JP5222363B2 - 回転運動を種々の振幅の往復運動に変換する駆動部を有する試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、加工対象物用の固定された第一の締め付け装置と、移動可能な第二の締め付け装置と、移動する第二の締め付け装置のための駆動部を有し、前記駆動部が、第二の締め付け装置が回転可能な態様により設置されたロッカーを有し、前記ロッカーの二つの終端が回転可能に装着された接続ロッドにそれぞれ接続されており、かつ前記接続ロッドの自由端がそれぞれクランク機構に連結されている、加工対象物の静的及び動的試験のための試験装置に関する。

試験装置はクランク機構によるストロークの生成の原理に基づいている。ストロークはいくつかの構成部品の試験のための動作中に連続的に制御されなければならず、そのため調製可能でなければならないので、単純であって、加えて可能な限り摩耗がない作動中の調節の手段が必要である。

動作中に振幅を調節する手段は、英国特許番号４５０，３４７から知られている。この装置においては、ロッカーは二つのカムによって動かされる。互いに対するカムの位相位置の調節は、カムの動程のゼロから二倍までの異なる往復運動（ストローク）を生じさせる。この配置の欠点は、スライドブロックの必要性である。これらは反対圧力を支持しなければならず、同時に各ストローク中の重大な相対的移動に従い、高い磨耗が期待され得ることを意味する。

例えばフランス特許番号１ ３８８ ９２５において、この基本的原理の問題は認識されており、二つの接続ロッドによってロッカーへの連結を行うことにより克服された。しかし、この機構はそれとともに求められる程の小さなストロークを生み出すことが可能ではないとの欠点を有する。これは、一方において試験機械を「始動する」ために必要である。さもなければ、サンプルに所望の負荷を受けさせるために必要な駆動エネルギーを印加することが可能でないことがあり得て、他方において最小の可能なストロークが既にサンプルの過重負荷となるほど大きくなり得るからである。

ゼロに設定され得ないストロークの問題は、合計四本のさらなる接続ロッド、又はプッシュロッドを使用することにより、 ドイツ特許番号２９ ００ ３７３ Ｃ３によって解決された。これは接続ロッドがゼロまでリセットされるのを可能にするが、その寸法の特別な幾何学的な一致は、示された原理のために必要である。使用される（そのため質量が移動させられる）接続部と構成要素は、前記原理が遊びと磨耗なしで長年運用されることを目的とする周期的な応用のために、ほとんど適合性がないように見えることを意味する。

従って、本発明は、動作中にゼロから最大値の間のストローク振幅が設定されかつ制御される、単純な構造を有し、低エネルギー消費を有し、低摩耗の傾向がある試験装置を提供する目的を有する。

上記目的は、試験装置の始動位置において、駆動接続ロッドがロッカーの終端から同一の方向に突出する、最初に述べられるタイプの試験装置によって、本発明により達成される。

本発明によると、クランク機構がロッカーの対向する側に配置されている。この配置は、接続ロッドがロッカーの終端から同一の方向に突出するための必要条件が単純な態様により達成されることを意味する。

よって、ロッカーは接続ロッドによって両方の側面から駆動され、前記接続ロッドは試験装置の始動位置においてロッカー上に均一に、すなわち、ロッカーに対して同一の角度に配置される。本発明による試験装置は、回転ベアリングを排他的に有し、そのため非常に高い磨耗を受けるスライドブロックが必要とされないという本質的な利点を有する。加えて、ゼロストロークへの設定も可能である。最後に、ロッカー、二本の接続ロッド及び二つのクランク機構に限られる少数の部品のみが必要とされる。

本発明による試験装置は、油圧サーボ又は気圧サーボ試験装置に比べて非常に低いエネルギー消費を有する。それは、油圧装置がサーボバルブにおいて高い電力損失を有し、油圧媒体が加熱する原因となり、その冷却のためにエネルギーの更なる供給を必要とするからである。加えて、油圧装置は負荷フレームとそれによって駆動される油圧シリンダーの最大容量のために設計されなければならず、その結果、中程度及び小さい試験荷重もしくは試験置換の場合、効率的に作動しない。主に圧縮器の熱の発生が原因で、サーボ空気システムのための圧縮空気の生成は、同様に非効率的である。

