专利名称：振动试验装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于在铁道车辆与拖车(trailer)等的车轴施加上下方向的压缩静荷 重的同时使其振动的振动试验装置。
背景技术：
在铁道与拖车等的货物车辆上施加与行驶时同等的振动，主要观察车辆的车轴的 轴承的举动，为了进行此轴承的疲劳试验，已被使用的是如日本特开2005-274211号公报1 的振动试验装置。上述公报所记载的振动试验装置，是在将车辆搭载于轨条轮之上，并旋转驱动轨 条轮而使得车辆的车轮旋转的同时，通过在车轴方向上加振(加振之意思为施加振动)轨 条轮而将负荷施加于车辆的轴承。现有的振动试验装置为了要在车辆全体亦即台车上安装了车体的状态下进行振 动试验，有必要为了进行试验而设置大型空间。此外，由于将车体的重量/车轮数的荷重施 加于各轨条轮，在使得车辆振动于上下方向的场合下，可承受这种大荷重的大输出的加振 机构是有必要的。

发明内容
本发明是为了解决上述问题而设计的。即，本发明的目的在于提供一种振动试验 装置，其能够减小用以进行振动试验的空间，且无须使用大输出的加振机构而能够使得车 辆的轴承在上下方向上振动。为了达成上述的目的，本发明的实施形态的振动试验装置具有轴承单元，以可 旋转的方式支承车辆的台车的车轴；车轴驱动机构，使得车轴旋转；上下方向加振单元，在 上下方向加振轴承单元；气缸机构，对轴承单元施加向上的荷重；及反力框架，从上按压台车。根据本发明的实施形态的振动试验装置，气缸机构与反力框架之间挟持着车辆的 台车。因此，通过驱动气缸机构，便能够将车体的重量/与车轮数相当的压缩静荷重施加于 台车的车轴的轴承。因此，本发明的实施形态的振动试验装置，没有必要使得车辆全体振 动，而能够仅将台车安装于试验装置以进行加振。因此，便能够大幅地减小用以进行振动试 验的空间。此外，由于台车被气缸机构从下方所支承，上下方向加振单元可以是一种具有较 小输出的装置，该较小输出的程度为足以使该上下方向加振单元能够充分地承受使台车在 上下方向振动时的惯性的程度。此外，通过将轴承单元制作成在车轴的车轮安装位置支承车轴的结构，便可以高 精度重现将台车安装于车辆时的台车的状态。此外，较佳者是将轴承单元制作成 可利用自动调心滚动轴承(self-aligning roller bearing)以可旋转的方向支承车轴的结构。当制作出这种结构时，便可利用可旋转 方式支承在与车轴相正交的方向被施加了大荷重的车轴。
较佳者，上下方向加振单元利用伺服马达和推送螺杆机构(feedscrew mechanism)在上下方向加振轴承单元。此外，在本发明的实施形态中，轴承单元被固定于振动平台上，上下方向加振单元 在上下方向加振振动平台。此外，较佳者，振动试验装置还具有车轴方向加振单元，在台车的车轴方向加振 振动平台；第一连结机构，以相对于上下方向加振单元可在车轴方向滑动的方式连结振动 平台；及第二连结机构，以相对于车轴方向加振单元可在上下方向滑动的方式连结振动平 台。根据这种结构，便能够不产生串音(crosstalk)地在上下方向车轴方向的双方上加振 D ο此外，较佳者，车轴驱动机构具有驱动带轮，由马达旋转驱动；从动带轮，安装于 台车的车轴；及无接头带，卷绕于驱动带轮和所述从动带轮。如此，由于利用皮带机构驱动 车轴的结构，便可在使台车振动的同时使车轴旋转。从动带轮例如安装于台车的车轴的大 致中央。较佳者，反力框架通过在台车的横梁的车轴方向两侧与台车相抵接而从上按压台 车，而将向下的荷重施加于台车。举例来说，反力框架具有大致直立的直立部；及按压部， 在该直立部的上端以在与台车的侧梁大致平行的二方向延伸的方式形成，按压部的下表面 抵接于台车的横梁而使台车被按压于下方。此外，第一及第二连结机构可架构成分别通过线性导轨机构(linearguide mechanism)以可滑动的方式连结平台与上下方向加振单元及车轴方向加振单元，该线性 导轨机构具备轨条(rail)；及以沿该轨条可滑动的方式卡合于该轨条的活动块(runner block) ο此外，较佳者，活动块具有凹部，围绕轨条；槽，在凹部中，沿着活动块的移动方 向而形成；避开路径，形成于活动块的内部，连接槽的移动方向两端以与槽形成封闭路径； 及多个滚珠，循环于封闭路径，且在位于所述槽时与所述轨条相抵接。再者，更佳者，活动块 形成有四个封闭路径，分别被配置于四个封闭路径之中的二个封闭路径的槽的滚珠具有相 对于具备了轨条与活动块的线性导轨机构的径向呈大致士45度的接触角，分别被配置于 另二个封闭路径的槽的滚珠具有相对于线性导轨机构的逆径向呈大致士45度的接触角。这种结构的线性导轨机构，即使在其径向、逆径向及横方向上施加大荷重，也能够 沿着轨条使得活动块平顺地移动。同时，由于平台与上下方向及车轴方向的加振单元经由 这种线性导轨机构而连结，因此即使在加振大重量的台车的场合下，平台也不会不稳定，而 可以平顺地在轨条移动。或者，活动块也可具有凹部，围绕轨条；多个滚轴(roller)，以其圆筒面被挟入 于轨条与凹部之间的方式配置；滚轴保持部件，安装于凹部，形成引导滚轴的轴方向两端而 使得该滚轴在活动块的滑动方向滚动的滚动槽；及避开路径，形成在活动块的内部，连接滚 动槽的所述滑动方向两端，与滚动槽形成封闭路径，多个滚珠循环于封闭路径。