CN101603883B - 轮胎试验机及轮胎试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的轮胎试验机具备:心轴,绕铅垂方向的轴线驱动旋转轮胎(T);心轴箱,旋转自如地支承心轴;以及旋转滚筒,绕与心轴的轴线平行的轴线旋转自如,且与轮胎(T)接近或离开自如,能够分别测定轮胎(T)的均匀性和动平衡。心轴箱以能够支承来自旋转滚筒的按压力的方式、经由压电传感器固定在上述基座上。压电传感器设置在包含心轴的轴线、且与按压力垂直的面内。根据这样的结构,能够正确且容易地计测轮胎的动平衡。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够用同一装置测定轮胎的均匀性和动平衡的轮胎试验机及轮胎试验方法。
背景技术
以往以来,作为能够测定轮胎的均匀性和动平衡(动态均衡)的轮胎试验机,公知有美国专利第6131455号所示的轮胎试验机。在该专利的轮胎试验机中具备:心轴,支承轮胎;以及心轴箱,能够旋转地支承该心轴。并且,在心轴箱的侧方,设置有旋转轴心与心轴的旋转轴心平行的旋转滚筒。在该旋转滚筒上设置有可计测双方向成分的载荷的负载传感器,并且,在心轴箱上设置有固定部件,该固定部件相对于从旋转滚筒施加的载荷而将心轴箱对基座进行固定(刚性支承)。
因此,在测定轮胎的均匀性时,需要在轮胎上支承从旋转滚筒施加的力,因此借助固定部件将心轴箱固定在基座上。并且,使旋转滚筒与轮胎接触,用负载传感器检测出的载荷来测定轮胎的均匀性。
另一方面,在测定轮胎的动平衡时,解除固定部件,使心轴箱成为能够振动的状态。并且,使心轴以比均匀性测定时更高速地转动。使在动平衡中有异常的轮胎高速旋转时,轮胎偏心旋转,心轴箱也相对于基座晃动而旋转。在心轴箱和基座之间设置有负载传感器,通过计测轮胎的偏心旋转引起的心轴箱的晃动来测定动平衡。
在该专利的轮胎试验机中,动平衡试验时和均匀性试验时心轴的固定方法完全不同,因此必须设置如上所述的固定部件。这样的固定部件需要将具有重量的心轴箱固定在基座上,因此容易大型化且使装置的结构复杂化。并且,必须使用固定部件来进行固定操作,因此试验时间也变长。并且,每次测定时要进行固定部件的卡合脱离,测定的重复性也有困难。
因此,例如,如美国专利第6658936号的图2所示,公知一种轮胎试验机,在心轴箱的外周面的旋转滚筒的相反侧设置固定部件,借助该固定部件经由三成分压电元件将心轴箱刚性支承在基座上。
发明内容
在美国专利第6658936号的轮胎试验机中,从心轴的轴线沿着来自旋转滚筒的按压力的方向而隔开心轴箱的外径的量的距离来设置三成分压电元件。因此,用该三成分压电元件来计测动平衡试验及均匀性试验的载荷时,在所计测的载荷中作为误差成分加入有由该距离引起的力矩,特别地成为使平衡的评估精度降低的一个原因。
并且,该专利的轮胎试验机设置有四个三成分压电元件,感应方向的定位困难。
本发明是鉴于上述问题而提出的,其目的在于提供一种轮胎试验机及轮胎试验方法,对于用压电传感器计测的载荷简单、且特别地能够精度良好地测定轮胎的动平衡。
为了实现上述目的,本发明描述了下面的技术方法。
本发明是轮胎试验机,具备:心轴,绕铅垂方向的轴线而与轮胎一体地旋转;驱动旋转装置,使上述心轴旋转;心轴箱,旋转自如地支承上述心轴;基座;以及压电传感器,用于测定上述轮胎的动平衡,上述心轴箱隔着上述压电传感器而固定在上述基座上,上述压电传感器设置在包含上述心轴的轴线的平面内,且上述压电传感器计测与包含上述心轴的轴线的上述平面垂直的力成分。
根据这样的结构,能够防止动平衡测定时的由压电传感器的设置位置和心轴的轴线之间的距离引起的误差成分的产生,能够使动平衡测定的精度提高。