本発明による試験装置のために使用される部品は、標準の用途のために大量に製造され、単純な設計を有する。さらに、振動数（frequency）、負荷及び距離のような試験パラメータの選択は非常に柔軟であり、他の試験装置の設計においてしばしば見られるように共振周波数に関係しない。全ての構成要素が屈曲した柔軟なベアリング又は回転ベアリングを介して互いに接続されているため、強制的な制御が与えられる。そのため、周期的試験中の原動力（dynamics）（加速、力／距離）は、磁気的線形駆動を有する機械の場合に可能な値より高い値に設定され得る。

システム固有の不活性と、回転運動の往復運動への設計変換に起因して、例えば、高度に非線形の力／変位動作を示すサンプルの場合を含む、力、伸長若しくは変位のような入力変数の非常に高い制御品質、又は非常に単純な制御が可能である。

個々の構成部品の接合部における負荷を削減するため、又は試験頻度の増加を可能にするために、クランク機構は、調整可能なカム、特にツインカムにより設計されている。非常に小さな振幅を達成することを可能にするために、カムを調整することにより、動程は選択的にそのような小さな振幅に設定され得て、あるいは必要とされる場所においてはこの小さな振幅の二倍までの動程に設定され得る。いずれの場合においても、クランク機構の相互の角の調整により良好な調整が実行される。例えば、一つのカムが他方のカムの内部に存在する二つのカムを相互に調整することにより、ツインカムによる静的な調整が実行され、生み出されるべきゼロストロークを可能にする。

構成部品の試験は、ゼロラインの周りの振幅によってだけではなく、追加的には構成要素がその後振幅により負荷を与えられる手段であるプレストレスによってもしばしば行われる。そのため、駆動部はキャリッジに付加され、第二の締め付け装置に向かってスライドする方向における張力又は圧力により、あらかじめ圧縮応力を与えられ得る。このことは、サンプルがその後動的に負荷（重畳された周期的負荷による中間の負荷）を与えられる手段である基本張力又は圧力の形態において、与えられるべき基本負荷を実現する。ここでの力は、圧力の領域にのみ存在し、あるいは張力の領域にのみ存在し、あるいは張力と圧力が交互に与えられるような方法により分散され得る。

張力実験や疲労試験は、静的及び動的な動作タイプにおいて、本発明による試験装置によって実行され得る。さらに、試験装置とアクチュエータは、柔軟に設定及び配置され得て、負荷フレーム内の配置又は装着プレート上への装着を可能にする。

その上、互いに駆動モーターの電子的同期を通じて、複数の装置を同期させることが可能である。これは、サンプルへの多軸負荷の応用に役立つ。本発明によれば、例えばネジ切りされたスピンドル若しくは歯付きラックによって、又は油圧によって、キャリッジは機械的に移動させられる。このプレストレス力の正確な設定のために、例えば特にサンプルに接続された負荷セルについて準備が行われる。

本発明の変形例は、製造過程にある製品がサンプル又は油圧シリンダーであることを提案する。油圧シリンダーによって、例えば負荷を与えられた外部サンプルに対し、例えば変化する内圧の下において油圧媒体が応用される。

機械駆動を油圧に変換するために、油圧シリンダーを使用することにより外圧を試験されるべき構成部品に与えることも可能である。これは、油圧装置及びサーボバルブによる調整による圧力の生成よりエネルギー効率が良い。

一方、油圧媒体は、接触が困難な、又は大きな構成部品に負荷が与えられる手段である、外部の第二の油圧シリンダーにまで渡され得る。サンプルへの力の伝達のために、それぞれの場合において複数の試験装置をそれらに接続された油圧シリンダーと共に接続することによって、力は様々な方向に順に与えられ得て、例えば試験多軸負荷に対しても与えられ得る。