较佳者，活 动块形成有四个封闭路径，分别被配置于四个封闭路径的四列滚轴被配置成，其轴在与轨 条的轴相正交的面上相隔90°。更佳者，滚轴的直径小于滚动槽中的所述活动块与轨条之 间的间隔，其差为1微米以下。这种结构的线性导轨机构，即使在活动块施加了大荷重，也能够沿着轨条平顺地使得活动块移动。此外，各滚轴与轨条及活动块是利用比较大的接触面积相抵接，因此能够 将来自上下方向及车轴方向加振单元的振动以不延迟应答的方式传达至平台。因此，能够 以数百Hz以上的较高频率使得平台振动。此外，较佳者，邻接的二个滚轴之间设有用以防止该滚轴彼此接触的保持器 (retainer)。更佳者，保持器具有与滚轴的圆筒面相抵接的圆筒凹面。在不具有保持器的线性导轨机构中，由于滚轴彼此是以比较小的面积相接触，因 此接触部被施加了大的应力。相对于此，在本发明的实施形态中所使用的线性导轨机构，滚 轴与保持器的圆筒面彼此是以比较广的接触面积相接触，因此可利用此接触而将施加于滚 轴的应力比较小地保持。因此，与不具有保持器的线性导轨机构相比，能够抑制滚 轴的破损 与磨耗。再者，在本发明的实施形态中所使用的线性导轨机构，滚轴彼此是不直接接触的。 当滚轴彼此直接接触时会产生噪音，而在本发明的实施形态里所使用的线性导轨机构中， 由于滚轴之间配置了保持器，因此能够抑制这种噪音。此外，轨条具有沿着其轴方向排列的多个贯通孔，在各个贯通孔穿过螺栓而被固 定于平台、上下方向加振单元或车轴方向加振单元，螺栓的安装间隔为轨条的宽度的50 80%。较佳者，螺栓的安装间隔是轨条的宽度的60 70%。如此，通过相对地缩短螺栓的安装间隔，轨条便可在不弯曲的情况下被牢固地固 定于平台、上下方向加振单元或车轴方向加振单元。


图1是本发明的实施形态的振动试验装置的俯视图。图2是本发明的实施形态的振动试验装置的前视图。图3是本发明的实施形态的振动试验装置的侧视图。图4是将本发明的实施形态的振动试验装置的车轴方向加振单元的一部分切除 后画出的俯视图。图5是将本发明的实施形态的振动试验装置的上下方向加振单元的一部分切除 后画出的前视图。图6是于本发明的实施形态的振动试验装置的线性导轨机构中，在垂直于轨条的 长轴方向的一面上切断活动块及轨条画出的剖面图。图7是图6的I-I剖面图。图8是显示本发明的实施形态的线性导轨机构的轨条的安装构造的立体图。图9是在本发明的实施形态的振动试验装置的变形例中，在垂直于轨条的长轴方 向的一面上切断活动块及轨条画出的剖面图。图10是图9的II-II剖面图。图11是图9的III-III剖面图。图12是在本发明的实施形态的变形例中所使用的线性导轨机构的活动块的滚轴 的立体图。图13是本发明的实施形态的振动试验装置的方块图。
具体实施例方式以下使用附图以详细说明关于本发明的实施形态。图1、图2及图3分别是本实施 形态的台车用振动试验装置的俯视图、前视图及侧视图。本实施形态的振动试验装置1是用以加振铁道车辆的台车100的装置。台车100 具有一对车轴112、安装于各车轴的两端的轴箱114(图2、3)、以及台车框架120。
台车框架120具有在垂直于车轴112且大致呈水平的方向(亦即，车辆的进行方 向)上延伸的一对侧梁122 (图1、2)、以及在与车轴112大致呈平行的方向上延伸的一对横 梁124。横梁124在其两端部附近连结于侧梁122的大致中央部。一对横梁124利用其两端部经由顶板125及底板126 (图2)而连结。顶板125之 上设有空气弹簧安装部127，在习用的振动试验装置中，车辆的车体是在此空气弹簧安装部 127经由空气弹簧而与台车100连结，但在本实施形态的振动试验装置中，则并未安装车辆 的车体。轴箱114内藏有双列向外的圆锥滚动轴承(tapered rollerbearing) 116 (图3)， 车轴112经由此轴承116而以可旋转方式被轴箱114所支承。此外，轴箱114的上面与侧 梁122的端部是经由螺旋弹簧132(第二、三图)而连结。亦即，台车框架120是经由螺旋 弹簧132而被轴箱114所支承。从以上的说明中可以明白，从图1的上方看过去，台车100 是呈现由一对车轴112与一对侧梁122所构成的大致矩形体，一对车轴112间的大致中央 部，呈现的是与该车轴112平行的一对横梁124跨越侧梁122间而配置成的结构。另外，在 图1中，为了上下方向加振单元20、车轴方向加振单元30等出现在图中，因此省略了右侧的 车轴112的绘示。如图3所示，车轴112在车轮安装部112a的位置上被轴承单元12所支承。亦即， 轴承单元12是以每个车轴分配二个的方式共计设有四个。轴承单元12内藏有自动调心滚 动轴承12a，并以可旋转方式支承在上下方向施加了大荷重的车轴112。各个轴承单元12被固定于振动平台14上。此外，轴承单元12与振动平台14之 间设有荷重传感器16，能够检测施加于台车100的沿着上下方向、车轴方向、车辆进行方向 的荷重的大小。如图1所示，四个振动平台14之中，各车轴112的一端侧(图1中下侧)的二个， 设有在上下方向加振振动平台14的上下方向加振单元20、以及在车轴方向加振振动平台 14的车轴方向加振单元30。各车轴112的另一端侧(图1中上侧)的二个振动平台，仅设 有上下方向加振单元20。