此外,最好在上述心轴箱上设置定位部件,该定位部件从上述心轴箱的外周面朝向径向外侧伸出,且具有朝向与来自上述旋转滚筒的按压力垂直的方向平坦地形成的按压面,最好在上述基座上设置箱支承部件,该箱支承部件具有与上述定位部件的按压面平行且相对面地形成的安装面。并且,最好将上述压电传感器夹持在上述按压面和安装面之间。
并且,最好分别在上述心轴的轴线的两侧在铅垂方向的两个部位设置上述压电传感器。
并且,在上述结构的轮胎试验机中,还具备:旋转滚筒,能够绕与上述心轴的轴线平行的轴线旋转;旋转滚筒移动机构,使上述旋转滚筒与上述轮胎接近或离开,上述旋转滚筒移动机构固定在上述基座上;以及力传感器,用于测定上述轮胎的均匀性,上述心轴箱以能够支承来自上述旋转滚筒的按压力的方式隔着上述压电传感器而固定在上述基座上,上述压电传感器设置在与上述按压力的方向垂直的面内。
根据这样的结构,成为能够高效且高精度地进行轮胎的动平衡测定和均匀性测定双方的轮胎试验机。
并且,用于测定上述均匀性的力成分的应变计式力传感器设置在上述旋转滚筒的两侧设置在该旋转滚筒的轴部上即可。
并且,本发明是一种用轮胎试验机分别测定上述轮胎的均匀性和动平衡的轮胎试验方法,所述轮胎试验机具备:心轴,绕铅垂方向的轴线驱动旋转轮胎;心轴箱,旋转自如地支承上述心轴;以及旋转滚筒,绕与上述心轴的轴线平行的轴线旋转自如且与上述轮胎接近或离开自如,该轮胎试验方法包含下面的工序:绕上述心轴的轴线驱动上述轮胎的工序;将上述旋转滚筒按压在上述轮胎上且测定上述轮胎的均匀性的工序;以及在使上述旋转滚筒从上述轮胎离开的状态下测定上述轮胎的动平衡的工序,在测定上述动平衡的工序中,借助压电传感器至少计测用于测定动平衡的力成分,该压电传感器设置为位于包含上述心轴的轴线且与将上述旋转滚筒按压在上述轮胎上的方向垂直的平面内。
在上述轮胎试验方法的上述测定均匀性的工序中,最好用在上述旋转滚筒的两侧设置在上述旋转滚筒的轴部上的应变计式力传感器来至少计测用于测定均匀性的力成分。
发明者们考虑了,若对轮胎的离心力施加由压电传感器的设置位置和心轴的轴线之间的距离引起的误差成分,则是否能够通过变更压电传感器的安装位置而防止该误差成分的产生。并且,特别地,若将计测用于动平衡测定的力成分的压电传感器设置在包含心轴的轴线且与来自旋转滚筒的按压力垂直的面内,与计测用于均匀性测定的力成分的压电传感器分开,则得知可容易进行各压电传感器的定位,且能够提高轮胎试验的评估精度,达成本发明的完成。
在本发明的轮胎试验机及轮胎试验方法中,能够精度优良地测定轮胎的动平衡。
附图说明
图1是轮胎试验机的主视图。
图2是图1的A-A线剖视图。
图3是图1的B-B线剖视图。
图4是从与图3相同位置看的比较例的轮胎试验机的剖视图。
图5是示出用实施例及比较例的压电传感器所计测的离心力的变化的图。
具体实施方式
下面根据附图说明本发明的轮胎试验机1。
如图1示意地示出,本实施方式的轮胎试验机1是测定轮胎T的均匀性(轮胎T的均匀性)和轮胎T的动平衡(动太均衡)的复合试验装置。轮胎试验机1具备架状地立设在地面上的主框架3。在主框架3上具备:上轴4,借助未图示的升降机构上下伸缩自如;以及上轮辋5,拆装自如地安装在上轴4的下端。在上轮辋5的下方,设置有与上轮辋5协动而保持轮胎6的下轮辋6。该下轮辋6固定在心轴7上,与绕朝向铅垂方向的轴线旋转的心轴7一体地旋转。心轴7相对旋转自如地支承在固定在主框架3上的心轴箱8上,能够借助马达9的驱动而相对于心轴箱相对旋转。能够与保持在心轴7上的轮胎T接触的旋转滚筒19从动旋转自如地设置在心轴7的侧方。
