JP3190761U - 振動・衝撃試験装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この振動試験装置は、例えば、トラックなどの車両よる輸送物の陸上輸送中に、路面の凸凹や段差などを乗り越えるときに発生する上下方向の振動、カーブに差し掛かった時に発生する左右方向の振動、そして、急発進や急ブレーキなどの加速時や減速時に発生する前後方向の振動による合成振動を模擬的に再現して輸送物の振動試験を行うように構成されている。つまり、振動試験装置の載置テーブル(振動台)上に載せられた被試験物(供試体)に、上下方向、左右方向、前後方向の3軸方向同時に振動を負荷可能として振動試験を行うように構成されている。
これにより、輸送物が輸送中に受ける上下左右前後方向の再現された加振力による振動(振動加速度)を輸送物に負荷して、輸送物の損傷否か、その損傷度合などを確認するなどにより、振動に対する輸送物の強さ(耐振)を評価するものである。
この衝撃試験装置は、例えば、トラックなどの車両が走行中、歩道と車道との間の高低差のある段差などを乗り越えるときなどにおいて輸送物が車両荷台上で飛び跳ねたり、輸送物同士がぶつかるなどで単発的、短時間の間に発生する強い力、衝撃力を再現して輸送物の衝撃試験を行うものである。つまり、輸送物の衝撃強さを評価するものである。
また、従来技術では、専用試験装置を用いて振動試験と衝撃試験とを個々に行う必要があることで、それぞれの試験を行う前に煩雑な段取り作業が必要になり、非能率で試験時間が掛るという問題もある。
前記衝撃試験用駆動機は、動力伝達手段を介して前記テーブル受け台を押し上げ上昇可能と成し、前記動力伝達手段は、縦方向に係脱連繋可能に形成されて、前記衝撃試験用駆動部からの動力を受けた係合連繋状態にて前記テーブル受け台を押し上げ上昇させるとともに、当該上昇限において係合連繋状態が脱離されることで、前記テーブル受け台を前記装置機枠上に自重落下させるように構成されていることを特徴とする。
また、前記動力伝達手段は、前記衝撃試験用駆動機の出力軸側に取り付けられるカムと、前記テーブル受け台の下面側に取り付けられて前記カムの回転に伴いカム外周(輪郭曲線)に沿って係合連繋するとともに当該カム外周の外周頂点(カム頂点)に位置した時点で当該外周頂点から脱離落下するカムフォロアとから構成されたカム機構であること、前記衝撃試験用駆動機は、電動モータであり、当該電動モータの出力軸に取り付けられたカムの回転変位位置を少なくとも検出するセンサが備えられていること、などの構成を採用することが好適なものとなる。
他方、衝撃試験用駆動機を駆動させることで、当該駆動機の動力を受けて縦方向に係合連繋状態にある動力伝達手段によりテーブル受け台を水平上昇および/または片側斜め上昇させ、当該上昇限における動力伝達手段の係合連繋状態の脱離によってテーブル受け台を装置機枠上に自重落下させることができる。つまり、テーブル受け台の自重落下によって載置テーブル上の被試験物に単発的、短時間の間に強い力を与える衝撃試験を行うことができる。
また、振動試験用駆動機と衝撃試験用駆動機とを同時に駆動させることで、載置テーブル上の被試験物を上下左右前後方向に振動させる振動試験と、テーブル受け台の自重落下によって載置テーブル上の被試験物に単発的、短時間の間に強い力を与える衝撃試験とを同時に行なうことができる。
図1は、本考案の実施形態に係る振動・衝撃試験装置の全体構成を、一部を除いて縦断面して示す説明図であり、図2は、同試験装置の一部を省略した状態で示す説明図であり、図3は、同試験装置の要部を拡大して示す説明図であり、図4は、同試験装置の要部をさらに拡大して示す説明図である。
なお、本実施形態で、振動・衝撃試験装置Aの方向性、例えば、後記する装置機枠1およびテーブル受け台2の前後左右の方向性において、前側は図1および図2において紙面左側、後側は図1および図2において紙面右側、そして左右・両側は図2において紙面上下方向(紙面下側が左側、紙面上側が右側)を示す。また、テーブル受け台2の前側はトラックなどの車両において車体の前側(Fr)、後側は車体の後側(Rr)、左側は車体の左側(L)、右側は車体の右側(R)を想定している。
