TWI570404B - 扭轉測試機 - Google Patents

Description

扭轉測試機

本發明係關於一種對受測體賦予轉矩(扭轉載荷)之扭轉測試機，特別是關於可進行在常用領域反覆經過長時間將載荷賦予受測體之疲勞測試、及對受測體賦予破壞領域之大載荷的破壞測試這兩者之扭轉測試機。

先前推進軸等動力傳達零件之疲勞測試(扭轉測試)，主要使用以高頻變動之反覆產生載荷的油壓式測試裝置。但是，為了以油壓式實現在破壞測試(螺紋切削測試)中所需之大轉矩且大變位的驅動，需要設置龐大之油壓系統，破壞測試主要使用電動馬達式之測試機。

此外，近年來可產生高頻變動轉矩之低慣性型伺服馬達已實用化，並開始使用專利文獻1中記載之伺服馬達式的疲勞測試機。

【先前技術文獻】 【專利文獻】

[專利文獻1]日本特開2007-107955號公報

但是，因為疲勞測試與破壞測試所需之轉矩大小及轉矩變動的頻率不同，所以1台測試機無法進行兩種測試。

本發明係鑑於上述情況而形成者。

按照本發明之實施形態，提供一種扭轉測試機，係具備：驅動部，其係可旋轉地保持受測體之一端；及反作用力部，其係固定受測體之另一端；藉由驅動部使受測體之一端旋轉，而對受測體賦予扭轉載荷。驅動部具備：伺服馬達；第一減速機，其係以第一減速比將伺服馬達之旋轉減速；轉軸(shaft)，其係傳達第一減速機之輸出；離合器，其係在輸入軸上固定轉軸； 第二減速機，其係以第二減速比將離合器之輸出軸的旋轉減速；被可旋轉地支撐之夾盤；及連結手段，其係可切換轉軸及第二減速機之輸出軸的一方而連結於夾盤；切離離合器之輸入軸與輸出軸，藉由連結手段將轉軸連結於夾盤時，以第一模式動作，連結離合器之輸入軸與輸出軸，藉由連結手段將第二減速機之輸出軸連結於夾盤時，以第二模式動作。例如第一模式係反覆對受測體賦予載荷之疲勞測試模式，第二模式係對受測體賦予破壞載荷之破壞測試模式。

採用該構成時，可以1個扭轉測試機進行將以高頻變動之比較小的反覆載荷施加於受測體之疲勞測試，以及例如以一定之角速度扭轉受測體至受測體之破壞載荷的破壞測試。

此外，亦可構成在離合器及第二減速機中，於旋轉軸上形成轉軸貫穿之中空部。

採用該構成時，因為可將第一模式使用之驅動軸(轉軸)與第二模式使用之驅動軸(離合器及第二減速機)配置於同軸上，所以2個模式之切換藉由小型且比較簡單之機構實現。

此外，亦可構成連結手段具備滑動手段，該滑動手段係支撐夾盤成可自由旋轉，且可在夾盤與轉軸之頂端抵接的第一位置與夾盤從轉軸之頂端離開的第二位置之間，向旋轉軸方向自由滑動，將夾盤配置於第一位置，並將夾盤固定於轉軸之頂端時，以第一模式動作，將夾盤配置於第二位置，並將夾盤固定於第二減速機之輸出軸時，以第二模式動作。

採用該構成時，藉由簡單機構可防止在第二模式中，未連結於夾盤之轉軸與夾盤干擾，同時能切換2個模式。

此外，亦可構成滑動手段具備：軸部，其一端固定於夾盤；及軸承，其係設於轉軸之頂端部，自由旋轉且自由滑動地支撐軸部。

採用該構成時，可藉由簡單之機構自由滑動地支撐夾盤。此外，係構成使夾盤支撐於轉軸，而在第二模式中，防止夾盤之旋轉由於轉軸之旋轉而受到干擾。

此外，亦可構成具備間隔物，間隔物係將夾盤配置於第二位置時，保持夾盤與轉軸頂端之距離，將夾盤配置於第二位置時，夾盤在與第二減速機的輸出軸之間夾著間隔物之狀態固定於第二減速機之輸出軸。