将图1的纸面的上下作为说明轮胎试验机1时的上下。将图1的纸面的左右作为说明轮胎试验机1时的左右。并且,将图3的纸面上方称为说明轮胎试验机1时的后方,将下侧称为前方。这些方向与操作者如图1所示地看轮胎试验机1时的方向一致。
如图1及图2所示,上轴4沿上下方向延伸,其下端侧朝向下方形成为圆锥状,能够与形成在上轮辋5的上表面上的凹部嵌合。在上轴4的下端侧设置有卡合上轮辋5的锁定部件10,通过用该锁定部件10卡合上轴4和上轮辋5,上轮辋5能够配合着上轴4而上下移动(升降)。
上轮辋5上下方向的中间部形成为具有与轮胎T的内径尺寸配合的外径的圆盘状,将该中间部对于轮胎T的内侧从上方插入。上轮辋5在上端的外周缘具备伸出形成为凸缘状的上凸缘部11,借助该上凸缘部11从上方压入轮胎T。
上轮辋5在下端侧形成有沿着铅垂方向向下方伸出的圆柱状的卡合部12,通过将该卡合部12嵌入下轮辋6的被卡合部13中而与下轮辋6卡合,能够与下轮辋6一体旋转。
下轮辋6形成为上轮辋5上下反转的形状,并安装在心轴7上。并且,下轮辋6与上轮辋5同样地,上下方向的中间部与轮胎T的内径尺寸配合而形成为圆盘状,对于轮胎T的内侧从下方插入。下轮辋6下端的外周缘具备伸出形成为凸缘状的下凸缘部14,用该下凸缘部14从上方支承轮胎T。
心轴7绕朝向铅垂方向的轴线形成为圆筒状。心轴7在上部具有能够与上轮辋5的卡合部12卡合的被卡合部13。被卡合部13沿着心轴7的轴线向下方形成为竖孔状,能够将上轮辋5的卡合部12嵌入。在心轴7的上部固定有下轮辋6,心轴7和下轮辋6能够一体旋转。心轴7在下端侧具备定时带轮15,在该定时带轮15上卷绕有定时带16。
心轴7在外周侧具有轴承部17。轴承部17设置为从心轴7的上端侧和下端侧离开,对于心轴箱8相对旋转自如地支承心轴7。
心轴箱8绕心轴7的轴线形成为圆筒状,在筒内侧旋转自如地收纳有心轴7。心轴箱8经由箱支承部件26而被固定(刚性支承)在基座2上。
马达9安装在心轴箱8的左方的主框架3上。马达9向下方具备驱动轴18,在驱动轴18上安装有马达带轮30。在马达带轮30上卷绕有定时带16,能够经由定时带16将马达9的动力传递至心轴7。
旋转滚筒19外形形成为圆筒状,在其外周面上形成有轮胎T所接触的路面。旋转滚筒19绕朝向铅垂方向的轴线旋转自如。从心轴7的轴线向右方隔开距离地设置旋转滚筒19的轴线。
在旋转滚筒19的下方,设置有支承旋转滚筒19的上下一对线性导件20、21。旋转滚筒19固定在上侧的线性导件20上,基座2固定在下侧的线性导件21上。上侧的线性导件20相对于下侧的线性导件21在左右方向上滑动自如,将载置在上侧的线性导件20上的旋转滚筒19相对于轮胎T接近或离开自如地导向。
旋转滚筒19旋转自如地支承在向其上方和下方延伸设置的轴部22上,轴部22支承在上侧的线性导件20上。在轴部22上,设置有计测从轮胎T经由旋转滚筒19传递的力的双方向应变计式力传感器23。
接着,说明使用上述的轮胎试验机1的轮胎T的均匀性试验。
将轮胎T载置在下轮辋6上,使上轴4伸长而将上轮辋5接近下轮辋6时,在上下凸缘部11、14之间夹持轮胎T。解除锁定部件10的卡合而使上轴上升之后,使旋转滚筒19向轮胎T接近,将旋转滚筒19按压在轮胎T上。其后,使马达9旋转,经由马达带轮30、定时带16及定时带轮17将马达9的动力传递至心轴7,使心轴7旋转。
在旋转滚筒19的轴部22的上下,分别设置有感应板厚方向和与板厚方向垂直的方向的双方向力的双方向应变计式力传感器23,计测从动旋转中的旋转滚筒19上产生的铅垂方向及接近离开方向(左右方向)的力。从用该双方向应变计式力传感器23计测的铅垂方向及接近离开方向的力,评估轮胎T的均匀性。
