JP2709191B2

JP2709191B2 - 摩擦特性試験機

Info

Publication number: JP2709191B2
Application number: JP5502223A
Authority: JP
Inventors: レイモンドジョセフブラック; シリカントアワスティ
Original assignee: アライドシグナルインコーポレイテッド
Priority date: 1991-07-11
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 1998-02-04
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JPH06507975A; US5167148A; DE69201306D1; WO1993001479A1; EP0593578B1; DE69201306T2; EP0593578A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、一般的に摩擦特性試験機に関し、特に航空
機ブレーキ用の摩擦特性試験機に関する。

最大限の数のブレーキ特性を決定し、ブレーキ特性の
完全な理解を与えるために、航空機ブレーキを可能な限
り徹底的に試験するのが望ましい。航空機ブレーキ、特
にカーボン−カーボン複合ブレーキディスクを有する航
空機ブレーキは、カーボン−カーボン複合ブレーキディ
スクの製造に利用される材料及び工程のタイプ次第でま
ったく異なって作動する。時々、カーボン−カーボン複
合ブレーキディスクは航空機ブレーキに使用中振動、即
ちブレーキ「スクウィール（squeal）」を生じる。カー
ボン−カーボン複合ブレーキディスク、並びに試験され
得る他のタイプのブレーキディスクの摩擦特性の正確な
決定及び測定を行う試験機を提供するのが望ましい。原
寸のブレーキの試験は、６つのロータ、５つのステー
タ、圧力プレート及び受けプレートの使用を含むであろ
う、原寸より小さいブレーキを利用するのが有利だが、
それでもこのようなブレーキの特性であるデータを提供
する。なによりも、このタイプの所望のデータは、振動
及び「負の減衰」として知られているものに関する情報
を与えるであろう。負の減衰は、本質的にブレーキの速
度振動とトルク振動との間の関係である。換言すれば、
増大した速度がディスクブレーキのロータ及びステータ
の緩やかに変化する。平均スリップ速度の頂点に課せら
れるとき、これによって増大したトルクが発生する。増
大したトルクと増大した速度との間の比は、計測、高速
なデータの獲得及び計算機化されたデータの減少を介し
て決定され、この比は「負の減衰」として知られてい
る。負の減衰を構成する別の方法は、スリップ速度に対
するブレーキトルクの偏導関数である。負の減衰によっ
て生じたブレーキ「スクウィール」の振動は、ブレーキ
装置の固定部分のトルク振動として説明することができ
る。従って、負の減衰に関するデータを発生するため
に、ブレーキ装置の通常固定部分にトルク振動を課する
のが望ましい。

負の減衰に加えて、ブレーキ摩擦材料温度とともにト
ルクがどのように変化するかを決定するのが望ましい。
これは又、偏導関数、即ち摩擦材料温度に対するトルク
の偏導関数である。

本発明は、慣性回転動作を与えるための装置と、慣性
回転動作装置に取り付けられた車輪要素と、ブレーキ荷
重受入れ装置を有する、車輪要素のブレーキを行うため
の装置と、前記ブレーキ荷重受入れ装置の振動動作を生
じるための装置とを有するブレーキ試験機であって、さ
らに前記試験機を制御し、データ獲得のための装置を有
し、前記慣性回転動作装置によって車輪要素が回転し、
しかも前記ブレーキ装置の作動中前記振動動作装置が作
動して、ブレーキ荷重受入れ装置の振動動作を行うこと
により、前記ブレーキ装置の作動に対するデータの獲得
を可能にするブレーキ試験機を提供することによって、
上述の問題に対する解決策を与える。