採用該構成時，可藉由簡單之結構切換模式。

此外，亦可構成具備間隔物支撐部，間隔物支撐部係支撐間隔物成可在有效位置與躲避位置之間移動，在該有效位置，間隔物之至少一部分配置於第二減速機的輸出軸與夾盤之間，躲避位置是供間隔物從第二減速機的輸出軸與夾盤之間退出躲避之處。

採用該構成時，只須間隔物移動之簡單動作，即可變更模式。

此外，亦可構成離合器具備固定部，固定部係支撐於框架上，離合器之固定部、輸入軸、輸出軸依該順序排列於旋轉軸方向，離合器之固定部及輸出軸分別具備軸承，軸承係自由旋轉地支撐轉軸，支撐於框架之第二減速機的機盒具備一對軸承，一對軸承係自由旋轉地支撐離合器之輸出軸，離合器之輸出軸的軸承配置於第二減速機的一對軸承之間。

採用該構成時，可以高剛性自由旋轉地支撐離合器及轉軸。

以下，就本發明之實施形態參照圖式作說明。第一圖係本實施形態之扭轉測試裝置100的側面圖。如第一圖所示，本實施形態之扭轉測試裝置100的構造為在基座110上設有驅動部120與反作用力部130。在驅動部120與反作用力部130中分別設有夾盤121、131。在夾盤121、131上安裝受測體，藉由驅動部120驅動夾盤121旋轉，可對受測體施加扭轉載荷。反作用力部130係作為受測體之固定端而發揮功能者，藉由設於反作用力部130之轉矩感測器132，可計測施加於受測體之轉 矩。

驅動部120具有伺服馬達122、第一減速機123、離合器124及第二減速機125。本實施形態之驅動部120可藉由操作離合器124來切換夾盤121對伺服馬達122之旋轉軸的減速比。亦即，可切換伺服馬達122之旋轉軸僅連結於第一減速機123，而獲得小減速比之第一模式；及伺服馬達122之旋轉軸串聯連結於第一減速機123與第二減速機125，而獲得大減速比之第二模式。第一模式使用於高頻反覆將載荷施加於受測體之耐用測試上，第二模式使用於將大轉矩施加於受測體而破壞之破壞測試(螺紋切削測試)上。

就用於切換第一模式與第二模式之機構說明如下。第二圖係第一模式中之驅動部120的側剖面圖。

伺服馬達122之輸出軸(無圖示)固定於第一減速機123之輸入軸(無圖示)。此外，在第一減速機123之輸出端123a上固定有轉軸126之輸入端126a。伺服馬達122之輸出軸的旋轉運動藉由第一減速機123減速而傳達至轉軸126。轉軸126上設有延伸於中心軸上之貫穿孔126c，而構成增大外徑，確保高扭轉剛性，並將慣性抑制得低，可以高頻反轉驅動。此外，第一減速機123之機盒123c固定於與基座110一起構成剛性高之裝置框架的驅動部側框架127。