本发明的轮胎试验机1,以能够支承来自旋转滚筒19的按压力的方式经由压电传感器24将心轴箱8固定在基座2上。该压电传感器24夹持在设置于心轴箱8上的定位部件25、及基座2的箱支承部件26之间,用于计测旋转滚筒19的按压方向的力而测定轮胎T的动平衡。轮胎试验机1特别地将压电传感器24设置在包含心轴7的轴线且与按压力垂直的面内以便能够高精度地测定动平衡。
如图2所示,定位部件25从心轴箱8的外周面朝向径向外侧伸出形成为板状,一组设置在心轴箱8的前侧和后侧。定位部件25沿着上下方向及前后方向具备平坦的按压面27,朝向与旋转滚筒19的向轮胎T的按压方向垂直的方向形成该按压面27,通过在按压面27上设置压电传感器24,能够使压电传感器24位于包含心轴7的轴线且与旋转滚筒19的按压方向垂直的面内。
箱支承部件26形成为从基座2朝向上方伸出且沿着左右方向延伸的板状,与定位部件25相对应地一组设置在心轴箱8的前侧和后侧。在箱支承部件26上设置有加强用肋28,借助该加强用肋28而相对于基座2牢固地固定。箱支承部件26的左端朝向从心轴箱8离开的方向垂直地折曲,在该折曲的部分上形成有安装面29。
安装面29朝向上下前后的方向平坦地形成,面向与来自旋转滚筒19的按压力垂直的方向。安装面29与定位部件25的按压面27平行地配置。压电传感器24夹持在箱支承部件26的安装面29和定位部件25的按压面27之间。
本发明中的压电传感器,一般称为压电式力传感器,具有高的刚性。在本实施方式中,作为压电传感器,使用在内部具有感应板厚方向压缩力的测定元件、能够计测施加在板厚方向上的载荷的压电传感器24。压电传感器24其板面与定位部件25的按压面27(箱支承部件26的安装面29)平行地安装,能够仅计测与旋转滚筒19的向轮胎T的按压方向平行的力成分。
压电传感器24设置在定位部件25的按压面27和箱支承部件26的安装面29之间,对于基座2刚性支承心轴箱8。即,压电传感器24不仅是计测载荷的传感器,还成为心轴箱8对于基座2的安装用支承部件。
压电传感器24对于前后一组的定位部件25(箱支承部件26)在各自的上下各设置有一组。即,在隔着心轴7的轴线的两侧的各自中,在铅垂方向上具备多个压电传感器24。此外,在本实施方式中,在铅垂方向上设置有两处,合计设置四处。
接着,说明使用上述轮胎试验机1的轮胎T的动平衡试验。这里,考虑了在均匀性试验结束后进行动平衡试验的情况。
首先,均匀性试验结束时,使上侧的线性导件20相对于下侧的线性导件21滑动,使旋转滚筒19从轮胎T离开。
旋转滚筒19从轮胎T离开后,提高马达9的转速,使轮胎T成为动平衡用的转速。动平衡的轮胎T的转速成为远远地比均匀性试验时(JASO C607中为60rpm转速)高速的转速,在本实施方式中为800rpm。
如图3所示,在轮胎T上局部地存在组成密度高的偏心量m。使这样的轮胎T绕心轴7的轴心O以800rpm高速旋转时,在偏心量m上产生不期望的离心力F。该离心力F作用在心轴箱8的轴(心轴7的轴心O)上。
这里,考虑偏心量m从心轴7的轴心相对于左右方向位于角度θ位置的情况。离心力F能够分解为沿着来自旋转滚筒19的按压力的力成分Fcosθ、和垂直的力成分Fsinθ。并且,由设置在包含心轴7的轴线且与来自旋转滚筒19的按压力垂直的面内的n个压电传感器24来计测沿着来自旋转滚筒19的按压力的力成分Fcosθ。即,在压电传感器24的设置个数为n时,用下式(1)示出用一个压电传感器24所计测的力f。
【式1】
f=Fcosθ/n ......(1)
角度θ为0°或180°时,用压电传感器24所计测的力f为最大值fmax或最小值fmin。用下式(2)示出用压电传感器24所计测的力的最大值fmax及最小值fmin。
【式2】