振動・衝撃試験装置(以後、単に「試験装置」と称する)Aは、装置機枠(架台フレーム)1上に、水平上昇および/または片側斜め上昇可能に設置されるテーブル受け台2と、このテーブル受け台2上に、下面四隅の弾性部材であるコイルスプリング4を経て支持される被試験物Mの載置テーブル3と、この載置テーブル3の下面に吊持状に設置される振動試験用駆動機である加振機5と、装置機枠1内に設置されて、テーブル受け台2を共同運転で水平に押し上げ上昇、または、単独運転で片側斜めにそれぞれ押し上げ上昇させる衝撃試験用駆動機である2基の電動モータ6,7とから構成されている。
なお、本実施形態では、テーブル受け台2を装置機枠1上に、後記の図5に示すように、水平上昇可能で、また、後記の図6および図7に示すように、前側と後側をそれぞれ斜め上昇可能に設置してなる。
装置機枠1は、アングル(チャンネル)材などを用いて適宜の高さで前後方向(図1および図2において紙面左右方向)に長い平面視で形状に枠組み形成されている。そして、装置機枠1は、枠下面の四隅部分に、移動用車輪(キャスタ)8と、振動試験および衝撃試験を行うときに、移動用車輪8を浮かした状態で装置機枠1を床面などに不動・安定的に設置するための脚座9を備えている。この脚座9は、螺子部材、ナット部材などによって上下動可能に備えられている。
テーブル受け台2は、鉄板などを用いた截断と溶接などによって適宜の厚さ(高さ)で装置機枠1の平面視形状に相当する大きさの平面視で略矩形状に形成されている。また、テーブル受け台2は、前後左右の下面各辺に沿わせて角パイプ材などからなる下面部材10を囲繞状に備え、上面側には上向き開口の凹み部11を備えている。この凹み部11は、載置テーブル3の下面に設置される加振機5がテーブル受け台2に触れないように収められる開口幅と深さを有する形態にて形成されている。
これにより、振動試験時においてテーブル受け台2に触れることなく、加振機5を運転させて被試験物Mを載せた載置テーブル3を加振して振動試験を遂行させることができる。
昇降支持機構13は、テーブル受け台2の下面前後位置において軸受機構14を介してそれぞれ配設される前後の昇降支持部13aと、この昇降支持部13aの後記する垂直部材13a−1を上下動可能に支持するガイド部13bとから構成されている。
昇降支持部13aは、ガイド部13bを介して装置機枠1の左右両側の枠内に昇降動可能に取り付け支持される左右の垂直部材13a−1と、この両垂直部材13a−1上間にわたり架橋状に取り付けられる縦断面視(輪切り断面視)で略下向きL字状の横架部材13a−2とから略門型形状に形成されている(図3参照)。
ガイド部13bは、装置機枠1の左右両側の枠内側に取付け部材15を介して垂直に取り付けられるレール部材13b−1と、このレール部材13b−1を幅方向に挟持するように取り付けられて当該レール部材13b−1に上下スライド可能とするスライド部材13b−2とから形成され、スライド部材13b−2に昇降支持部13aの垂直部材13a−1が取り付け支持されるようになっている(図2および図3参照)。
軸受機構14は、昇降支持部13aの横架部材13a−2上に取り付けられる第1受け部材14aと、この第1受け部材14aを挟み込むようにその両側に位置してテーブル受け台2の下面に取り付けられる一対の第2受け部材14bと、第1受け部材14aを挿通して第2受け部材14b間にわたり取り付けられて両部材14a,14bをヒンジの如く連結する軸部材14cとから形成されている。
第1受け部材14aは、軸部材14cが挿通内在される軸挿通口16を備えている。この軸挿通口16は、軸部材14cが軸径方向に自由に遊動し得る大きさの口径(開口)を有する四角形状のバカ孔である。この軸挿通口16を貫通して一対の第2受け部材14bから突出する軸部材14cの両端部はワッシャを介してレンチボルトなどにて第2受け部材14bに止着されている。また、第1受け部材14aの軸挿通口16内に位置する軸部材14cの外周には潤滑性などを有する材料からなるブッシュ部材(筒部材)17が被嵌状に備えられている。