以下说明关于车轴方向加振单元30的构造。图4是本实施形态的车轴方向加振 单元30的放大俯视图。如图4所示，车轴方向加振单元30具有固定框架31、伺服马达32、 滚珠螺杆33、耦接器34、轴承部35、以及滚珠螺帽(ball nut) 37。耦接器34是将伺服马达 32的驱动轴32a与滚珠螺杆33相连的件。此外，轴承部35被固定于轴承支承板31b，进而 以可旋转的方式支承滚珠螺杆33，该轴承支承板31b焊接成从固定框架的上面板31a在上 下方向延伸。滚珠螺帽37在与滚珠螺杆33相卡合的同时，获得支承而无法绕着它的轴移 动。因此，当驱动伺服马达32时，滚珠螺杆33旋转，滚珠螺帽37在其轴方向(亦即车轴方 向)上进退。这个滚珠螺帽37的运动，通过经由由轨条44与活动块46所构成的连结机构 被传达至振动平台14，而将振动平台14在车轴方向驱动。同时，通过控制伺服马达32以在短周期下切换伺服马达32的旋转方向的方式，便能够使得振动平台14以期望的振幅及周 期在车轴方向上振动。固定框架31的上面板31a的上面，焊接着延伸于上下方向的马达支承板31c。马 达支承板31c设置成与伺服马达32的轴方向大致微垂直，其中一面(相对于振动平台14较 远的面)上以悬臂方式支承着伺服马达32。马达支承板31c设有开口部31d，伺服马达32 的驱动轴32a贯通此开口部31d，并在马达支承板31c的另一面侧与滚珠螺杆33相连结。另外，由于伺服马达32被马达支承板31c以悬 臂方式支承着，因此马达支承板31c 特别是其与上面板31a的焊接部上会被施加大的弯曲应力。为了缓和这个弯曲应力，由上 面板31a与马达支承板31c所形成的角落上设有肋材31e。轴承部35具有以正面组合相组合的一对斜角滚珠轴承35a、35b。斜角滚珠轴承 35a、35b被收纳于轴承支承板31b的中空部之中。斜角滚珠轴承35b的一面(相对于振动 平台14较近的面)上设有轴承按压板35c，通过使用螺栓将此轴承按压板35c锁紧于轴承 支承板31b，可将斜角滚珠轴承35b朝向伺服马达32的方向压入。此外，在滚珠螺杆33中， 在接近耦接器34侧的圆筒面上，形成有螺杆部33a，这个螺杆部33a上安装着内周上形成有 雌螺纹的轴环(collar) 35d。通过使得轴环35d相对于滚珠螺杆33转动而使其在从耦接器 34离开的方向上移动，便可将斜角滚珠轴承35a朝向滚珠螺帽37的方向压入。如此，由于 斜角滚珠轴承35a、35b被向互相接近的方向压入，因此两者互相紧贴而将合适的预载付与 轴承 35a、35b。其次，说明关于将振动平台14与车轴方向加振单元30相连结的连结部40的结 构。连结部40具有螺帽导轨(nut guide) 42、一对轨条44、以及被安装于各个轨条44的一 对活动块46。螺帽导轨42被固定于滚珠螺帽37。此外，从伺服马达32朝向振动平台14的方向 延伸的一对轨条38并列且被固定于固定框架31的上面板31a，而挟持滚珠螺帽37及螺帽 导轨42。此外，螺帽导轨42的底面，固定着在朝向此轨条38的方向上扩展的活动块安装板 43。与轨条38相卡合的活动块45被固定于此活动块安装板43的底面，活动块安装板43 及螺帽导轨42可以沿着轨条38仅在相对于振动平台14而进退的方向上滑动。如此，由于 螺帽导轨42的移动方向仅被限制于相对于振动平台14而进退的方向亦即滚珠螺杆33的 轴方向上，因此当使得滚珠螺杆33旋转时，螺帽导轨42会相对于振动平台14而进退。连结部40的轨条44在上下方向延伸，活动块46可以沿着这个轨条44而在上下方 向移动。同时，活动块46被固定于振动平台14。因此，当振动平台14因后述的上下方向加 振单元20而在上下方向移动时，由于活动块46沿着轨条44滑动，因此车轴方向加振单元 30不会被施加上下方向的荷重，起因于这种上下方向的荷重的弯曲应力也不会被施加于滚 珠螺杆33。另一方面，能够利用滚珠螺杆33的驱动使得螺帽导轨42进退，这个位移会经由 轨条44及活动块46而传送至振动平台14。如此，根据本实施形态的结构，即使在振动平台 14在上下方向振动的状态下，也能够通过车轴方向加振单元30使得振动平台14在车轴方 向无串音地振动。另外，将在上下方向延伸的轨条44、以及与此轨条44相卡合的活动块以如图1所 示般地设置于振动平台14与上下方向加振单元20之间，便能够由此使得振动平台14在上 下方向上平顺地移动。
活动块安装板43的其中一个侧面(图4中的右侧)43a上，配置有位置检测机构 39。位置检测机构39具有在从伺服马达32朝向振动平台14的方向上以一定间隔并排的 三个接近传感器39a、设于活动块安装板43的侧面43a的检测用板39b、以及支承接近传感 器39a的传感器支承板39c。接近传感器39a是可以检测各个接近传感器之前是否有任何 物体接近(例如1毫米以内)的组件。由于活动块安装板43的侧面43a与接近传感器39a 彼此充分地分离，因此接近传感器39a能够检知各个接近传感器39a之前是否有任何检测 用板39b。振动试验装置1的未绘示控制机构能够使用诸如接近传感器39a的检测结果而 回馈控制伺服马达32。此外，固定框架31的上面板31a之上设有限制块47，其配置为可从螺帽导轨42的 进退方向两侧挟持活动块安装板43。这个限制块47是用以限制螺帽导轨42的移动范围的 东西。