離合器124具備固定部124a、輸入軸124b、輸出軸124c及可動連結軸124d。固定部124a固定於驅動部側框架127而被支撐。固定部124a、輸入軸124b、輸出軸124c及可動連結軸124d中分別在中心軸上形成有供轉軸126通過之貫穿孔。在固定部124a及輸出軸124c之貫穿孔內分別設有軸承124e及124f，轉軸126經由軸承124e及124f，而分別自由旋轉地支撐於固定部124a及輸出軸124c。此外，輸入軸124b之內周面固定於轉軸126之外周面，輸入軸124b則與轉軸126成為一體，可對固定部124a旋轉。此外，在固定部124a中埋入電磁線圈(無圖示)。在可動連結軸124d之與輸出軸124c相對 的面形成有收容輸出軸124c之輸入端(第二圖之左端)的凹部。此外，輸出軸124c之輸入端的外周面與可動連結軸124d之凹部的內周面形成有向旋轉軸方向延伸之咬合齒，可動連結軸124d可沿著輸出軸124c之輸入端的外周面之花鍵向旋轉軸方向(第二圖之左右方向)滑動。此外，因為可動連結軸124d與輸出軸124c之咬合齒隨時嚙合，所以可動連結軸124d旋轉時，輸出軸124c與可動連結軸124d一起旋轉。此外，可動連結軸124d由磁性體形成，固定部124a之電磁線圈被勵磁時，可動連結軸124d受到向固定部124a側之磁性吸引力，而與輸入軸124b密合。在輸入軸124b與可動連結軸124d之彼此相對之面，亦分別形成有延伸於半徑方向之咬合齒(離合器面)，可動連結軸124d與輸入軸124b密合時，各咬合齒嚙合，可動連結軸124d及輸出軸124c與輸入軸124b一體旋轉(亦即離合器124連結)。此外，可動連結軸124d被線圈彈簧(無圖示)而施力於固定部124a側。因而，電磁線圈消磁時，可動連結軸124d從輸入軸124b離開，解除與輸入軸124b之咬合齒的嚙合，輸入軸124b之驅動力不傳達於可動連結軸124d及輸出軸124c(亦即切離離合器124)。此外，輸出軸124c連結於第二減速機125之輸入齒輪125a。連結離合器124時，輸入軸124b之驅動力經由可動連結軸124d及輸出軸124c傳達於第二減速機125之輸入齒輪125a。第一模式時，因為切離離合器124，所以輸入軸124b之驅動力不傳達於第二減速機125。

此外，第二圖所示之第一模式，係夾盤121經由螺栓B1而固定於轉軸126之頂端部。因而，第一模式時，夾盤121與轉軸126一體旋轉。如此，第一模式時，伺服馬達122之輸出軸的旋轉運動僅藉由第一減速機123減速而傳達於夾盤121。另外，轉軸126之頂端從第二減速機125之輸出端125c的頂端面(第二圖之右端)稍微突出，將夾盤121固定於轉軸126之頂端部時，夾盤121不致與第二減速機125之輸出端125c干擾。

其次，就第二模式作說明。第三圖係第二模式中之驅動部120的側剖面圖。此外，第四圖係從夾盤121側觀看之驅動部120的前視圖。

第二模式時，離合器124之輸入軸124b與可動連結軸124d之各離合器面嚙合，輸入軸124b之驅動力經由可動連結軸124d傳達於輸出軸124c。此外，拆下螺栓B1(第二圖)，形成轉軸126與夾盤121之連結取消，且夾盤121藉由螺栓B2而固定於第二減速機125之輸出端125c的狀態。如前述，由於離合器124之輸出軸124c與第二減速機125之輸入齒輪125a連結，因此第二模式時，伺服馬達122之輸出軸的驅動力經由第一減速機123及第二減速機125傳達於夾盤121。亦即，在第二模式中，因為伺服馬達122之輸出軸的旋轉藉由第一減速機123及第二減速機125被雙重減速，所以夾盤121是以比第一模式更高之減速比(亦即以更大之轉矩)旋轉驅動。

另外，在第二模式中，轉軸126亦(以比夾盤121高之旋轉數)旋轉驅動。此外，因為轉軸126之輸出端從第二減速機125之輸出端125c的頂端面突出，所以為了夾盤121不致接觸轉軸126之輸出端而產生摩擦，夾盤121在比第一模式時更拉出至前方側(第三圖之右側)的狀態下固定於第二減速機125之輸出端125c。此外，第二模式時，為了可保持夾盤121拉出至前方側之狀態，而在夾盤121與第二減速機125之輸出端125c之間夾著間隔板129a。