本発明による装置のさらなる適用領域は、とりわけ、動作中のストローク振幅の調節の手段が必要又は有用である、スタンプ機械（stamping machine）、プレス機、ポンプ、振動スクリーン、振動試験用試験機械、又は他の周期的に振動する設備である。

本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、従属請求項及び以下の説明から現れる。特に好適な図示された実施形態は、図面を参照して詳細に説明される。図面に示され、説明及び特許請求の範囲において述べられた特徴は、個々の発明又は任意の所望の組み合わせにとって本質的であり得る。

図１は、その全体が符号１０により表示される試験装置の第一の変形を示し、前記試験装置においては準静的なストローク運動、すなわち平均荷重（mean-load）設定のための第一のアクチュエータ１４が、機械スタンド１２内に設けられる。この第一のアクチュエータ１４は、堅固な接続１６を介して力変換器１８に接続され、力変換器１８は第一の締め付け装置２０において終結する。この第一の締め付け装置２０は第二の締め付け装置２２に対向して位置付けられ、第二の締め付け装置２２は周期的（動的）なストローク運動のために第二のアクチュエータ２４により駆動される。加工対象物２６、具体的にはサンプル２８は、二つの締め付け装置２０，２２の間において締め付けられる。アクチュエータ２４の位置は、サンプルの寸法に依存して、負荷フレーム３０に沿って調整可能かつ固定可能である。

図２による発明の変形においては、力変換器１８は機械スタンド１２に直接的に接続され、ここでは第二のアクチュエータ２４は第一のアクチュエータ１４によって機械スタンド１２の負荷フレーム３０に沿って移動可能に配置され、これにより加工対象物２６に加えられるべきプレストレス力又は圧力を引き起こす。

図３は、第二のアクチュエータ２４内において、その開始位置、すなわちゼロストロークに設けられる駆動部３２を示す。この駆動部３２はロッカー３４を有し、ロッカー３４の中心点３６においては屈曲した（flexurally）柔軟なベアリングを介して（例えば金属の弾性ストリップによって）、又はピボットベアリングによって、第二の締め付け装置２２が搭載される。接続ロッド４２及び４４は、ロッカー３４の自由端３８及び４０のそれぞれに回転可能に搭載される。接続ロッド４２及び４４自体は、それぞれクランク機構４６及び４８に回転可能に取り付けられる。これらのクランク機構４６及び４８は、例えば矢印５０の方向に回転することが可能であるが、矢印５０の反対方向における回転も可能である。加えて、二つのクランク機構４６及び４８の対向する方向における回転が可能である。

クランク機構４６及び４８が回転するとき、ロッカー３４の対向する側に、又はロッカー３４の中心点３６について点対称に配置された、クランク機構４６及び４８の上記の方向において、第二の締め付け装置２２は静止状態（ゼロストローク）に留まる。クランク機構４６及び４８は同時かつ一般には同一の速度にて回転することにも留意されるべきである。接続ロッド４２及び４４はロッカー３４から同一の方向に突出し、角５２及び５４が同一の大きさであることを意味する。

同様に図４は駆動部３２を示すが、クランク機構４８は時計回り方向に（数学的に負に）９０°（角５６）回転されている。二つのクランク機構４６及び４８がこの位置に同時に回転される場合、第二の締め付け装置２２は周期的に振動するストローク運動５８を完了し、これは例えば２８ｍｍである。

図５において、クランク機構４８は図３に示された位置に対して時計回り方向に１８０°（角６０）回転させられる。二つのクランク機構４６及び４８が現在回転させられる場合、第二の締め付け装置２２は再びストローク運動５８を完了するが、これは現在、例えば４０ｍｍの最大のストローク運動に対応する。図３〜５より、クランク機構４６に対するクランク機構４８の角度調節が、設定されるべきストローク運動の長さにおける変化を可能にすることは疑いもなく明白である。本発明の改良版においては、クランク機構４６もまた追加的に調節され得る。