亦即，当驱动伺服马达32以使得螺帽导轨42朝向振动平台14继续移动时，最后，配 置在相对于振动平台14的较近侧的限制块47与活动块安装板43会相接触，之后螺帽导轨 42便无法在朝向振动平台14的方向上移动。在使得螺帽导轨42朝向从振动平台14离开 的方向上继续移动的场合下亦同，配置在相对于振动平台14的较远侧的限制块47与活动 块安装板43会相接触，之后螺帽导轨42便无法在朝向从振动平台14离开的方向上移动。其次，说明关于在上下方向上驱动振动平台14的上下方向加振单元20的构造。图 5是将本实施形态的上下方向加振单元20的一部分切除后的前视图。另外，为了明确地显 示振动平台14的驱动机构，在图5中省略了后述的气缸72(图1、2)。如图5所示，上下方向加振单元20具有固定框架21、伺服马达22、滚珠螺杆23、 耦接器24、轴承部25、以及滚珠螺帽27。固定框架21具有固定于未绘示的装置基材的底 板21a、焊接成从底板21a在上下方向延伸的多个梁21b、以及焊接于梁21b以覆盖此梁21b 之上的上面板21c。此外，用以安装轴承部25的轴承支承板21d经由未绘示的螺栓而固定 于顶板21c上。耦接器24将伺服马达22的驱动轴22a与滚珠螺杆23相连结。此外，轴承部25 被固定于所述的轴承支承板21d，而以可旋转的方式支承滚珠螺杆23。滚珠螺帽27在与滚 珠螺杆23相卡合的同时，获得支承而无法绕着其轴而移动。因此，当驱动伺服马达22时， 滚珠螺杆23会旋转，滚珠螺帽27会在其轴方向(即上下方向)上进退。通过将这个滚珠 螺帽27的运动传达至振动平台14，便可在上下方向驱动振动平台14。同时，通过控制伺服 马达22以短周期切换伺服马达22的旋转轴22a的旋转方向，便能够利用期望的振幅及周 期在上下方向上使得振动平台14振动。轴承支承板21d的下面，经由二片连结板21e固定着在大致水平方向上扩展的马 达支承板21f。马达支承板21f的下面，垂吊而固定着伺服马达22。马达支承板21f设有 开口部21g，伺服马达22的驱动轴22a贯通此开口部21g，利用马达支承板21f的上面侧而 与滚珠螺杆23相连结。轴承部25是以贯通轴承支承板21d的方向而设置。另外，轴承部25的构造由于 与车轴方向加振单元30的轴承部35 (图4)相同，因此省略其说明。其次，说明关于连结滚珠螺帽27与振动平台14的连结部60的结构。连结部60具 有可动框架62、在车轴方向延伸的一对轨条64、以及可沿着此轨条64而移动的活动块66。可动框架62具有固定于滚珠螺帽27的 框部62a、固定于框部62a的上端的顶板62b、以及被固定成从顶板62b的侧梁122方向(图中左右方向)两缘向下方延伸的侧壁 62c。一对轨条64在可动框架62的顶板62b的上面被固定成在侧梁122方向并列。此外， 与轨条64相卡合的活动块66被固定于平台14的下面。因此，当振动平台14因车轴方向 加振单元30而在车轴方向上移动时，由于活动块66沿着轨条64而滑动，因此上下方向加 振单元20上不会被施加车轴方向的荷重，起因于这种车轴方向的荷重的弯曲应力也不会 被施加于滚珠螺杆23。另一方面，能够利用滚珠螺杆23的驱动而使得滚珠螺帽27及可动 框架62进退，其位移会经由轨条64及活动块66而传达至振动平台14。如此，根据本实施 形态的结构，即使在振动平台14在轴承方向上振动的状态下，也能够利用上下方向加振单 元20而使得振动平台14在上下方向上振动而不产生串音。另外，在本实施形态中，如图1所示，相对于每根轨条64设有二个，共计四个活动 块66。可动框架62上由于被施加了比较大的重量的振动平台14及台车的重量，因此将活 动块66的数量设为四，使得各活动块66上不会被施加过大的荷重。
其次，说明关于用以支承可动框架62的构造。可动框架62的侧壁62c上，固定着 各一对(图1及图5)轨条54。这个轨条54是在上下方向延伸的轨条。如图5所示，这个 轨条54与活动块56相卡合，并可沿着轨条54在上下方向上滑动。活动块56经由活动块 安装部件65而被固定于固定框架21的顶板21b上。活动块安装部件65具有与可动框架 62的侧壁62c大致平行的侧板65a、以及被固定于此侧板65a的下端的底板65b，其全体呈 现L字剖面形状。此外，在本实施形态中，特别是当将重心较高且大重量的工件固定于振动 平台14之上时，在水平方向延伸的转轴的大力矩会轻易地施加于可动框架62上。活动块 安装部件65为了要承受此转动力矩须利用肋材来补强。具体来说，活动块安装部件65的 两端(参照图3及图5)的侧板65a与底板65b所构成的角落上设有一对第一肋材65c，再 者，还设有架设于此对第一肋材65c之间的第二肋材65d。如此，活动块56相对于固定框架21而被固定，且可相对于固定于可动框架62的 轨条64而在上下方向上滑动。因此，可动框架62在上下方向可滑动的同时，可动框架62 在上下方向以外的移动则受到限制。如此，由于可动框架62的移动方向仅被限制于上下方 向，因此当驱动伺服马达22而使得滚珠螺杆23转动时，可动框架62以及经由轨条64及活 动块66而与此可动框架62相连结的振动平台14便会在上下方向上进退。此外，与车轴方向加振单元30的位置检测机构39 (图4)相同的位置检测机构(未 绘示)也被设于上下方向加振单元20。