CN103323267A - 轮胎测试机的多分力测量主轴单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轮胎测试机的多分力测量主轴单元。该多分力测量主轴单元包括：主轴，能够安装轮胎；内套筒，经由轴承部将所述主轴旋转自如地支撑；外套筒，沿着所述主轴的轴心方向设置于所述内套筒的外侧；多分力测量传感器，连结所述内套筒的端部与所述外套筒的端部，并且能够测量从所述内套筒作用于所述外套筒的负荷；冷却部，冷却所述内套筒。由此，在轮胎测试机中能够精度良好地测定施加于轮胎的力和力矩。

Description

轮胎测试机的多分力测量主轴单元
技术领域
本发明涉及一种能够测定轮胎的各种特性的多分力测量主轴单元。
背景技术
轮胎测试机作为模拟轮胎与路面的接地状态并测量轮胎从路面受到的力及力矩的装置已普遍为人知晓。该轮胎测试机使由主轴单元的主轴支撑的轮胎在施加有指定负荷的状态下接触代替路面的转鼓等。并且，轮胎测试机通过装入主轴单元中的多分力计来测量从转鼓等作用于旋转的轮胎的各方向的力(负荷)及力矩。
例如，将轮胎按压转鼓的按压方向设为z方向，将轮胎的行进方向(切线方向)设为x方向，将沿轮胎的旋转轴的方向设为y方向。此时，普通的轮胎测试机能够测量朝向z方向的力Fz(接地负荷)、朝向x方向的力Fx(前后方向力或滚动阻力)、朝向y方向的力Fy(侧向反力(cornering force))、绕着朝向z方向的轴的力矩Mz(自回正力矩(self-aligning torque))、绕着朝向x方向的轴的力矩Mx(倾覆力矩(overturning moment))以及绕着朝向y方向的轴的力矩My(滚动阻力力矩)等。
此外，上述多分力计多数是采用应变计式的多分力计。该应变计式的多分力计例如如日本专利公开公报特开昭57-169643号(专利文献1)等所示，采用经由沿径向延伸的多个棒状的应变体来连结内周侧的施力体与外周侧的固定体的结构。并且，该多分力计通过利用应变计来测定应变体的变形，从而测量作用于轮胎的力及力矩。
作为利用此类多分力计的轮胎测试机，例如已知有日本专利公报特许第4310365号(专利文献2)中所示的轮胎测试机。该轮胎测试机中，在罩壳(以下称作内套筒)的轴心方向的两端分别各设置有一个多分力计，罩壳由在轴心方向隔开距离的两处的所述多分力计支撑。多分力计的内周侧的施力体固定于内套筒。而且，多分力计的外周侧的固定体经由罩壳保持部件(以下称作外套筒)固定于支承主轴单元的支撑框架(基体)等。由此，作用于轮胎的力及力矩经由内套筒传递至应变体而使应变体变形，通过应变计测定该应变体的变形，从而测量出作用于轮胎的力及力矩。
而且，作为仅设有一个此类多分力计的轮胎测试机，已知有例如日本专利公开公报特开2003-4598号(专利文献3)所示的轮胎测试机。该轮胎测试机具备使测试用轮胎以按压状态接触行驶鼓的外周的主轴。该主轴安装于所述轮胎的旋转轴中心且经由轴承支撑轮胎。并且，该轮胎测试装置通过在该主轴的轴心方向上设置于该主轴的与所述轮胎相距指定距离的位置上的多分力计来测定轮胎的轴重Fz与滚动阻力Fx的关系以实施轮胎的滚动阻力测定方法。该轮胎测试机中，主轴经由多分力计而不旋转地固定于支撑框架。并且，轮胎经由轴承旋转自如地安装于主轴的一个端部。
所述专利文献2所公开的主轴单元在两个多分力计之间处于平移与旋转受到约束的状态，换言之，处于静不定状态或过约束状态。
