| 研究課題/領域番号 |
22K03891
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| 研究機関 | 静岡理工科大学 |
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研究代表者 |
野崎 孝志 静岡理工科大学, 理工学部, 教授 (20548888)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 軸継手 / 振動的偏心 / 接触解析 / 微小すべり / 混合潤滑理論 / ストライベック線図 / スピン / 転がりすべり摩擦 |
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| 研究実績の概要 |
本研究開発の目的は，従来の機構では実現できなかった超大偏心量と円滑な作動性を有する超大偏心軸継手（以下，本軸継手）の特長である振動的に変動する偏心挙動における，回転特性（作動性・回転変動率・伝達効率等）に及ぼす影響を解明することにより，本軸継手の実用化適用範囲を拡大し，自動車分野だけではない新規駆動系（特にロボティクス分野の駆動系等）の実現に寄与することが目的である．転動体（ボール）の往復動により微小すべりが内在し，ストライベック線図で表される境界・混合・流体潤滑特性を有する転がり接触部で構成されている本軸継手を物理モデル化し，振動擾乱であるミスアライメント等が回転特性に与える影響を定性的かつ定量的に解明し，実験により整合性を図ることにより，機構の安定性や寿命の向上を達成することが可能であり，本軸継手の適用範囲の更なる拡大を図ることで，新規駆動系を実現することができる．
初年度の研究実績としては，振動的に変動する偏心挙動を入力条件とした，ボールの往復動により微小すべりが内在し，ストライベック線図で表される境界・混合・流体潤滑の非線形摩擦特性を理論的に考慮した本軸継手の物理モデルの基本形を作成した．すなわち，本軸継手の物理モデルの基本形には，本軸継手の３次元解析モデル（ソフトウエアAdams）に，境界・混合・流体潤滑の非線形摩擦特性をストライベック線図として，非線形摩擦特性を入力可能とした新たなサブルーチンを開発した．さらには，従来は一定値の偏心量のみが解析可能であった解析モデルに，振動的に変動する偏心挙動を入力可能とした．
また，物理モデルと実現象との整合性を図るため，振動的に変動する偏心挙動の印加が可能な振動試験機の構想設計を実施した．これらにより，理論解析結果との精度の高い整合性を確認する試験機の構想を確立した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度（令和４年）から着手する項目は次の2項目である．1項目めは『振動的に変動する偏心挙動を入力条件とした，ボールの往復動により微小すべりが内在し，ストライベック線図で表される境界・混合・流体潤滑の非線形摩擦特性を理論的に考慮した本軸継手の物理モデルを確立する．』であり，2項目めは『物理モデルと実現象との整合性を図るため，振動的に変動する偏心挙動の印加が可能な振動試験機の製作と実験の実施』である．
1項目めでは，振動的に変動する偏心挙動を入力条件とした，ボールの往復動により微小すべりが内在し，ストライベック線図で表される境界・混合・流体潤滑の非線形摩擦特性を理論的に考慮した本軸継手の物理モデルの基本形を作成した．すなわち，本軸継手の物理モデルの基本形には，本軸継手の３次元解析モデル（ソフトウエアAdams）に，境界・混合・流体潤滑の非線形摩擦特性をストライベック線図として，非線形摩擦特性を入力可能とした新たなサブルーチンを開発した．さらには，従来は一定値の偏心量のみが入力可能であった解析モデルに，振動的に変動する偏心挙動を入力可能とした．
2項目めでは，物理モデルと実現象との整合性を図るため，振動的に変動する偏心挙動の印加が可能な振動試験機の構想設計を実施した．試験機として，本軸継手に振動的に変動する偏心挙動を与えるためには，従動側の軸継手部材を支持する機構をリニアスライドにて移動可能とし，モータとクランク機構にて動的偏心挙動を作用できる構造とした．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の推進方策は，次のような２項目を考えている．1項目は，【現在までの進捗状況】において示した『振動的に変動する偏心挙動を入力条件とした，ボールの往復動により微小すべりが内在し，ストライベック線図で表される境界・混合・流体潤滑の非線形摩擦特性を理論的に考慮した本軸継手の物理モデルを確立する．』ために，摩擦係数算出の精度を高めるために，スピンを考慮した非線形摩擦特性を付加し，本軸継手の回転と振動的偏心挙動下の条件において，ストライベック線図にて表し，３次元解析モデル（ソフトウエアAdams）の摩擦係数決定のためのサブルーチンを進化させることである．スピンを定量的に考慮する際には，転動体（ボール）は入出力プレート溝の接触と保持器の３点接触を考慮する．
尚，混合潤滑理論の適用方法は次のⅠ～Ⅳの通りである．Ⅰ 粗さの高さを分布ガウスと仮定したGREENWOOD ＆ TRIPPの接触理論式を用いて，粗さ突起が分担する接触面圧を求め，摩擦係数との積から摩擦力を算出する．Ⅱ 流体潤滑部ではジョンソチャートによる潤滑モード判定を行い，油膜厚さ求める．Ⅲ JOHNSON＆ TEVAARWERKの非線型粘弾性マクスウェルモデルをアイリング解に簡略化して，流体潤滑部の摩擦力を求める．Ⅳ 突起接触による接触摩擦力と流体潤滑部摩擦力の和を求めて摩擦係数を算出する．
２項目目は，『物理モデルと実現象との整合性を図るため，振動的に変動する偏心挙動の印加が可能な振動試験機の製作と実験の実施』であるが，振動試験機を現在所有する本軸継手の特性試験機（基盤研究(C)H31～R3）を，振動的に偏心を印可できる試験機に改造し，動的偏心挙動下の特性試験に着手することである．主要な機構は，従動側の軸継手部材を支持する機構をリニアスライドにて移動可能とし，モータとクランク機構にて動的偏心挙動を作用できる構造とした．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
（理由）
振動的な偏心挙動を印可できる試験機製作のための一部の機器や製作部品を次年度（令和５年度）に納入することとなった．試験機製作完了時期に合わせて納入することでも，円滑に振動的な偏心挙動を印可できる試験が実施できることから，試験機製作進捗と合わせて次年度（令和５年度）に納入することとした．
（使用計画）
次年度使用額は，令和４年度の試験機製作のための一部の機器の購入に使用する．
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