振动试验装置1的未绘示的控制机构能够基于此位 置检测机构的检测结果而将可动框架62的高度控制在预定的范围内。如上所述，在本实施形态中，上下方向加振单元20与车轴方向加振单元30能够同 时地加振振动平台14而皆不产生串音。因此，能够将由车轴方向与上下方向的振动所合成 的复杂的振动给与台车100。其次，使用附图以详细说明关于本实施形态中由轨条44及活动块46所构成的线 性导轨机构。另外，轨条34与活动块36、轨条54与活动块56、以及轨条64与活动块66也 是与轨条44与活动块46相同的构造。图6是在垂直于轨条44的长轴方向的一面(即水平面)上切断活动块46及轨条 44显示的剖面图，图7是图4的I-I剖面图。如图6及图7所示，活动块46形成有凹部以围 绕轨条44，这个凹部形成有延伸于轨条44的轴方向的四条槽46a、46a，。这个槽46a、46a，收纳了许多个不锈钢制的滚珠46b。轨条44在与活动块46的槽46a、46a，相对的位置上 分别设有槽44a、44a，，滚珠46b被挟持于槽46a与槽44a、或是槽46a，与槽44a，之间。槽 46a、46a，、44a、44a，的剖面形状是圆弧状，其曲率半径与滚珠46b的半径大致相等。因此， 滚珠46b在几乎没有空隙的状态下紧贴于槽46a、46a，、44a、44a，。活动块46的内部设有与各个槽46a大致平行的四条滚珠避开路径46c、46c，。如 图7所示，槽46a与避开路径46c利用各自的两端经由U字路46d而相连接，通过槽46a、槽 44a、避开路径46c、及U字路46d以形成用以使得滚珠46b循环的循环路。因此，当活动块46相对于轨条44移动时，许多个滚珠46b槽46a、46a，、44a、44a， 滚动的同时会循环于循环路。因此，即使在轨条轴方向以外的方向上施加大荷重，由于在利 用许多个滚珠可以支承活动块的同时还能通过滚珠46b的滚动而将轨条轴方向的阻力保 持得较小，因此能够使得活动块46相对于轨条44而平顺地移动。另外，避开路径46c及U 字路46d的内径比滚珠46b的直径还稍大。因此，避开路径46c及U字路46d与滚珠46b 之间所产生的摩擦力极小，所以不会妨碍到滚珠46b的循环。如图示，被挟持于槽46a与44a的二列滚珠46b的列形成了接触角大致呈士45度 的正面组合型的斜角滚珠轴承。所谓这个场合下的接触角，是指槽46a及44a与滚珠46b 相接触的各接触点彼此的连接线相对于线性导轨机构的径向(从活动块朝向轨条的方向， 图6的下方向)所呈的角度。如此所形成的斜角滚珠轴承能够支承逆径向(从轨条朝向活 动块的方向，图6的上方向)及横方向(与径向及活动块的进退方向的两方皆垂直的方向， 图6的左右方向)的荷重。同样地，被挟持于槽46a，与44a，的二列滚珠46b的列形成了接触角(槽46a，及 44a’与滚珠46b相接触的各接触点的连接线相对于线性导轨机构的逆径向所呈的角度)大 致呈士45度的正面组合型的斜角滚珠轴承。该斜角滚珠轴承能够支承径向及横方向的荷重。此外，分别挟持于槽46a与44a的一方(图中左侧)、以及槽46a，与44a，的一方 (图中左侧)的二列滚珠46b的列也形成了正面组合型的斜角滚珠轴承。同样地，分别挟持 于槽46a与44a的另一方(图中右侧)、以及槽46a，与44a，的另一方(图中右侧)的二列 滚珠46b的列也形成了正面组合型的斜角滚珠轴承。如此，在本实施形态中，对于分别作用在径向、逆径向、横方向的荷重，通过具有许 多个滚珠46b的正面组合型的斜角滚珠轴承的支承，便能够充分地支承施加于轨条轴方向 以外的方向的大荷重。其次，说明关于本实施形态所采用的线性导轨机构的轨条的安装构造。图8是显 示安装于螺帽导轨42的轨条44的立体图。另外，这个轨条的安装构造与使用在本实施形 态的振动试验装置的另一轨条相同。如图8所示，螺帽导轨42上形成有与轨条44大致同宽度的槽42a，轨条44被嵌入 此槽42a。轨条44上形成有在其轴方向并列配置的多个贯通孔44b。此外，图中虽未示出， 但在槽42a的底的与贯通孔44b相对应的位置上形成有多个螺栓孔。将螺栓44c通过贯通 孔44b，并通过将其螺入螺帽导轨42的螺栓孔而使轨条44被固定于螺帽导轨42。在本实施形态中，轨条44的贯通孔44b的间隔(及顶板的螺栓孔的间隔)s是轨 条44的宽度w的50 80%，较佳是比较短的60 70%。如此，通过将螺栓44c的安装间
12隔设成比较短，轨条44便可不被弯曲地被强固地固定于螺帽导轨42。在以上所说明的本实施形态的线性导轨机构中，虽然是利用滚珠46b的滚动使得 滑动块46相对于轨条44而滑动，但本发明的实施形态并不限定于上述的结构。如以下所说 明的变形例，也可以使用线性导轨机构，其中以滚轴246b来取代滚珠46b，通过该滚轴246b 的滚动使得滑动块246相对于轨条244而滑动。本发明的实施形态的变形例由图9至图12表示。图9是在垂直于轨条244的长 轴方向的一面上切断活动块246及轨条244画出的剖面图。图10及图11分别是图9的 II-II剖面图及III-III剖面图。如图9所示，活动块246上形成有围绕轨条244的凹部 246e。这个凹部246e与轨条244的外周面之间被挟入了滚轴保持部件246f。