如第四圖所示，間隔板129a在夾入固定於第二減速機125之輸出端125c的一對導軌129b之狀態下，保持可自由滑動於沿著導軌129b延伸之方向(亦即與扭轉測試裝置100之扭轉軸正交的方向)。間隔板129a以夾著夾盤121之旋轉中心的方式設有一對，在第一模式中，一對間隔板129a分別向從夾盤121離開之方向移動(第四圖中之兩點鏈線部)，以避免干擾夾盤121。

從第一模式(第二圖)切換成第二模式(第三圖)時，啟 動離合器124，連結轉軸126與第二減速機125，拆下螺栓B1，將夾盤121拉出至前方，使間隔板129a滑動於彼此接近之方向，並經由間隔板129a，將夾盤121藉由螺栓B2固定於第二減速機125之輸出端125c。另外，從第二模式切換成第一模式時，關閉離合器124，解除轉軸126與第二減速機125之連結，拆下螺栓B2，使間隔板129a滑動，而拉出至夾盤121之外側，將夾盤121壓入內側(第二圖、第三圖之左側)後，藉由螺栓B1固定於轉軸126。

如以上所述，本實施形態中，在切換第一模式與第二模式時，使夾盤121移動於旋轉軸方向。如第二圖及第三圖所示，在夾盤121與轉軸126相對之面設有延伸於旋轉軸上之軸部121a。軸部121a形成其直徑比轉軸126之貫穿孔126c稍小，並收容於貫穿孔126c內。此外，在貫穿孔126c之***軸部121a的轉軸126頂端附近，埋入支撐軸部121a成可自由旋轉且在旋轉軸方向自由滑動的自潤滑套筒126d。不論是第一模式或第二模式中，夾盤121之軸部121a均成為***轉軸126之貫穿孔126c的狀態。因而，切換動作模式時，即使將夾盤121移動於旋轉軸方向，夾盤121仍不致脫落。

本實施形態之扭轉測試裝置100，為了可對任何尺寸之受測體進行扭轉測試(耐用測試及螺紋切削測試)，係使反作用力部130移動於軸方向(第一圖之左右方向)，並可調整夾盤121與131之間隔。

第五圖係反作用力部130之後視圖(從第一圖右側觀看之圖)。如第五圖所示，在基座110之上面形成有一對溝111。使用該溝111與螺栓B3將反作用力部130固定於基座110。

關於利用螺栓B3固定反作用力部130之固定機構詳述於下。第六圖係第五圖之螺栓B3附近的放大圖。如第六圖所示，溝111係形成下部111b之寬度比上部111a之寬度大，且剖面為倒T字狀之附階差的溝。此外，螺栓B3可旋入配置於溝111之下部111b的螺帽133、及配置於反作用力部130之底部板 134上的油壓螺帽135a。由於螺帽133之寬度方向尺寸比溝111之下部111b的寬度稍小，且比上部111a之寬度大，因此在將螺栓B3旋入螺帽133之狀態下，藉由油壓螺帽135a緊固螺栓B3時，在油壓螺帽135a與螺帽133之間緊固底部板134與溝111之上部111a。結果反作用力部130被強固固定於基座110上。另外，藉由使用油壓螺帽135a旋鬆螺栓B3，而旋鬆底部板134與基座110之緊固，反作用力部130可沿著溝111在軸方向移動。

油壓螺帽135a係藉由從外部供給之工作油的油壓，進行螺栓B3之緊固/旋鬆的手段。因而，移動/固定反作用力部130時，僅須使工作油之油壓變動即可，而不需要用手旋鬆螺帽。

就反作用力部130之移動機構說明於下。在基座110上配置鏈條138a成與溝111為平行方向。鏈條138a之兩端固定於基座110。在反作用力部130中安裝有與鏈條138a嚙合之鏈輪138b，旋鬆油壓螺帽135a，使反作用力部130成為可移動狀態下，藉由以無圖示之操控盤(handle)使鏈輪138b旋轉，可使反作用力部130沿著鏈條138a而移動。