クランク機構４６又は４８の動程（throw）の単純な調節は、例えばクランク機構４６又は４８をツインカム６２の外に形成することによって達成され得る。図６は、このタイプのツインカム６２を、三つのカム位置において斜視図により示す。ストローク調節は、第一のカムディスク１１０の偏心孔に収容されている第二のカムディスク１１２により達成され、同様にジャーナル６４は偏心して第二のカムディスク１１２に収容されている。

左方に図示されるカム位置は最大のストロークを示し、このカム位置においてジャーナル６４はツインカム６２の中心から最大の分離を採る。右方に示されるカム位置において、ジャーナル６４はツインカムの中心に正確に位置する。これは、１８０°通して回転させられている第一のカムディスク１１０と、配列を保持する第二のカムディスク１１２を通じて達成される。中央の図示は中間の位置を示し、前記位置においては第一のカムディスク１１０が反時計回りの方向に９０°回転させられる。カムディスク１１０及び１１２、並びにジャーナル６４の個々の位置は、油圧により又は機械的に固定され得る。

図７において、符号８０はクランク機構４６及び４８の角度調節のためのアクチュエータを示し、符号２４は周期的に振動するストロークを生成するための第二のアクチュエータを示す。例えば同期モーター又はサーボモーターである、駆動モーター６６もまた図示され、駆動モーター６６はトランスミッションを介して第二のクランク機構４８を直接的又は間接的に駆動する。第一のクランク機構４６は例えば歯付きベルト７０である駆動手段６８を介して駆動され、歯付きベルト７０は第二のクランク機構４８と四つの案内車７２〜７８の回りを走る。参照符号８０は例えばスピンドル駆動部８２である調節装置を示し、スピンドル駆動部８２によってキャリッジ８４が矢印８６の方向に調節される。調節装置８０によって、クランク機構４６及び４８に対するガイドロール７４及び７６の位置が変更される。この変更に起因して、クランク機構の互いに対する相対的角度位置は、短縮又は伸長されている、二つのクランク機構４６及び４８の間の駆動手段の引き伸ばされた長さを通じて調節される。キャリッジ８４が変位させられたとき、二つの案内車７４及び７６が同時に調節されるため、示された配置における駆動手段の長さは調節の場合において変化せず、ガイドロール７４及び７６の変更された位置のため、駆動手段６８の張力を調整する必要は存在しない。

図８は、本発明の試験装置の第三の変形を図示し、ここでは加工対象物２６が油圧シリンダ８８の形態にある。油圧シリンダ８８の圧力チャンバ９０及び９２は、油圧ライン１００及び１０２によって、第二の油圧シリンダ９８の圧力チャンバ９４及び９６に接続されている。第二の油圧シリンダ９８はサンプル２８上に作用し、第一の油圧シリンダ８８内において生成されたストローク運動を移転させる。これにより、例えば不十分にしか接触し得ない、又は非常に大きなサンプル２８が試験されることが可能となる。さらにその上、蓄圧器１０４及びタンク１０６が図８において明白である。前記蓄圧器及びタンク１０６への接続は、磁気弁１０８によって遮断され得る。

本発明による試験装置の第一の変形を示す。 本発明による試験装置の第二の変形を示す。 ゼロストロークにおける駆動部の原理の描写を示す。 中間ストロークにおける駆動部の原理の描写を示す。 最大ストロークにおける駆動部の原理の描写を示す。 ツインカムの種々の描写を示す。 駆動部の原理のスケッチを示す。 本発明による試験装置のさらなる変形を示す。

Claims (16)