このように形成されている軸部材14cと軸挿通口16との関係により、テーブル受け台2を押し上げ上昇させて行う衝撃試験時において、装置機枠1や後記するカム機構19のカム19aやカムフォロア19bなどに直接落下衝撃力が伝わらないように、当該衝撃力を第1受け部材14aの軸挿通口16内における軸部材14cの流動的な動き(遊動)によって逃がす(緩和する)ように工夫されている。また、軸部材14cの流動的な動きによって、テーブル受け部材2は装置機枠1上に自重落下(重力落下)したときに跳ね上がる動きを成すように工夫されている。
載置テーブル3は、鉄板などを用いた折り曲げ加工などによってテーブル受け台2の平面視形状に相当する大きさに形成されている。この載置テーブル3は、下面四隅にコイルスプリング4を下向きに備え、このコイルスプリング4によってテーブル受け台2上に水平状(当該テーブル受け台2と平行)に支持される。
これにより、加振機5により載置テーブル3が加振されるとともに、同加振による振動がコイルスプリング4に吸収されてテーブル受け台2側に伝わらないようにしている。そして、載置テーブル3は、被試験物Mを固定状に保持させるためのL形保持具18などを備えている。
加振機5は、具体的な構造説明図を省略しているが、例えば、回転駆動機内蔵部と偏心フライホイル内蔵部からなり、モータなどの駆動機の回転軸と、この回転軸に一体連動状の偏心フライホイルとの重量アンバランスによる回転数に見合った周波数の振動を発生するように構成された回転式振動発生機である。
また、加振機5は、回転駆動機内蔵部側に設けた取付け脚部を、載置テーブル3の下面ほぼ中央部位に駆動機の回転軸線が前後方向に沿うように重心バランスを整えて取り付けることで、偏心フライホイルの首振り回転により上下方向(Z軸方向)、左右方向(X軸方向)、前後方向(Y軸方向)の振動を載置テーブル3に同時に負荷可能とするものである。つまり、加振機5は、載置テーブル3上の被試験物MをXYZの3軸同時振動で負荷(加振)可能に構成されている。
2基の電動モータ6,7は、IPMブレーキ付ギアモータである。この2基の電動モータ6,7は、図1および図2に示すように、装置機枠1の枠内底部において、テーブル受け台2を上下昇降動可能に支持する昇降支持機構13の昇降支持部13aとガイド部13bが取り付けられている装置機枠1の枠内前後位置に出力軸6a,7aを対応位置させた状態で装置機枠1内底部の前後位置で並列状にそれぞれ設置される。
このように位置向き関係で装置機枠1内の底部に設置された2基の電動モータ6,7の出力軸6a,7aと、テーブル受け台2を動力伝達手段であるカム機構19によって縦方向(上下方向)に係脱連繋可能に連結する。
カム機構19は、電動モータ6,7の出力軸6a,7aの回転運動を、テーブル受け台2を押し上げ上昇させる縦方向の上下運動に変換するとともに、テーブル受け台2を押し上げ上昇させるときには縦方向の係合連繋状態が保たれ、テーブル受け台2を押し上げ上昇限まで押し上げた時点では係合連繋状態が脱離されるように構成されている。
このカム機構19は、電動モータ6,7のそれぞれの出力軸6a,7aに取り付けられるカム19aと、テーブル受け台2の下面側にそれぞれ取り付けられてカム19aの回転に追従して後記するカム外周20に沿って縦方向(上下方向)に係合連繋するカムフォロア19bとから構成されている。
カム19aは、所定の板厚を有する板カム(周縁カム)である。このカム19aは、出力軸6a,7aに回転不動に取り付けられる回転軸芯の小径外周21から円周径方向(半径方向)の所定寸法位置の外周頂点(カム頂点)Pに向けて円周略半円形状に連設させたカム外周(輪郭曲線、カム円周)20を備えている。
そして、カム19aは、外周頂点Pから小径外周21に向けて鋭角の直線状に連設された脱離落下部(落下崖部)22を備えた形態に形成されている。