此外，如第一圖所示，反作用力部130之夾盤131及轉矩感測器132可經由固定於轉矩感測器132之固定軸137，而固定於直立固定在底部板134上之反作用力板136。如第五圖所示，反作用力板136中形成有圓孔136a及從圓孔136a延伸於半徑方向外側的狹縫136b。此外，反作用力板136中具有與狹縫136b交叉而形成的螺栓孔136c。因為圓孔136a之直徑為比固定軸137之直徑稍大的程度，所以，藉由在螺栓孔136c中使螺栓B4通過，以油壓螺帽135b進行緊固，狹縫136b之寬度變窄，圓孔136a之直徑縮小，而在圓孔136a內夾持固定固定軸137。

如前述，與反作用力部130之固定機構同樣地，固定軸137之夾持亦使用油壓螺帽135b來進行。因而，例如依受測 體之使用及測試內容，進行轉矩感測器132或夾盤131之更換等的作業，無須用手進行螺栓旋緊/旋鬆作業，可輕易且迅速進行。

此外，如第一圖所示，在驅動部120與反作用力部130之中間位置的上方配置有非接觸式溫度感測器141。溫度感測器141經由與扭轉測試之軸方向(第一圖之左右方向)概略平行地延伸的支臂142而保持於驅動部側框架127。溫度感測器141可沿著支臂142在軸方向移動，且可計測受測體上特定位置之溫度。

100‧‧‧扭轉測試裝置

110‧‧‧基座

111‧‧‧溝

111a‧‧‧上部

111b‧‧‧下部

120‧‧‧驅動部

121‧‧‧夾盤

121a‧‧‧軸部

122‧‧‧伺服馬達

123‧‧‧第一減速機

123a‧‧‧輸出端

123c‧‧‧機盒

124‧‧‧離合器

124a‧‧‧固定部

124b‧‧‧輸入軸

124c‧‧‧輸出軸

124d‧‧‧可動連結軸

124e‧‧‧軸承

124f‧‧‧軸承

125‧‧‧第二減速機

125a‧‧‧輸入齒輪

125c‧‧‧輸出端

126‧‧‧轉軸

126a‧‧‧輸入端

126c‧‧‧貫穿孔

126d‧‧‧自潤滑套筒

127‧‧‧驅動部側框架

129a‧‧‧間隔板

129b‧‧‧導軌

130‧‧‧反作用力部

131‧‧‧夾盤

132‧‧‧轉矩感測器

133‧‧‧螺帽

134‧‧‧底部板

135a‧‧‧油壓螺帽

135b‧‧‧油壓螺帽

136‧‧‧反作用力板

136a‧‧‧圓孔

136b‧‧‧狹縫

136c‧‧‧螺栓孔

137‧‧‧固定軸

138a‧‧‧鏈條

138b‧‧‧鏈輪

141‧‧‧溫度感測器

142‧‧‧支臂

B1~B4‧‧‧螺栓

第一圖係本發明之實施形態的扭轉測試裝置之側面圖。

第二圖係第一模式中本發明之實施形態的扭轉測試裝置之驅動部的側剖面圖。

第三圖係第二模式中本發明之實施形態的扭轉測試裝置之驅動部的側剖面圖。

第四圖係本發明之實施形態的扭轉測試裝置之驅動部的前視圖。

第五圖係本發明之實施形態的扭轉測試裝置之反作用力部的後視圖。

第六圖係第五圖之部分放大圖。

110‧‧‧基座

120‧‧‧驅動部

121‧‧‧夾盤

121a‧‧‧軸部

122‧‧‧伺服馬達

123‧‧‧第一減速機

123a‧‧‧輸出端

123c‧‧‧機盒

124‧‧‧離合器

124a‧‧‧固定部

124b‧‧‧輸入軸

124c‧‧‧輸出軸

124d‧‧‧可動連結軸

124e‧‧‧軸承

124f‧‧‧軸承

125‧‧‧第二減速機

125a‧‧‧輸入齒輪

126a‧‧‧輸入端

126c‧‧‧貫穿孔

126d‧‧‧自潤滑套筒

127‧‧‧驅動部側框架

B1‧‧‧螺栓

Claims (8)