本発明を実施する一つの方法を実施例を示す図面を参
照しながら、以下に詳細に説明する。

図１は、本発明の摩擦特性試験機の大部分の図であ
る。

図２は、図１の試験機の端面図である。

図３は、トルクアーマチャ端プレート及び横方向に延
びた装置アームを示すために、左側が90°回転した、試
験機の一部の拡大断面図である。

図3Aは、図３のピストン及びアジャスター機構の拡大
断面図である。

図４は、一対の油圧シリンダーの１つの断面図であ
る。

図4Aは、図４の線4A−4Aにおける断面図である。

図５は、１対のバネ機構の１つの断面図である。

図5Aは、図５の線5A−5Aにおける断面図である。

図６は、摩擦特性試験機の概略図である。

図７は、摩擦特性試験機の油圧パルス発生機の断面図
である。

図１は、本発明の摩擦特性試験機の大部分の図であ
る。試験機は、全体的に参照番号10で指示し、振動動作
機構又は装置18に作動可能に連結されたブレーキ機構又
はブレーキ装置16と係合する半車輪或いは車輪要素14に
取り付けられた動力計12を有する。シャフト動力計12
は、慣性部分15と連結された駆動モータ13を有する。慣
性部分15は、代表的に動力計に使用される複数の大き
な、重いフライホイール又はディスク17からなる。振動
動作又は摂動動作装置18が、ブレーキ装置16は車輪要素
14と係合することができるように矢印Ａの方向にベッド
19上を横方向に摺動可能に設けられる。振動動作装置18
は、１対の油圧シリンダー22（図２参照）から反対側に
配置された１対のバネ機構20を有し、バネ機構20及びシ
リンダー22は、横方向に延びた装置アーム24で互いに連
結されている。装置アーム24は、作動可能にブレーキ装
置16と連結されている。

図３を参照すれば、試験機10の拡大部分断面図が示さ
れている。ブレーキ装置16が太軸動力計慣性フライホイ
ール17を減速する単一のロータブレーキを有する。明瞭
性のために、図１のベントシュラウド11は、図３に示さ
ない。フライホイールの慣性及び速度は、種々のブレー
キ適用速度及び航空機有効質量を模擬するために可変で
ある。動力計12に取り付けられた要素14は、ブレーキ装
置へ近づけるようにブレーキ装置16から分離して示し、
ブレーキ装置16と連結するときの作動位置を表すために
点線で示す。車輪要素14は、カーボン−カーボン複合ロ
ータディスク25内のスロットに係合する駆動ラグ23（１
つだけを示す）を備えた代表的な航空機半車輪を有す
る。ロータ25の各側には、ロータとステータからなる摩
擦ペア25、27の非回転部分を共に形成するステータ27が
ある。ステータは、カーボン−カーボン複合ステータ内
のスロットに係合するラグ31によってトルクチューブ29
にキー止めされている。トルクチューブ29は、複数のボ
ルト33によってピストンハウジング40に連結されてい
る。ピストンハウジング40は、図3Aに拡大断面図で示す
下部ピストン50を備えた、複数の代表的な航空機ブレー
キピストン50を含む。各ピストン50は、先行技術で周知
のような内部ボール−チューブアジャスター機構52を含
むのがよい。ピストンハウジング40はボルト55を介して
捩じれ又はトルクロードセル54に連結されている。捩じ
れロードセル54は、１対の横方向に延びたアーム24（図
２参照）を有するトルクアーマチャ端プレート41と連結
されている。ピストンハウジング40及びトルクロードセ
ル54は、回転ベアリング95によって固定フレームワーク
100に取り付けられる。ベアリング95はアーマチャ端プ
レート41、トルクロードセル54、ピストンハウジング4
0、トルクチューブ29及びステータ27を固定フレームワ
ーク100及びロータ25に対して移動させる。ブレーキ装
置16が試験機10の作動中作動されているとき、ブレーキ
荷重は、トルクチューブ29、ピストンハウジング40、捩
じれロードセル54、トルクアーマチャ端プレート41及び
横方向に延びたアーム24によって受けられ、それらの全
ては、ブレーキ装置16のブレーキ荷重受入れ機構部分を
有する。ブレーキ荷重受入れ機構又は装置は又、アーム
24のトルクチューブ29へのより直接的なアタッチメント
を有する。複数の連結管59を介してピストン50に流体圧
力を供給するマニホールド58と連通した油圧供給ホース
57が、ハウジング40と連結されている。各ピストン50
は、受けプレート61から反対側に配置された圧力プレー
ト60に係合する。プレート60、61は各々に取り付けられ
たカーボン−カーボン複合摩擦材料62及びそれぞれのス
テータ27に係合する。絶縁チューブ70がボルト72によっ
てトルクチューブ29に取付けられ、又ボルト73によって
ピストンハウジング40と連結されている。半径方向外方
に延びる電気ケーブル79が取り付けられた複数の電気接
続子78が、絶縁チューブ70内に設置され、ヒータサポー
トシリンダ90のまわりに円周方向に位置する。ヒータサ
ポートシリンダ90は、ボルト92によってトルクチューブ
29の内部開口面37に取り付けられている。ヒータ要素83
の別個の組は、絶縁プレート70を越えて延び、カーボン
−カーボン複合摩擦材料62のまわりに延びる。摩擦ペア
に対して現実的に作動温度を発生させるのに加えて、ヒ
ータ要素80、83は、通常の作動温度より高い温度を生じ
させることができる。