而且，在内套筒与主轴之间设有旋转自如地支撑主轴的轴承部。在该轴承部中，伴随主轴的旋转而产生热，产生的热传递至内套筒与外套筒两者。内套筒与外套筒因如此传来的热而膨胀，但其膨胀状态各不相同。该膨胀状态之差成为应变，该应变作用于连结于内套筒与外套筒的两个多分力计。即，在两多分力计间处于上述过约束状态的主轴单元中，因内套筒的膨胀状态与外套筒的膨胀状态之差引起的应变产生于多分力计，与该应变相应的量的测量误差附加于负荷及力矩的测量值。因此，施加于轮胎的负荷及力矩便难以精度良好地被测量。
为了避免此种问题，本发明人尝试设置使轴承的润滑油循环以积极地冷却轴承部的冷却机构。但是由于在轴承部产生的热非常大，因此即使设置冷却机构也无法充分去除在轴承产生的热。而且已判明还会存在如下情况：如果为去除热而供应大量的润滑油，则润滑油会因搅拌热而被加热，从而在轴承部产生热。
另外，所述专利文献3的轮胎测试机中，主轴从其轴心方向上的安装有轮胎的一个端部到经由多分力计而固定于支撑框架的另一端部为止，具备一定程度的长度。当然，当使将轮胎按压于行驶鼓外周面的方向的负荷作用于此种主轴的一个端部时，在设置于主轴的另一端部的多分力计上会产生大的力矩。因此，所述轮胎测试机采用能耐受大力矩的多分力计。此种多分力计中，采用用于耐受所作用的大力矩的粗的应变体等，因此无法检测微小的力变化，从而无法实现高精度检测。
对于滚动阻力测试装置，必须高精度地检测作用于主轴的微小的力变化。因此，在滚动阻力测试装置中所使用的多分力计中，较为理想的是尽可能采用细的应变体。
因此，本发明人便使多分力计的位置接近轮胎，以减少施加于多分力计的力矩。然而却发现当使多分力计的位置接近轮胎时，在轴承部产生的热的影响变得非常大，多分力计的精度会下降。因此，本发明人尝试在隔着多分力计而与轮胎为相反侧的罩壳内设置轴承部，使该轴承部将主轴旋转自如地支撑，并且设置使轴承部的润滑油循环以积极地冷却轴承部的冷却机构。然而由于在轴承部产生的热非常大，因此即使设置冷却机构有时也无法充分去除在轴承产生的热的影响。而且还判明会存在如下情况：如果意图去除热而供应大量的润滑油，则润滑油会因搅拌热而被加热，反而会在轴承部产生热。
本发明人进一步反复研究得出以下见解。当按压力沿垂直于主轴的方向作用于该主轴时，只在支撑主轴的轴承部的周方向的一部分上容易产生热。因此，设有轴承部的罩壳的周方向的一部分与该罩壳的周方向的其他部位相比，在主轴的径向发生大的热变形，由此，多分力计的精度下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轮胎测试机的多分力测量主轴单元，能够抑制构成部件中的热变形，精度良好地测定施加于轮胎的力和力矩。
本发明的轮胎测试机的多分力测量主轴单元包括：主轴，能够安装轮胎；内套筒，经由轴承部将所述主轴旋转自如地支撑；外套筒，沿着所述主轴的轴心方向设置于所述内套筒的外侧；多分力测量传感器，连结所述内套筒的端部与所述外套筒的端部，并且能够测量从所述内套筒作用于所述外套筒的负荷；冷却部，冷却所述内套筒。
根据本发明，能够抑制构成部件中的热变形，精度良好地测定施加于轮胎的力和力矩。
附图说明
图1的(A)是具备第一实施方式所涉及的多分力测量主轴单元的轮胎测试机的正视图。图1的(B)是所述轮胎测试机的侧视图。
图2的(A)是本实施方式所涉及的多分力测量主轴单元的正面剖视图。图2的(B)是以往例的多分力测量主轴单元的正面剖视图。
图3是从正面观察时的多分力测量主轴单元的放大剖视图。
图4的(A)是多分力测量传感器的立体图。图4的(B)是所述多分力测量传感器的侧视图。