通过这个滚 轴保持部件246f，可在凹部246e与轨条244的外周面之间的间隙形成在轴方向延伸的四条 滚动槽246a、246a，。这个滚动槽246a、246a，中收纳有许多个不锈钢制的滚轴246b。关于 滚轴246b，其轴方向两端由滚轴保持部件246f所保持，圆筒面同时抵接于活动块246的凹 部246e与轨条244的外周面双方。活动块246的凹部246e与轨条244的外周面的间隔与 滚轴246b的直径大致相等，滚轴246b在几乎没有空隙的状态下紧贴于活动块246的凹部 246e及轨条244的外周面。活动块246的内部设有二条与各个滚动槽246a大致平行的轨条避开路径246c，。 如图10所示，轨条避开路径246c’将收容滚轴246b的管屈曲成C字形状而形成。滚动槽 246a与避开路径246c’以各自的两端相连接，形成用以使得滚轴246b循环的循环路。此 外，如图11所示，活动块246的内部设有二条与各个滚动槽246a’大致平行的轨条避开路 径246c，避开路径246c及滚动槽246a，也再次形成同样的循环路。因此，当活动块246相对于轨条244移动时，许多个滚轴246b在滚动槽246a、 246a’滚动的同时会循环于循环路。因此，即使在轨条轴方向以外的方向上施加大荷重，由 于在利用许多个滚轴246b可以支承活动块246的同时滚轴246b还能滚动，所以将轨条轴 方向的阻力保持得较小，因此能够使得活动块246相对于轨条244而平顺地移动。在本变形例中，活动块246的凹部246e与轨条244的外周面的间隔d(图10、图 11)是呈现仅比滚轴246b的直径稍(1微米以下)大程度的长度。在这种状态中，活动块 246及轨条244被施加了来自滚轴246b的预载，而呈现滚轴246b的的外周面紧贴于活动块 246的凹部246e及轨条244的外周面的状态。同时，在轨条244的轴方向以外的方向的荷 重施加于活动块246及轨条244的一方的场合下，其荷重经由滚轴246b而以几乎不会发生 应答延迟的方式传达至另一方。因此，即使以数百Hz程度的高频率往复驱动上下方向加振 单元20及车轴方向加振单元30，其振动也会经由中间平台确实地传达至振动平台14。亦 即，根据本实施形态的振动试验装置1，能够利用高频率使得振动平台14振动。如图9所示，关于配置于四条滚动槽246a、246a，的四列滚轴246b，其轴在与轨条 244的轴直交的面上被配置成彼此相隔90°。由于各滚轴246b如此配置，所以在施加了从活动块246朝向轨条244的上面的方 向(图9中从上向下的方向)的荷重的场合下，这个荷重主要由被配置于二条滚动槽246a 的二列滚轴246b所承受。此外，在活动块246上施加了从轨条244的上面远离的方向(图 9中从下向上的方向)的荷重的场合下，这个荷重主要由被配置于二条滚动槽246a’的二列 滚轴246b所承受。
此外，在活动块246上施加了从其一方的侧面(图中左侧)朝向另一方的侧面(图 中右侧)方向的荷重的场合下，这个荷重主要由被配置于滚动槽246a’及246a的活动块一 方侧(图中左侧)的二列滚轴246b所承受。另一方面，在活动块246上施加了从其另一 方的侧面朝向一方的侧面方向的荷重的场合下，这个荷重主要由被配置于滚动槽246a’及 246a的活动块另一方侧(图中右侧)的二列滚轴246b所承受。再者，在活动块246上施加了围绕轨条244的轴方向的扭转荷重的场合下，若此扭 转荷重的方向是图9中的顺时钟方向，其荷重主要由被配置于滚动槽246a的活动块另一方 侧(图中右侧)的滚轴246b、以及被配置于滚动槽246a’的活动块一方侧(图中左侧)的 滚轴246b所承受。若扭转荷重的方向是图9中的逆时钟方向，其荷重主要由被配置于滚动 槽246a的活动块一方侧的滚轴246b、以及被配置于滚动槽246a，的活动块另一方侧的滚轴 246b所承受。如此，在本变形例中，即使在活动块246上施加了图9中的上下方向、左右方向、扭 转方向的荷重的其中任一的场合下，这些荷重也总是被二列滚轴246b所承受。因此，本变 形例的线性导轨机构，即使在这些方向上施加了大荷重，也仅有特定的列的滚轴246b被施 加荷重而不至于造成滚轴246b的破损，且可平顺地转动，活动块246便可利用滚轴246b沿 着轨条244而平顺地移动。图12表示活动块246的滚轴246b的立体图。如图12所示，本实施形态的振动试 验装置1所使用的活动块的各个滚轴之间，设有保持器246g。保持器246g具有与邻接的 二根滚轴246b的外周面相抵接的二个圆筒面，保持器246g经由此圆筒面而与滚轴246b相 接触。保持器246g的二圆筒面的轴互相平行。同时，由于保持器246g利用其前后与滚轴 246b相接触，因此循环路中的滚轴246b被对齐成其轴方向皆平行。因此，滚轴246b便可不 受阻碍而平顺地循环于循环路内。此外，在不具有保持器246g的线性导轨机构中，由于各个滚轴246b彼此以比较小 的接触面积相接触，因此接触部上会被施加大的应力。相对于此，本变形例的线性导轨机 构，滚轴246b与保持器246g之圆筒面彼此以较宽的接触面积接触，因该接触而施加于滚轴 246b之应力被保持得较小。因此，本变形例的线性导轨机构与不具有保持器者相比，能够抑 制滚轴246b的破损与磨耗。再者，本实施形态的变形例所使用的线性导轨机构中，各个滚轴246b彼此并未直 接接触。