図４を参照すれば、油圧シリンダ22の１つの断面図で
示されている。各油圧シリンダ22は、ピストンハウジン
グ36内に位置する内部ピストン26と連結されたピストン
ロッド23を有する。ピストンハウジング36は、流路39A
及び39Bを介して作動流体圧力を受け、或いは逃がす対
向して配置された、一対の圧力チャンバ35,37を有す
る。図4Aに示すように、シリンダ22は、振動動作装置18
の固定部分に回転可能に取り付けられた底部トラニオン
29を有する。各ピストンロッド23の頂部は、ピストンロ
ッドをそれぞれの横方向に延びたアーム24（図２参照）
に連結する、図示しないピン24A（図３参照）を受け入
れるためのクラスプ43を有する。油圧シリンダ22は、油
圧作動的に交差して連結され、正弦波発生機、サーボ弁
及び図６に示すような油圧動力源によって駆動される。

図５は、中央ディスク75を介して１対の内に閉じ込め
られたバネ76、77に係合するバネ機構ロッド73を有する
バネ機構20の１つを断面図で示す。ロッド73の下部は、
図示しないピン24Aによってクラスプ43及びそれぞれの
横方向に延びたアーム24と取り付けるための環状開口部
78を有する。図5Aは、バネ機構20を回転可能に振動動作
装置18の固定部分に取り付ける１対のトラニオン79を示
す。バネ機構20は、ブレーキ装置16によって行われる全
ブレーキトルクに反応し、又小量のトルクロードセル或
いは油圧シリンダ22によって発生する、ブレーキ荷重受
け入れ機構運動に反応するように設計される。バネ機構
20によって、アーム24、トルクアーマチャ端プレート4
1、トルクロードセル54、ピストンハウジング40、トル
クチューブ29及びステータ27はブレーキ及び油圧シリン
ダ20の作動中一定の動作を受ける。

作動の際、ブレーキ機構の「固定」部品（ステータ2
7、圧力プレート60及び受けプレート61、トルクチュー
ブ29、絶縁チューブ70、ヒータサポートシリンダ90、ピ
ストンハウジング40、ロードセル54、横方向アーム24に
連結されたトルクアーマチャ端プレート41、油圧シリン
ダ22及びバネ機構20）の正弦動作は、摩擦ペアのインタ
ーフェイスに平均スリップ速度の振動を引き起こす。摩
擦ペア（ロータ25及びステータ27）の出力トルクが瞬間
スリップ速度に感応するなら、これによって又、以下で
与えられる出力トルク増分を生じる。