カムフォロア19bは、電動モータ6,7の出力軸6a,7aに取り付けられたカム19aの真上に位置するテーブル受け台2の下面前後位置において、カム外周20の回転円周軌道線上内にそれぞれ取付け機構27を介して垂下状にそれぞれ取り付け配置される。
これにより、カムフォロア19bは、出力軸6a,7aから受ける動力により出力軸6a,7aと一体に回転するカム19aのカム外周20に追従係合した連繋状態で、当該カム外周20に沿って縦方向(上下方向)に押し上げられるとともに、カム外周20の外周頂点Pと位置した時点で、当該外周頂点Pから脱離落下部22に沿って小径外周21へと脱離落下するようになっている。つまり、カム19aが1回転する毎にカム外周20の外周頂点Pからカムフォロア19bが脱離落下することで、テーブル受け台2が押し上げ上昇限から装置機枠1上に自重落下(重力落下)するようになっている。
取付け機構27は、図2および図3に示すように、カムフォロア19bを回転可能に軸支するL形部材27aと、このL形部材27aを上下動可能に支持する移動軸部材27bと、この移動軸部材27bをテーブル受け台2の下面に対して支持するホルダ部材27cと、カムフォロア19bがカム19aのカム外周20方向に対する向きを常に保つための昇降軸上限ワッシャ27dおよび昇降軸ガイド27eから構成されている。また、取付け機構27は、移動軸部材27bをホルダ部材27cに対して係止ロックするためのクランプレバー27fを備えている。
これにより、カムフォロア19bのテーブル受け台2からの垂下寸法(距離)を任意に調節変更できるようにしてある。つまり、衝撃試験を行う際のテーブル受け台2の装置機枠1上から押し上げ上昇高さを、被試験物(輸送物)Mの形態や種類などに応じて任意に調節することで、被試験物Mの形態や種類などに応じて与える落下衝撃力の強さ(大きさ)を容易に変更することができるようにしている。
センサ28は、投光部と受光部がコの字形(溝型)にセットされているフォト・マイクロセンサ(光センサ)である。このセンサ28は、出力軸6a,7aの回転周りに位置して支持部材30により取り付け配置されて、出力軸6a,7a側に取り付けられている検出板(トグ)29が、出力軸6a,7aの回転により投光部と受光部との間を通過することで、カム19aの回転姿勢(回転方向性)を検出するようになっている。
つまり、センサ28は、両電動モータ6,7に装置制御部を介してそれぞれ接続されており、カム19aの出力軸6a,7aに対する軸周り取付け方向に対し、軸周り対称位置関係で出力軸6a,7aに取り付けられている検出板29が投光部と受光部との間を位置通過するときのカム19aの回転位置信号(出力軸6a,7aの回転信号)を装置制御部に逐次出力するように構成されている。
これにより、2基の電動モータ6,7の出力軸6a,7aに取り付けられたカム19aの回転姿勢を常に同じ回転対称位置関係にて2基の電動モータ6,7を同時に運転させた被試験物Mの衝撃試験を行うことができる。つまり、図5に示すように、2基の電動モータ6,7を同時に運転させてテーブル受け台2を水平に押し上げ上昇させた後に、当該上昇限からテーブル受け台2を装置機枠1上に水平に自重落下させて行う被試験物Mの水平落下衝撃試験を確実に実行(遂行)させることができる。
ショックアブソーバ31は、オイルによるダンパ方式やバネなどの弾性体によるダンパ方式などからなる筒式ショックアブソーバであり、図3に示すように、昇降支持機構13の昇降支持部13aを受け止めるように、当該昇降支持部13aの垂直部材13a−1の下端下方に位置して取付け部材15にL型部材32を介して取り付け配置される。
つぎに、以上のように構成されている本実施形態に係る試験装置Aによる被試験物Mの振動試験および衝撃試験について説明する。
図5〜図7は、衝撃試験において、テーブル受け台を水平に押し上げ上昇させた状態と片側斜めに押し上げ上昇させた状態を示す説明図である。ここでは、図1を適宜参照しながら説明する。