虽然各个滚轴246b彼此直接接触时会产生噪音，但在本实施形态中，由于滚轴 246b之间配置有保持器246g，因此能够抑制这种噪音。本实施形态的振动试验装置1能够利用气缸机构70 (第一 三图)将向上的静荷 重施加于各振动平台14。此外，台车100的横梁124被反力框架80 (图2)从上按压。即，台 车100呈现被反力框架80与气缸机构70从上下方向所挟持的状态，当使得气缸机构70作 用而在振动平台14上施加向上的荷重时，从反力框架80向下的荷重会被施加于台车100。 此外，由于台车100被气缸机构70从下所支承，因此不会发生从反力框架80被施加于台车 100的向下的荷重以及台车100本身的重量被施加于上下方向加振单元20的螺帽27、滚珠 螺杆23及伺服马达22的情形。因此，伺服马达22的转矩相对于台车100的上下方向的振 动所造成的惯性来说是十分大的程度。即，伺服马达22的转矩可以与车轴方向加振单元30 的伺服马达32的转矩是相同程度。
如图1 3所示，本实施形态的反力框架80是从被配置于侧梁122方向大致中央 下部的装置框架11之上而直立的梁。反力框架80的上端形成有在侧梁122方向两侧分支 延伸的按压部81，反力框架80整体呈现T字形状。该按压部81的下面抵接于一对横梁124 而将其从上按压。另外，如图1、3所示，反力框架80设于横梁124的车轴方向两侧每边一 个，台车100在各横梁124的车轴方向两侧即共计四个地方被反力框架80所按压。气缸机构70具有在各上下方向加振单元20的固定框架21与可动框架28之间 以分别有八个的方式设置的气缸72 (图1)、以及将空气供给至此气缸72的空气罐74。如 图1所示，空气罐74在每个上下方向加振单元20上皆设有一个，通过调整从空气罐74供 给至气缸72的空气的压力，便能够调整施加于各振动平台14的荷重。气缸机构70所引起 的荷重的大小由荷重传感器16所检测，振动试验装置1的控制器(后述)基于荷重传感器 16的检测结果，而调整被送至气缸72的空气的压力。在本实施形态中，为了要能够重现行驶中的铁道车辆的台车的举动，在利用车轴 驱动机构90使得台车100的车轴112旋转的同时，还能够加振台车100。以下说明关于车 轴驱动机构90的结构。车轴驱动机构90具有伺服马达92、以及第一 第四带轮93 96。第一带轮93被 固定于伺服马达92的驱动轴，被伺服马达92所旋转驱动。第四带轮96被安装于车轴112 的大致中央部。第二及第三带轮94、95被配置于伺服马达92的正上方且与第四带轮96大 致相同高度(图3)。如第一 三图所示，第二带轮94及第三带轮95被固定于共同的旋转 轴91，以成为一体的方式旋转。此外，支承旋转轴91的轴承及伺服马达92被共同地固定于 装置框架11上。如图3所示，第一带轮93与第二带轮94上被缠绕第一无接头带97。同样地，第三 带轮95与第四带轮96上被缠绕第二无接头带98。因此，当驱动伺服马达92时，其驱动轴 的旋转运动经由第一无接头带97而从第一带轮93传至第二带轮94，第二带轮94及第三带 轮95旋转。同时，第三带轮95的旋转运动经由第二无接头带98传达至第四带轮96，车轴 112由此而旋转。如此，在本实施形态的结构中，经由由第一及第二带轮93、94与第一无接 头带97、以及由第三及第四带轮95、96与第二无接头带98所构成的二组皮带轮机构，便能 够使得车轴112旋转。如此，由于利用皮带轮机构使得车轴112旋转的结构，即使第四带轮 96因为加振而多少会相对于其它的带轮93 95在上下方向及车轴方向产生位移，也不会 有第二皮带98相对于第三及第四带轮95、96而松弛的情形。因此，本实施形态的振动试验 装置1在使得车轴112旋转的同时，还能够使得台车100在上下方向及车轴方向上振动。其次，说明关于本实施形态的振动试验装置1的控制。图13是本实施形态的振动 试验装置1的方块图。如图13所示，振动试验装置1具有控制器2、电源3、以及伺服放大 器4。伺服放大器4从电源3接受电力的供给而产生三相的交流电流，并将其供给至伺服马 达22、32及92。控制器2控制伺服放大器4，可调整供给至各伺服马达22、32及92的交流 电流的振幅及频率。由此，可控制各伺服马达22、32及92的转速。此外，控制器2可基于设于振动平台14(图2)的加速度传感器18的检测结果，而 回馈控制振动平台14的位移、速度、加速度振幅。另外，为取代加速度传感器18，也可以使 用其它的传感器来检测位移与速度。如上所述，气缸72抬升振动平台14的荷重由荷重传感器16所检测，控制器2基于
15荷重传感器16的检测结果，利用回馈控制而调整设于空气罐74与气缸72之间的阀76(图 1、图3)的开度。由此回馈控制，便能够将相当于车辆的荷重的静荷重施加于台车100。
权利要求
一种振动试验装置，对车辆的台车施加上下方向的压缩静荷重的同时加振该台车，其特征在于，具有轴承单元，以可旋转的方式支承所述台车的车轴；车轴驱动机构，使所述车轴旋转；上下方向加振单元，在上下方向加振所述轴承单元；气缸机构，对所述轴承单元施加向上的荷重；及反力框架，从上按压所述台车，使所述台车在上下方向被挟持在该反力框架与所述气缸机构之间。
2.如权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于，所述轴承单元在所述车轴的车轮 安装位置支承该车轴。