δＴ＝T_Asin（ｔ＋φ）（１）入力スリップ速度増分（角速度単位）は、 δ＝Ｖ_θsinωｔ（２）式（１）は、以下のように書き換えられる。

δＴ＝（T_Acosφ）sinωｔ＋（T_Asinφ）cosωｔ（３）摩擦ペアの負の減衰は、以下のように与えられる。

C_N＝−T_Acosφ/V_θ （４）これらの動作の全ては、専用ディジタルコンピュータ
にデータ供給する高速データ獲得システムを利用するこ
とによって実行される。図６を参照すれば、試験機10の
システム概略は、機構10の種々の要素の制御を可能に
し、制御コンソールで表示される時間に対するブレーキ
トルク、ブレーキ圧力、ブレーキ効率、ブレーキ速度の
ようなカレントステータス表示及び情報を与える制御及
びディスプレイコンソール121を有する。この情報及び
追加の情報は、コンピュータプリンタ及びプロッタ122
からのデータサマリで与えられる。制御及びディスプレ
イコンソール121は、シャフト動力計12と連結され、シ
ャフト動力計12はブレーキ摩擦ペア25、27と連結され
る。ステータ27は、トルクロードセル54に対してトルク
反動を行うブレーキピストンハウジング40と作動可能に
連結される。油圧シリンダ22は、（アーム24を介して）
トルクアーマチャ端プレート41と連結され、プレート41
は、トルクロードセル54と連結される。油圧ポンプ及び
アキュムレータ機構124は、ライン127を介して制御され
る油圧弁125にライン126を介して流体圧力を与える。弁
125は、ブレーキ圧力ライン129を介してハウジング40内
のブレーキピストン50に供給された油圧を制御する。戻
り圧力は、ライン131を介して油圧ポンプ及びアキュム
レータ124に伝達される。以下に詳細に説明する油圧パ
ルス発生器130が、ブレーキ圧力ライン129と連結されて
いる。ブレーキピストンハウジング40は、高速データ獲
得システム190にブレーキ圧力の読出しを与える１つ或
いはそれ以上の圧力変換器141を有する。高速データ獲
得システム190は、高速AD変換器を有する。システム190
は、ライン155を介してトルクインプット、ライン156及
び加速度変換器149を介して加速度インプット、ライン1
61を介して油圧シリンダ圧力インプット及びライン162
を介して正弦速度インプットを受入れ、最後の２つのイ
ンプットは、それぞれの変換器163及び164を介して行わ
れる。ライン162を介して正弦速度インプットは、油圧
シリンダ22の正弦速度である。シャフト動力計12の速度
は、ライン171を介して入力され、温度変換器173によっ
て決定されるような摩擦ペア25、27の温度は、ライン17
2を介して入力される。獲得システム190によって獲得さ
れ変換されたデータは、固定記憶貯蔵装置123と、デー
タサマリ、グラフ及びデータテーブルを作るコンピュー
タプリンタ及びプロッタ122とを有するデジタルコンピ
ュータ120に転送される。

正弦波発生器116は、総和器119を介して電気油圧式サ
ーボ弁115に連結されている。油圧ポンプ及びアキュム
レータ117は、弁128を介して電気油圧式サーボ弁115に
油圧を与える。戻り圧力がライン133を介して油圧ポン
プ及びアキュムレータ117に与えられる。正弦波発生器
は、総和器119を通って電気油圧式サーボ弁115へ進む、
ライン137を介して移動に対する要求信号を行う。電気
油圧式サーボ弁は、連結ライン139を介して油圧シリン
ダ22に正弦圧力変化の形態で圧力を与える。加速度変換
器149は、トルクロードセル54及びトルクアーマチャ端
プレート41とに連結され、ライン156を介してデータ獲
得システム190にインプットを与え、又ライン151を介し
て総和器119と連結されたダブルインテグレータ161に加
速度データをフィードバックする。これは正弦波発生器
116によって発生される移動信号との比較のために総和
器119への移動フィードバックを与える。制御及び表示
コンソール121は、正弦波発生器116用の制御コネクショ
ン116A、弁125用のコネクション125A、パルス発生器130
用のコネクション130A、弁128用のコネクション128A及
びヒータ80及び83用のコネクション80Aを含む。制御及
び表示コンソール121は、ライン128B及びライン127を介
して弁128及び125用の速度及び圧力フィードバック情報
を受ける。モータ連結コネクション129は、シャフト動
力計112を制御し、制御及び表示コンソール121へフィー
ドバックを与える。