1. 試験対象物（２６）の静的及び動的試験のための試験装置（１０）であって、
   試験対象物（２６）のための第一の締め付け装置（２０）と第二の締め付け装置（２２）、及び前記第二の締め付け装置（２２）を移動させるための駆動部（３２）を有し、
   前記駆動部（３２）は、前記第二の締め付け装置（２２）が回転可能な態様により接続されるロッカー（３４）を有し、
   前記ロッカー（３４）の二つの終端は、回転可能に搭載された接続ロッド（４２，４４）にそれぞれ接続され、
   前記接続ロッド（４２，４４）の自由端は、クランク機構（４６，４８）にそれぞれ接続され、
   クランク機構（４６，４８）がロッカー（３４）の対向する側に配置されていることと、
   前記第二の締め付け装置（２２）がゼロの振幅を有するときに、前記接続ロッド（４２，４４）が、駆動部（３２）の始動位置において、ロッカー（３４）の終端から、ロッカー（３４）の中心点から見て同一の方向に突出することを特徴とする、
   試験装置。
2. 前記第二の締め付け装置（２２）がロッカー（３４）の中心点（３６）に回転可能に搭載されていることを特徴とする、請求項１に記載の試験装置。
3. 前記第二の締め付け装置（２２）が、弾力性のある柔軟なベアリングによってロッカー（３４）の中心点（３６）に接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の試験装置。
4. 二つの前記接続ロッド（４２，４４）が、弾力性のある柔軟なベアリングによってロッカー（３４）の終端に接続されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の試験装置。
5. 前記クランク機構（４６，４８）が偏心を調整可能なカムをそれぞれ有することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の試験装置。
6. 前記クランク機構（４６，４８）が二重偏心アクチュエータ（６２）の形態であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の試験装置。
7. 前記クランク機構（４６，４８）が同一又は反対の方向に回転することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の試験装置。
8. 前記クランク機構（４６，４８）がそれら自体の電気モーターにより同一の速度においてそれぞれ駆動され得て、
   二つの前記クランク機構の所望の相対的角度位置が電気モーターの正確な位相調節により調整され得ることを特徴とする、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の試験装置。
9. 前記クランク機構（４６，４８）がそれら自体の電気モーターにより異なる速度においてそれぞれ駆動され得て、
   後続のストロークが振幅において異なることを特徴とする、
   請求項１乃至８のいずれかに記載の試験装置。
10. 前記クランク機構（４６，４８）が駆動手段（６８，７０）により互いに接続されており、
    二つの前記クランク機構（４６，４８）の間の張力を有するストリングの長さが、ガイドロール（７４，７６）の位置における変化により調整され得て、
    同様に前記ガイドロール（７４，７６）の位置における変化が前記クランク機構（４６，４８）の互いに対する角度位置における変化の結果を有することを特徴とする、
    請求項１乃至９のいずれかに記載の試験装置。
11. ネジ切りをされた（threaded）スピンドル（８２）によって、キャリッジ（８４）が機械的に又は油圧若しくは空気圧により移動させられ得て、これによりガイドロール（７４，７６）の位置が変更されることを特徴とする、請求項１０に記載の試験装置。
12. 前記第一の締め付け装置（２０）が、半静的に作用するアクチュエータ（１４）に追加的に接続されており、
    前記アクチュエータ（１４）が第二のアクチュエータ（２４）に対する前記試験対象物（２６）の移動を達成して、これにより前記試験対象物（２６）のプレストレスを生成するのに適していることを特徴とする、
    請求項１乃至１１のいずれかに記載の試験装置。
13. 周期的駆動部（３２）が動的アクチュエータユニット（２４）に統合され、
    静的アクチュエータ（１４）が前記試験対象物（２６）のプレストレスを生成するために前記動的アクチュエータ（２４）の位置を変更するように、半静的に作用するアクチュエータ（１４）が前記動的アクチュエータ（２４）に堅固に接続され、
    前記試験対象物（２６）のプレストレス上に、前記動的アクチュエータ（２４）の周期的ストロークが重ね合わされることを特徴とする、
    請求項１乃至１２のいずれかに記載の試験装置。
14. サンプル（２８）又は油圧シリンダー（８８）が試験対象物（２６）として締め付けられていることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれかに記載の試験装置。
15. 油圧シリンダー（８８）が、外部に配置された第二の油圧シリンダー（９８）を油圧により駆動することを特徴とする、請求項１４に記載の試験装置。
16. 複数の試験装置（１０）の負荷が、前記駆動部（３２）の電子的同期を通じて、同期的に又は意図的に非同期的に、試験対象物（２６）又はサンプル（２８）上に同時に作用することを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれかに記載の試験装置。

Images