3.如权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于，所述轴承单元利用自动调心滚动 轴承而以可旋转的方式支承所述车轴。
4.如权利要求1至3中任一项所述的振动试验装置，其特征在于，所述上下方向加振单 元利用伺服马达和推送螺杆机构在上下方向加振所述轴承单元。
5.如权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于， 所述轴承单元被固定于振动平台上；所述上下方向加振单元在上下方向加振所述振动平台。
6.如权利要求5所述的振动试验装置，其特征在于， 还具有车轴方向加振单元，在所述台车的车轴方向加振所述振动平台； 第一连结机构，以相对于所述上下方向加振单元可在所述车轴方向滑动的方式连结所 述振动平台；及第二连结机构，以相对于所述车轴方向加振单元可在上下方向滑动的方式连结所述振 动平台。
7.如权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于， 所述车轴驱动机构具有驱动带轮，由马达旋转驱动；从动带轮，安装于所述台车的车轴；及无接头带，卷绕于所述驱动带轮和所述从动带轮。
8.如权利要求7所述的振动试验装置，其特征在于，所述从动带轮安装于所述台车的 车轴的大致中央。
9.如权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于，所述反力框架在所述台车的横梁 的车轴方向两侧与该台车相抵接而从上按压该台车。
10.如权利要求1所述的振动试验装置，其特征在于 所述反力框架具有大致直立的直立部；及按压部，在该直立部的上端以在与所述台车的侧梁大致平行的二方向延伸的方式形成；所述按压部的下表面抵接于所述台车的横梁而使该台车被按压于下方。
11.如权利要求6所述的振动试验装置，其特征在于所述第一和第二连结机构分别具有线性导轨机构，该线性导轨机构以可滑动的方式连 结所述平台与所述上下方向加振单元及车轴方向加振单元， 所述线性导轨机构具备 轨条；及以可沿该轨条滑动的方式卡合于该轨条的活动块。
12.如权利要求11所述的振动试验装置，其特征在于 所述活动块具有凹部，围绕所述轨条；槽，沿着所述活动块的移动方向形成在所述凹部；避开路径，形成于所述活动块的内部，连接所述槽的所述移动方向两端以与所述槽形 成封闭路径；及多个滚珠，循环于所述封闭路径，在位于所述槽时与所述轨条相抵接。
13.如权利要求12所述的振动试验装置，其特征在于 所述活动块形成有四个所述封闭路径；分别被配置于所述四个封闭路径之中的二个封闭路径的槽的滚珠具有相对于具备了 所述轨条和所述活动块的线性导轨机构的径向呈大致士45度的接触角，分别被配置于另 二个封闭路径的槽的滚珠具有相对于所述线性导轨机构的逆径向呈大致士45度的接触角。
14.如权利要求11所述的振动试验装置，其特征在于 所述活动块具有凹部，围绕所述轨条；多个滚轴，以其圆筒面被挟入于所述轨条与所述凹部之间的方式配置； 滚轴保持部件，安装于所述凹部，形成滚动槽，该滚动槽引导所述滚轴的轴方向两端而 使得该滚轴在所述活动块的滑动方向滚动；及避开路径，形成在所述活动块的内部，连接所述滚动槽的所述滑动方向两端以，与所述 滚动槽形成封闭路径，所述多个滚珠循环于所述封闭路径。
15.如权利要求14所述的振动试验装置，其特征在于 所述活动块形成有四个所述封闭路径；分别被配置于所述四个封闭路径的四列滚轴被配置成，其轴在与所述轨条的轴正交的 面上相隔90°。
16.如权利要求14所述的振动试验装置，其特征在于，所述滚轴的直径小于所述滚动 槽中的所述活动块与所述轨条之间的间隔，其差为1微米以下。
17.如权利要求14所述的振动试验装置，其特征在于，邻接的二个滚轴之间设有用以 防止该滚轴彼此接触的保持器。
18.如权利要求17所述的振动试验装置，其特征在于，所述保持器具有与所述滚轴的 圆筒面相抵接的圆筒凹面。
19.如权利要求11所述的振动试验装置，其特征在于所述轨条，具有沿着其轴方向排列的多个贯通孔，在各个所述贯通孔穿过螺栓而被固 定于所述平台、所述上下方向加振单元或所述车轴方向加振单元， 所述螺栓的安装间隔为所述轨条的宽度的50 80%。
20.如权利要求19所述的振动试验装置，其特征在于，所述螺栓的安装间隔为所述轨 条的宽度的60 70%。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种振动试验装置，其能够减小用以进行振动试验的空间，且无须使用大输出的加振机构而能够使得车辆的轴承在上下方向上振动。本发明的实施形态的振动试验装置具有轴承单元，以可旋转的方式支承台车的车轴；车轴驱动机构，使得车轴旋转；上下方向加振单元，在上下方向加振轴承单元；气缸机构，对轴承单元施加向上的荷重；及反力框架，从上按压台车。
文档编号G01M17/08GK101970999SQ200980108738
公开日2011年2月9日 申请日期2009年3月11日 优先权日2008年5月24日
发明者坂上友隆, 宫下博至, 村内一宏, 松本繁, 长谷川正伸 申请人:国际计测器株式会社