負の減衰に関するデータは又、ブレーキスリップ速
度、ブレーキ温度、ブレーキ圧力、ブレーキ摩耗寿命段
階及び他の変数の関数として組織化することができる。
負の減衰に加えて、摩耗速度、静的トルク、ピークトル
ク、トルクモデル、ブレーキ効率（平均）、ピークブレ
ーキ効率、トルクインデックス及びグラッビネス性（gr
abbiness）のようなトルク／圧力応答及びトルク／温度
応答データ、摩擦ペアの他の基本的な性能データを評価
することができる。試験機10は１つのロータと２つのス
テータを必要とするに過ぎないので、６つのロータ、５
つのステータ、圧力プレート及び受けプレートを有する
であろう原寸ブレーキより摩擦ペア特性を作動させ、確
立するのがずっと経済的である。本発明の別の重要な利
点は、原寸のブレーキであることである。原寸より小さ
いサンプルに関する、同種データを得ても、スケール効
果のために満足できるものではなかった。

図１、３及び６を参照すれば、試験機の作動は以下の
ようである。制御及び表示コンソール121によって動力
計12を作動し、制御する。動力計12の慣性部分15は、所
望の角速度で車輪要素14を回転させる。ブレーキをかけ
るとき、弁125を作動して、ライン129を介してラインコ
ネクション57、マニホールド58、コネクション59及びブ
レーキピストン50にブレーキ圧力を供給する。ブレーキ
ピストン50は延びて、回転ロータ25をステータ27とプレ
ート60、61との間に圧縮する。正弦波発生器116が作動
して、振動移動に対する要求信号をライン137を介して
電気油圧式サーボ弁115に送る。弁115は、コネクション
139を介して正弦圧力変化を油圧シリンダ22に放出し、
油圧シリンダ22の交差状の連結のために、油圧シリンダ
はアーム24及びトルクアーマチャ端プレート41を介し
て、トルクロードセル54とピストンハウジング40の２°
の増減の振動動作を行う。振動動作の範囲は、制御及び
表示コンソール121を介して望むように変えることがで
きる。この正弦振動はこれらの「固定部品」又はブレー
キ装置16のブレーキロード受入れ装置に伝達され、プレ
ート41、トルクロードセル54、ピストンハウジング40、
トルクチューブ29、絶縁チューブ70、ピストン50、圧力
プレート60、受けプレート61及びステータ27は望むよう
に振動する。ブレーキロード受入れ装置の僅かな振動動
作は、ブレーキトルクに摂動を引き起こす。振動動作信
号及びトルク摂動から既に説明したように負の減衰が決
定される。摩擦特性の完全な理解を与えるために、温度
変化と圧力変化との間の関係を理解するのが又重要であ
る。かくして、異なる油圧及び温度で、試験機10を運転
して、負の減衰に対するこのような効果を決定すること
ができる。摩擦ペア内に実際に航空機ブレーキの現実の
温度に近い温度を与え、維持するために、ヒータ要素8
0、83をコネクション80Aを介して付勢するのがよい。示
したように、ブレーキ機構16の内円周と、圧力プレート
60及び受けプレート61のまわりの両方にヒータ要素を配
置するのがよい。さらに、所望なら、ヒータ要素をステ
ータ27のまわり或いはステータ27内に円周方向に配置し
てもよい。

図７を参照すれば、試験機10の追加の特徴が示されて
いる。圧力周波数に対するトルクの応答関数を決定する
ために、機構10によって行われるブレーキ停止中鋭いパ
ルスを安定状態油圧に加えることが必要である。鋭いパ
ルス及び圧力は、安定状態ブレーキトルクにパルスを引
き起こす。圧力内及びトルク内のパルスからの信号は、
同時に二重チャンネル高速フーリエ変換（FET）に供給
されるのがよい。FET分析器は、圧力と生じたトルクパ
ルスとの間の周波数応答関数を決定する。この周波数応
答関数は、周波数に対する圧力に対するトルクのゲイン
及び周波数に対する圧力に対するトルクの位相遅れとし
てグラフィックに表すことができる周波数の複素関数で
ある。この周波数応答関数は又、以下のように２つの複
素変換関数の比として表すことができる。