1. 一種扭轉測試機，係具備：驅動部，其係可旋轉地保持受測體之一端；及反作用力部，其係固定受測體之另一端；藉由前述驅動部使受測體之一端旋轉，而對受測體賦予扭轉載荷，其特徵為：前述驅動部具備：伺服馬達；第一減速機，其係以第一減速比將前述伺服馬達之旋轉減速；轉軸，其係傳達前述第一減速機之輸出；離合器，其係在輸入軸上固定前述轉軸；第二減速機，其係以第二減速比將前述離合器之輸出軸的旋轉減速；被可旋轉地支撐之夾盤；及連結手段，其係可切換前述轉軸及前述第二減速機之輸出軸中的一方而連結於前述夾盤；切離前述離合器之輸入軸與輸出軸，藉由前述連結手段將前述轉軸連結於前述夾盤時，以第一模式動作；連結前述離合器之輸入軸與輸出軸，藉由前述連結手段將前述第二減速機之輸出軸連結於前述夾盤時，以第二模式動作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之扭轉測試機，其中在前述離合器及前述第二減速機中，於旋轉軸上形成前述轉軸貫穿之中空部。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之扭轉測試機，其中前述連結手段具備滑動手段，該滑動手段係支撐前述夾盤成可自由旋轉，且可在前述夾盤與前述轉軸之頂端抵接的第一位置與前述夾盤從前述轉軸之頂端離開的第二位置之間，向旋轉軸方向自由滑動；將前述夾盤配置於前述第一位置，並將前述夾盤固定 於前述轉軸之頂端時，以前述第一模式動作；將前述夾盤配置於前述第二位置，並將前述夾盤固定於前述第二減速機之輸出軸時，以前述第二模式動作。
4. 如申請專利範圍第3項所述之扭轉測試機，其中前述滑動手段具備：軸部，其一端固定於前述夾盤；及軸承，其係設於前述轉軸之頂端部，自由旋轉且自由滑動地支撐前述軸部。
5. 如申請專利範圍第3項所述之扭轉測試機，其中具備間隔物，該間隔物係將前述夾盤配置於第二位置時，保持前述夾盤與前述轉軸頂端之距離；將前述夾盤配置於第二位置時，前述夾盤在與前述第二減速機的輸出軸之間夾著前述間隔物之狀態固定於前述第二減速機之輸出軸。
6. 如申請專利範圍第5項所述之扭轉測試機，其中具備間隔物支撐部，該間隔物支撐部係支撐前述間隔物成可在有效位置與躲避位置之間移動，在該有效位置，前述間隔物之至少一部分配置於前述第二減速機的輸出軸與前述夾盤之間，該躲避位置是供前述間隔物從前述第二減速機的輸出軸與前述夾盤之間退出躲避之處。
7. 如申請專利範圍第2項所述的扭轉測試機，其中前述離合器具備固定部，該固定部係支撐於框架上；前述離合器之固定部、輸入軸、輸出軸依該順序排列於旋轉軸方向；前述離合器之固定部及輸出軸分別具備軸承，該軸承係自由旋轉地支撐前述轉軸；支撐於前述框架之前述第二減速機的機盒具備一對軸承，該一對軸承係自由旋轉地支撐前述離合器之輸出軸，前述離合器之輸出軸的軸承配置於前述第二減速機的一對軸承之間。
8. 如申請專利範圍第1、2及7項中任一項所述的扭轉測試機，其中前述第一模式係對受測體反覆賦予載荷之疲勞測試模式；前述第二模式係對受測體賦予破壞載荷之破壞測試模式。