fmax=F/n,fmin=-F/n ......(2)
即,通过用压电传感器24经时地计测沿着来自旋转滚筒19的按压力的力成分Fcosθ,能够求得用压电传感器24所计测的力成分的最大值fmax或最小值fmin。另一方面,由于知道压电传感器24的设置个数,因此能够借助式(2)从最大值fmax或最小值fmin求出离心力F,通过评估该离心力F来评估轮胎T的动平衡。
为了明确地理解本发明,举出比较例。
如图4所示,在比较例中,在心轴箱8的外周面的隔着心轴7的轴线而与旋转滚筒19相反侧设置有压电传感器24。压电传感器24设置在从心轴7的轴心向左右方向离开L、向前后方向离开1的位置上。在比较例的压电传感器24中,使用了与实施例相同个数的与实施例相同的压电传感器24,这些压电传感器24沿着心轴箱8的外周面的旋转滚筒19的相反侧的外周面,上下前后合计配备有n处。
这里,考虑了用比较例中的各个压电传感器24所计测的力。
在比较例的情况下,在从心轴7的轴心相对于左右方向在位于角度θ位置具有偏心量m的情况下,也能够将离心力F分解为沿着来自旋转滚筒19的按压力的力成分Fcosθ、和垂直的的力成分Fsinθ。
并且,用四个压电传感器24来计测沿着来自旋转滚筒19的按压力的力成分Fcosθ。但是,比较例的情况下,施加在压电传感器24上的力不仅包含沿着按压方向的力成分,还作为误差成分fm而包含由与按压方向垂直的力成分引起的力矩所产生的力。
使用从轴心0到压电传感器24的设置位置的沿着按压方向的距离L,用下式(3)示出成为该误差成分fm的原因的力矩M。
【式3】
M=Fsinθ×L ......(3)
即,使用从轴心O到压电传感器24的与按压方向垂直的距离1(力矩M的力点和作用点之间的距离1),用下式(4)示出力矩M所产生的误差成分fm。
【式4】
fm=Fsinθ×(L/1)/n ......(4)
因此,用下式(5)示出加入了误差成分fm后的,用压电传感器24所检测出的力f’。
【式5】
f’=Fcosθ/n±Fsinθ×(L/1)/n ......(5)
即,在比较例中,用压电传感器24所检测出的力f’中包含实施例中不存在的误差成分fm,不能精度优良地计测离心力F。
接着,使用用压电传感器24计测力时的理想波形(图5),进行实施例和比较例的比较说明。
如图5所示,用实施例及比较例的压电传感器24所计测的力f、f’的变化被计测为正弦波。这里,用实施例的压电传感器24所计测的力f的变化(图5的实线),最大值fmax和最小值fmin的绝对值为F/n,若知道压电传感器24的设置个数,则容易求出离心力F。
另一方面,用比较例的压电传感器24所计测的力f’的变化(图5的虚线及点划线),用压电传感器24所计测的力f’的最大值或最小值不是F/n,而是显示为比实施例大的输出值。这是考虑了因为用比较例的压电传感器24所计测的力f’中加入了力矩M所引起的力对应的误差成分fm。这里,压电传感器的输出值具有绝对值越大误差越大的特性。因此,在比较例中,输出值变大,相应地包含更大的误差,设置在心轴前后的压电传感器中的输出波形的峰值的相位也偏移,由此在同一相位中误差大大地不同,即使通过运算进行相互叠加输出值的修正,也仍残留有大的误差。由此,在比较例中,不能精度良好地求得离心力F。
与此相对,在实施例中,用压电传感器24所计测的力f的输出值的最大值fmax或最小值fmin比比较例小,误差也变小,因此能够更加精度优良地求得离心力F。
本发明并不限定于上述各实施方式,在不变更发明本质的范围内,能够适当变更各部件的形状、构造、材质、组合等。
在上述实施方式中,压电传感器24设置在隔着心轴7的轴线的两侧的上下四处。但是压电传感器24的设置个数并不限定为四个。