T/P＝f₁(S)／f₂(S)＝（a₀＋a₁S＋a₂S²＋...）／（b₀＋b
₁S＋b₂S²＋...）ここに、Ｓはラプラス変換複素変数（Ｓ＝Ｒ＋iI）鋭い油圧パルスの上記の発生を達成するために、パル
ス発生器130が図６と図７に示される。パルス発生器130
は種々の異なる機構のいずれかからなり、そのうちの一
つをここに示す。パルス発生器130は、制御及び表示コ
ンソール121によって作動されるトリガー機構134を有
し、マス138のピストン130B上への落下を行う。ピスト
ン130Bは、ストップ131Bに対して位置決めされる。発生
器130はライン130Cを介して油圧圧力供給ライン157へ連
結される。圧力供給ライン157は、ピストン50との等し
い長さのラインコネクションを含むトルクアーマチャ端
プレート41の受け面及びピストンハウジング40に連結さ
れ、同じ圧力パルスが各ピストン50によって受けられ
る。これによって、本質的に角度動作なくブレーキヒー
トスタックの変形圧縮を確実にする。圧力変換器178
（図７）は、出力信号を制御及び表示コンソール121に
与える。マス138がピストン130B上に落下するとき、鋭
い圧力パルスが行われ、比較的広い周波数範囲に対して
周波数応答関数を生じさせることができる。圧力パルス
幅及び大きさは、ピストン130B、マス138の落下高さ及
びマス138の質量の調整によって制御することができ
る。発生器130は又、トルクから圧力の周波数応答関数
を決定するために、標準的な動力計ブレーキ試験装置に
利用することができる。標準的な動力計ブレーキ試験装
置は、振動的な又は摂動的な動作装置18及び振動動作装
置に関連した制御要素を含まない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アワスティシリカントアメリカ合衆国インディアナ州 46530 グレンジャーヘッジレーン 51810 (56)参考文献特開昭62−832（ＪＰ，Ａ) 特開平３−103750（ＪＰ，Ａ) 西独国公開1773557（ＤＥ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】慣性回転動作を与えるための手段（12）
と、該慣性回転動作手段（12）に取り付けられた車輪要
素（14）と、該車輪要素（14）のブレーキ（16）を行う
ための、ブレーキ荷重受入れ手段（29、40、54、41、2
4）を備えた手段とを有するブレーキ試験機（10）であ
って、振動動作を発生し、前記ブレーキ荷重受入れ手段
（29、40、54、41、24）に伝達するための装置（18、2
0、22）と、該試験機を制御し、且つデータを獲得する
ための手段（121、190）をさらに有し、前記慣性回転動
作手段（12）による前記ホイール要素（14）の回転及び
前記ブレーキ手段（16）の作動中前記ブレーキ荷重受入
れ手段（29、40、54、41、24）の振動動作を行うための
前記振動動作装置（18、20、22）の作動が、前記ブレー
キ手段（16）の作動中の振動に関するデータの獲得を可
能にすることを特徴とするブレーキ試験機（10）。
【請求項２】前記ブレーキ手段（16）は、加熱を行うた
めの装置（78、79、80）を有する請求項１に記載の試験
機。
【請求項３】圧力パルス（130）を発生し、それを前記
ブレーキ手段（16）に伝達して、パルスを行うための手
段をさらに有する請求項１に記載の試験機。
【請求項４】前記振動動作装置（18、20、22）は、電気
油圧サーボ弁（115）と連結された正弦波発生器（116）
を有し、該電気油圧サーボ弁（115）は、前記ブレーキ
荷重受入れ装置（29、40、54、41、24）に取け付けられ
た液圧シリンダ（22）と連結され、さらに油圧を前記サ
ーボ弁（115）に伝達する油圧弁（128）と連結された圧
力発生装置（117）を有し、該油圧弁（128）は、前記制
御及びデータ獲得装置（121、190）によって制御される
請求項１に記載の試験機。