電動機をトルク制御することでカップリングの伝達トルクを設定することができる。
従って、実機や大掛かりな試験設備を必要とせず、実機の使用条件（芯振れ量、面振れ量、回転数、負荷トルク、等）に合わせて、カップリングの性能を簡単かつ正確に試験することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明のカップリング試験装置の全体構成図である。
この図において、本発明のカップリング試験装置は、駆動用電動機１０、負荷用電動機２０、及び連結装置３０を備える。

駆動用電動機１０は、水平な基準軸Ｚ−Ｚに対しほぼ同軸上に位置する駆動軸１２を有する。水平な基準軸Ｚ−Ｚは、この例では、連結装置３０の水平な軸線である。また、駆動軸１２は、基準軸Ｚ−Ｚと一致するのが好ましいが、カップリング１を介して連結できる限りで、芯振れ及び面振れがあってもよい。
またこの例で駆動用電動機１０は、回転速度検出用のエンコーダ１４を有する駆動用サーボモータ１６と、駆動用サーボモータ１６を速度制御する駆動用モータドライバ１８とからなり、駆動軸１２を予め設定された回転速度Ｎで速度制御するようになっている。
予め設定された回転速度Ｎは、一定速度（例えば１５５０ｒｐｍ）でもよく、あるいは実機（クレーン等）を想定して、任意に変化させてもよい。

負荷用電動機２０は、基準軸Ｚ−Ｚとほぼ同軸上に駆動軸１２と対向する被駆動軸２２を有する。駆動軸２２は、基準軸Ｚ−Ｚと一致するのが好ましいが、カップリング１を介して連結できる限りで、芯振れ及び面振れがあってもよい。
またこの例で負荷用電動機２０は、回転速度検出用のエンコーダ２４を有する負荷用サーボモータ２６と、負荷用サーボモータ２６をトルク制御する負荷用モータドライバ２８とからなり、被駆動軸２４を予め設定された回転トルクＴでトルク制御する。
予め設定された回転トルクＴは、一定トルクでもよく、あるいは実機（クレーン等）を想定して、任意に変化させてもよい。

連結装置３０は、基準軸Ｚ−Ｚ上に位置し、カップリング１を介して駆動軸１２と被駆動軸２２を連結する。
この例において、連結装置３０は、基準軸Ｚ−Ｚを中心に２つの軸受３３で回転可能に支持された中間軸３２と、中間軸３２の一端部３２ａと駆動軸１２を連結する駆動側カップリング１Ａと、中間軸３２の他端部３２ｂと被駆動軸２２を連結する被駆動側カップリング１Ｂとを有する。
２つの軸受３３は、軸受支持台３５を介して、フレーム３６の上面に固定されている。軸受３３は、中間軸３２の回転を支持できる限りで、任意の形式（ボール軸受、ローラ軸受、すべり軸受等）であってもよい。
図１の例において、駆動側カップリング１Ａと被駆動側カップリング１Ｂは、それぞれブレーキディスク付きカップリングである。このカップリングは、ゴム付カップリングボルトで連結するため、長期使用によりゴムが劣化する可能性がある。しかし、本発明はこれに限定されず、任意のカップリングを試験対象とすることができる。

また、この例において、中間軸３２の中央部には、実機の慣性２次モーメントを想定したウエイト３７が固定されている。このウエイト３７を用いることにより、加速・減速時にカップリングに作用する負荷を増加させることができる。
なお、この例では、中間軸３２は１本のみであるが、２本以上の中間軸をそれぞれ２つの軸受で回転可能に支持し、中間軸間を別の中間カップリングで連結してもよい。

図１において、本発明のカップリング試験装置は、さらに、駆動用電動機１０及び／又は負荷用電動機２０を、基準軸Ｚ−Ｚに対して軸方向移動、直交方向移動、及び／又は傾動させる電動機移動装置４０を備える。
この例において、電動機移動装置４０は、駆動用電動機１０又は負荷用電動機２０を固定する電動機ブラケット４２と、電動機ブラケット４２とフレーム３６の上面との間に位置するブラケット移動台４４とからなり、ブラケット移動台４４の４つの側面（前後と左右）に設けられた水平な調整ボルト４６により、電動機ブラケット４２を基準軸Ｚ−Ｚに対して軸方向移動、直交方向移動、及び／又は傾動させるようになっている。
電動機ブラケット４２を移動させた後、図示しない固定装置（ボルト、ナット等）により、電動機ブラケット４２をフレーム３６に強固に締結する。