在上述实施方式中,心轴箱8形成为圆筒状,但其形状也可以是棱筒状。
在上述实施方式中,压电传感器24使用了具有仅计测旋转滚筒19的按压方向的力成分的测定元件的压电传感器,但只要能够至少计测旋转滚筒19的按压方向的力成分而测定动平衡,也可以使用能够计测多个方向的力成分的压电传感器。在用压电传感器24计测多个方向的力成分的情况下,也可以取代设置在旋转滚筒的轴部22上的双方向应变计式传感器23,而用压电传感器24来计测用于测定均匀性的力成分。但是,通过用压电传感器24来测定用于动平衡测定的力、用双方向应变计式传感器23来测定用于均匀性测定的力而成为分担了功能的结构,能够精度良好地测定动平衡和均匀性的任一方,且能够廉价,因此更优选。此时,若压电传感器24使用仅计测旋转滚筒的按压方向的力成分的压电传感器,则压电传感器的成本变得更加便宜,是最优选的。
Claims (8)
1.一种轮胎试验机,具备:
心轴,绕铅垂方向的轴线与轮胎一体地旋转;
驱动旋转装置,使上述心轴旋转;
心轴箱,以上述心轴旋转自如的方式支承该心轴;
基座;
压电传感器,用于测定上述轮胎的动平衡,
上述心轴箱隔着上述压电传感器固定在上述基座上,
上述压电传感器设置在包含上述心轴的轴线的平面内,
上述压电传感器计测与包含上述心轴的轴线的上述平面垂直的力成分。
2.如权利要求1所述的轮胎试验机,其特征在于,
在上述心轴箱上设置有定位部件,该定位部件从上述心轴箱的外周面朝向径向外侧伸出,且具有形成在包含心轴的轴线的上述平面内的按压面,
在上述基座上设置箱支承部件,该箱支承部件具有与上述定位部件的上述按压面平行且相对面地形成的安装面,
上述压电传感器夹持在上述按压面和上述安装面之间。
3.如权利要求1所述的轮胎试验机,其特征在于,
分别在上述心轴的轴线的两侧在铅垂方向的两个部位设置有上述压电传感器。
4.如权利要求1所述的轮胎试验机,其特征在于,还具备:
旋转滚筒,能够绕与上述心轴的轴线平行的轴线旋转;
旋转滚筒移动机构,使上述旋转滚筒与上述轮胎接近或离开,上述旋转滚筒移动机构固定在上述基座上;
力传感器,用于测定上述轮胎的均匀性,
上述心轴箱以能够支承来自上述旋转滚筒的按压力的方式、隔着上述压电传感器而固定在上述基座上,
上述压电传感器设置在与上述按压力的方向垂直的面内。
5.如权利要求4所述的轮胎试验机,其特征在于,
用于测定上述均匀性的力传感器是应变计式力传感器,上述应变计式力传感器在上述旋转滚筒的两侧设置在该旋转滚筒的轴部上。
6.如权利要求1所述的轮胎试验机,其特征在于,
上述压电传感器仅计测与包含上述心轴的轴线的上述平面垂直的力成分。
7.一种轮胎试验方法,用轮胎试验机分别测定轮胎的均匀性和动平衡,该所述轮胎试验机具备:心轴,绕铅垂方向的轴线驱动轮胎旋转;心轴箱,以上述心轴旋转自如的方式支承该心轴;以及旋转滚筒,绕与上述心轴的轴线平行的轴线旋转自如,且与上述轮胎接近或离开自如,
该轮胎试验方法包含下面的工序:
绕上述心轴的轴线驱动上述轮胎的工序;
将上述旋转滚筒按压在上述轮胎上、且测定上述轮胎的均匀性的工序;
在使上述旋转滚筒从上述轮胎离开的状态下测定上述轮胎的动平衡的工序,
在测定上述动平衡的工序中,借助压电传感器至少计测用于测定动平衡的力成分,所述压电传感器设置为位于包含上述心轴的轴线且与将上述旋转滚筒按压在上述轮胎上的方向垂直的平面内。
8.如权利要求7所述的轮胎试验方法,其特征在于,
在上述测定均匀性的工序中,用在上述旋转滚筒的两侧设置在上述旋转滚筒的轴部上的应变计式力传感器来计测用于测定均匀性的力成分。
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