載置テーブル3上に包装箱mをセットした後、図示省略の装置操作パネル(液晶タッチパネル)の振動運転ボタンによって加振機5を運転させて振動試験を開始する。すると、下面四隅のコイルスプリング4を経てテーブル受け台2上に支持されている載置テーブル3上の包装箱mに、上下方向(Z軸方向)、左右方向(X軸方向)、前後方向(Y軸方向)の3軸同時振動を与えながら行われる振動試験が遂行(実行)させる。このとき、被試験物Mの応じた振動試験時間にて振動試験が遂行されるものである。振動試験時間が経過した時点で振動運転ボタンによって加振機5を停止させる。
そして、カム19aのカム外周20の外周頂点Pがカムフォロア19bに係合連繋するテーブル受け台2の押し上げ上昇限に達することで、カムフォロア19bは外周頂点Pから脱離される。すると、載置テーブル3上に包装物mがセットされているテーブル受け台2は、図5に示す押し上げ上昇限から図1に示す装置機枠1上に水平に自重落下(重力落下)する。これにより、テーブル受け台2の水平落下により載置テーブル3上の包装物mに単発的、短時間の間に強い力を与える水平落下衝撃試験が遂行される。
そして、カム19aのカム外周20の外周頂点Pがカムフォロア19bに係合連繋するテーブル受け台2の押し上げ上昇限に達することで、カムフォロア19bは外周頂点Pから脱離される。すると、載置テーブル3上に包装物mがセットされているテーブル受け台2は、図6に示す前側斜め押し上げ上昇限から図1に示すに装置機枠1上に斜めに自重落下(重力落下)する。すなわち、テーブル受け台2の前側斜め自重落下により載置テーブル3上の包装物mに、斜め押し上げにより単発的、短時間の間に強い力を与える斜め落下衝撃試験が遂行される。
また、電動モータ6,7の双方またはいずれか一方を運転させることで、電動モータ6,7の動力を受けて係合連繋状態にあるカム機構19のカム19aとカムフォロア19b、カムフォロア19bの取付け機構27によりテーブル受け台2を水平上昇または片側斜めに上昇させ、当該上昇限におけるカム19aに対するカムフォロア19bの係合連繋状態の脱離によって、テーブル受け台2を装置機枠1上に自重落下させる落下衝撃試験を遂行させることができる。つまり、テーブル受け台2の自重落下(重力落下)によって載置テーブル3上の包装物mに単発的、短時間の間に上下水平または上下斜め方向の強い力を与える衝撃試験を遂行させることができる。
すなわち、装置操作パネルには振動試験と衝撃試験とを同時に遂行させるための振動・衝撃同時運転ボタンが備えられている。そして、この振動・衝撃同時運転ボタンは、振動・水平衝撃同時運転ボタン、振動・前側斜め衝撃同時運転ボタン、振動・後側斜め衝撃同時運転ボタンからなり、これらいずれかの運転ボタンを選択することで、振動試験用の加振機5と、衝撃試験用の電動モータ6,7の双方またはいずれか一方とを同時に運転させることができるように構成されている。
これにより、載置テーブル3上の包装物mに、上下左右前後方向の3軸同時振動を与えながら行う振動試験と、テーブル受け台2の水平または片側斜め自重落下による載置テーブル3上の包装物mに、単発的、短時間の間に強い力を与える水平落下衝撃試験または片側斜め落下衝撃試験とを同時に遂行させることができる。
すなわち、装置操作パネルには水平落下衝撃試験と片側斜め落下衝撃試験とを交互に遂行させるための水平・斜め交互運転ボタンを備えている。
そして、この水平・斜め交互運転ボタンは、水平・前側斜め交互運転ボタン、水平・後側斜め交互運転ボタン、そして水平・前側および後側斜め交互運転ボタンからなり、これらいずれかの運転ボタンを選択することで、電動モータ6,7双方を同時運転、電動モータ6,7の一方のみの運転、または、電動モータ6,7双方の交互運転を開始させることができるように構成されている。