上述した装置を用いて、本発明のカップリング試験方法は、
（Ａ） 水平な基準軸Ｚ−Ｚに対しほぼ同軸上に位置する駆動用電動機１０の駆動軸１２と、基準軸Ｚ−Ｚとほぼ同軸上に駆動軸１２と対向して位置する負荷用電動機２０の被駆動軸２２とを、カップリング１（１Ａ，１Ｂ）を介して連結し、
（Ｂ） 駆動用電動機１０を予め設定された回転速度Ｎで速度制御し、
（Ｃ） 負荷用電動機２０を予め設定された回転トルクＴでトルク制御する。

また、この方法の実施の際に、駆動用電動機１０及び／又は負荷用電動機２０を、基準軸Ｚ−Ｚに対して軸方向移動、直交方向移動、及び／又は傾動させて、芯振れ量及び／又は面振れ量を調整するのがよい。

上述した本発明の装置及び方法によれば、２台の電動機（駆動用電動機１０と負荷用電動機２０）を、試験対象であるカップリング１（１Ａ，１Ｂ）で連結して、駆動用電動機１０を速度制御、負荷用電動機２０をトルク制御することで必要な回転速度で必要な負荷トルクをカップリング１（１Ａ，１Ｂ）に与えることができる。
また、機器の使用条件に合わせて、電動機移動装置４０より、芯振れ量、面振れ量、回転数、負荷トルクを設定し、実機同様の条件下でカップリングの性能を試験することができる。
なお、本発明において、カップリングの性能とは、カップリングの寿命、摩耗量、カップリングボルトのゴム部のへたり、等（以下、寿命等）を意味し、これらの性能は、所定の時間経過後に、カップリングを分解し、各部の寸法を計測し、或いは各部の劣化を検査することで把握することができる。
しかし、本発明において、カップリングの性能は寿命等に限定されず、その他の性能を含むものである。

従って、本発明によれば、カップリング１（１Ａ，１Ｂ）の寿命等の性能を、必要な条件を試験装置に設定することで、実態に合った試験ができる。
またカップリングの性能試験を、実機を使用せずに行うことが可能となり、試験費用の削減や検討時間の短縮等が期待できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されない。すなわち本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明のカップリング試験装置の全体構成図である。 特許文献１の弾性カップリング装置の模式図である。 特許文献２の軸継手の模式図である。

符号の説明

・ １Ａ，１Ｂ カップリング、
１０ 駆動用電動機、１２ 駆動軸、１４ エンコーダ、
１６ 駆動用サーボモータ、１８ 駆動用モータドライバ、
２０ 負荷用電動機、２２ 被駆動軸、２４ エンコーダ、
２６ 負荷用サーボモータ、２８ 負荷用モータドライバ、
３０ 連結装置、３２ 中間軸、３３ 軸受、
３５ 軸受支持台、３６ フレーム、３７ウエイト、
４０ 電動機移動装置、４２ 電動機ブラケット、
４４ ブラケット移動台、４６ 調整ボルト

Claims (6)

1. 水平な基準軸に対しほぼ同軸上に位置する駆動軸を有し、該駆動軸を予め設定された回転速度で速度制御する駆動用電動機と、
   前記基準軸とほぼ同軸上に前記駆動軸と対向する被駆動軸を有し、該被駆動軸を予め設定された回転トルクでトルク制御する負荷用電動機と、
   前記基準軸上に位置し、カップリングを介して前記駆動軸と被駆動軸を連結する連結装置とを備える、ことを特徴とするカップリング試験装置。
2. 前記駆動用電動機は、回転速度検出用のエンコーダを有する駆動用サーボモータと、該駆動用サーボモータを速度制御する駆動用モータドライバとからなり、
   前記負荷用電動機は、回転速度検出用のエンコーダを有する負荷用サーボモータと、該負荷用サーボモータをトルク制御する負荷用モータドライバとからなる、ことを特徴とする請求項１に記載のカップリング試験装置。
3. 前記連結装置は、前記基準軸を中心に回転可能に支持された中間軸と、該中間軸の一端部と駆動軸を連結する駆動側カップリングと、該中間軸の他端部と被駆動軸を連結する被駆動側カップリングとを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のカップリング試験装置。
4. 駆動用電動機及び／又は負荷用電動機を、基準軸に対して軸方向移動、直交方向移動、及び／又は傾動させる電動機移動装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のカップリング試験装置。
5. 水平な基準軸に対しほぼ同軸上に位置する駆動用電動機の駆動軸と、前記基準軸とほぼ同軸上に前記駆動軸と対向して位置する負荷用電動機の被駆動軸とを、カップリングを介して連結し、
   前記駆動用電動機を予め設定された回転速度で速度制御し、
   前記負荷用電動機を予め設定された回転トルクでトルク制御する、ことを特徴とするカップリング試験方法。
6. 駆動用電動機及び／又は負荷用電動機を、基準軸に対して軸方向移動、直交方向移動、及び／又は傾動させて、芯振れ量及び／又は面振れ量を設定する、ことを特徴とする請求項５に記載のカップリング試験方法。

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