これにより、例えば、水平落下衝撃試験と前側斜め落下衝撃試験とを交互に、または、水平落下衝撃試験と前側および後側斜め落下衝撃試験とを交互に遂行させることができる。この場合、各落下衝撃試験を一回毎交互に、または、数回毎交互に運転を切り換えながら遂行させることができる。つまり、装置制御部のマイクロコンピュータに、一回毎の交互運転切り換えと数回毎の交互運転切り換えとの運転動作パターンのプログラムを設定することで遂行させることができるように構成されている。
すなわち、片側斜め落下衝撃試験において、前側斜め落下衝撃試験と後側斜め落下衝撃試験とを交互に遂行させるための前側・後側斜め交互運転ボタンを装置操作パネルに備えている。この場合も、前記と同様に、一回毎交互に、または、数回毎交互に運転を切り換えながら片側斜め落下衝撃試験を遂行させることができる。
例えば、衝撃試験用駆動機として、電気式サーボモータを用いた場合にはセンサ28は必要としない。つまり、サーボモータが有する機械的な位置や角度などの制御によって電動モータ6側のカム19aと電動モータ7側のカム19aとの回転姿勢を常に同じ回転対称位置関係に保つことや、落下衝撃試験における前記詳述の衝撃パターンや回数などの制御を可能とすることができる。
1 装置機枠
2 テーブル受け台
3 載置テーブル
4 コイルスプリング(弾性部材)
5 加振機(振動試験用駆動機)
6,7 電動モータ(衝撃試験用駆動機)
6a,7a 出力軸
13 昇降支持機構
13a 昇降支持部
13a−1 垂直部材
13a−2 横架部材
13b ガイド部
13b−1 レール部材
13b−2 スライド部材
14 軸受機構
14a 第1受け部材
14b 第2受け部材
14c 軸部材
19 カム機構(動力伝達手段)
19a カム
19b カムフォロア
20 カム外周
21 小径外周
22 脱離落下部
P 外周頂点
28 センサ
29 検出板(トグ)
M 被試験物
Claims (4)
- 装置機枠上に、水平上昇および/または片側斜め上昇可能に設置されるテーブル受け台と、
下面四隅の弾性部材を経て前記テーブル受け台上に支持される被試験物の載置テーブルと、
該載置テーブルの下面に設置されて当該載置テーブルに振動を負荷可能とする振動試験用駆動機と、
前記装置機枠に設置されて前記テーブル受け台を押し上げ上昇させる衝撃試験用駆動機と、を備え、
前記衝撃試験用駆動機は、動力伝達手段を介して前記テーブル受け台を押し上げ上昇可能と成し、
前記動力伝達手段は、縦方向に係脱連繋可能に形成されて、前記衝撃試験用駆動機からの動力を受けた縦方向の係合連繋状態にて前記テーブル受け台を押し上げ上昇させるとともに当該上昇限において係合連繋状態が脱離されることで、前記テーブル受け台を前記装置機枠上に自重落下させるように構成されていることを特徴とする振動・衝撃試験装置。 - 前記テーブル受け台は、前後の昇降支持機構により前記装置機枠上に昇降動可能に支持されて前記動力伝達手段を介して押し上げ上昇可能と成し、
前記昇降支持機構は、前記テーブル受け台の下面前後位置にそれぞれ配設される前後の昇降支持部と、該昇降支持部側と前記装置機枠側に取り付けられて前記昇降支持部を上下動可能に支持するガイド部とからなり、
前記昇降支持部と前記テーブル受け台との間には、当該テーブル受け台の前側と後側をそれぞれ傾動可能に軸支する前後の軸受機構が介装されていることを特徴とする請求項1に記載された振動・衝撃試験装置。 - 前記動力伝達手段は、前記衝撃試験用駆動機の出力軸側に取り付けられるカムと、
前記テーブル受け台の下面側に取り付けられて前記カムの回転に追従してカム外周に沿い縦方向に係合連繋するとともに当該カム外周の外周頂点に位置した時点で当該外周頂点から脱離落下するカムフォロアと、から構成されたカム機構であることを特徴とする請求項1または2に記載された振動・衝撃試験装置。 - 前記衝撃試験用駆動機は、電動モータであり、当該電動モータの出力軸に取り付けられたカムの回転変位位置を少なくとも検出するセンサが備えられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載された振動・衝撃試験装置。
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