图5是多分力测量主轴单元的轮胎侧的端部被放大表示时的正面剖视图。
图6是第二实施方式所涉及的多分力测量主轴单元的正面剖视图。
图7是第三实施方式所涉及的多分力测量主轴单元的正面剖视图。
图8是第三实施方式的多分力测量主轴单元的轮胎侧的端部被放大表示时的正面剖视图。
具体实施方式
下面，以滚动阻力测试机为例说明本发明的实施方式。另外，在以下的说明中，对相同元件标注相同的符号。它们的名称及功能相同。因此，不重复对这些元件的详细说明。
[第一实施方式]
图1的(A)及(B)示意性地表示设有本实施方式所涉及的多分力测量主轴单元1的轮胎测试机2。
轮胎测试机2具备通过电动机等而旋转的圆筒状的转鼓3。而且，轮胎测试机2具备安装轮胎T的主轴4以及旋转自如地支撑主轴4并且测量负荷及力矩的多分力测量主轴单元1。上述轮胎测试机2通过使安装于主轴4的轮胎T接触旋转的转鼓3，从而测定处于行驶状态的轮胎T的动态特性例如轮胎T的滚动阻力等。
如图2的(A)示意性地所示，多分力测量主轴单元1具备圆筒状的内套筒6。该内套筒6经由轴承部5旋转自如地支撑上述主轴4。而且，外套筒7以覆盖内套筒6的外侧的方式而设置。外套筒7沿着主轴4的轴心方向设置并且具有与内套筒6成同轴的圆柱状的孔。该外套筒7连结于相对于基体框架(未图示)等来支撑多分力测量主轴单元1自身的支撑框架8。此外，多分力测量主轴单元1具备设置(固定)于内套筒6及外套筒7的两端的一对多分力测量传感器9。一对多分力测量传感器9连结内套筒6的端部与外套筒7的端部，并且测量从内套筒6作用于外套筒7的负荷即作用于轮胎T的各种负荷。
另外，在如图1的(B)所示地设置的轮胎测试机2中，纸面的左右方向(轮胎的行进方向x)是对多分力测量主轴单元1进行说明时的左右方向。而且，同样地在图1的(B)的轮胎测试机2中，纸面贯穿方向(沿着轮胎轴的方向y)是对多分力测量主轴单元1进行说明时的前后方向。此外，在图1的(B)的轮胎测试机2中，纸面的上下方向(轮胎对转鼓的按压方向z)是对多分力测量主轴单元1进行说明时的上下方向。
接下来，分别说明构成本实施方式的多分力测量主轴单元1的主轴4、内套筒6、外套筒7、支撑框架8、轴承部5及多分力测量传感器9。
图2的(A)示意性地表示本发明的多分力测量主轴单元1。图2的(A)中，为了方便，朝上画出朝向冷媒流路18的冷媒的供应路径与排出路径。
图2的(B)示意性地表示以往例的多分力测量主轴单元。
如图2的(A)所示，该第一实施方式的多分力测量主轴单元1具备轴心朝向水平方向的长条棒状的主轴4。轮胎T经由未图示的轮圈安装于主轴4的一端侧(图2的左侧)。主轴4相对于内套筒6变得旋转自如。
内套筒6形成为其轴心朝向水平方向的圆筒状。上述主轴4将其轴心朝向水平方向而插入内套筒6的内部。在内套筒6与插入该内套筒6的主轴4之间，设置有相对于内套筒6而旋转自如地支撑主轴4的多个轴承(轴承部5)。即，多分力测量主轴单元1中，多个轴承部5沿着轴心方向排列设置于主轴4的长度方向的中途部。主轴4经由该多个轴承(轴承部5)，由内套筒6旋转自如地支撑。
外套筒7在内套筒6的外周侧成外套状(以沿周方向围绕的方式)安装。外套筒7经由后述的多分力测量传感器9而支撑内套筒6。外套筒7是设置于内套筒6的外周侧的筒状部件。外套筒7以形成于其内部的圆柱状的孔与内套筒6成同轴的方式，将其轴心朝向水平方向而设置。外套筒7的内部能够收容内套筒6。在外套筒7的轴心方向上，外套筒7的长度大致等于内套筒6的长度。因此，在内套筒6被收容在外套筒7内部的状态下，在轴心方向上内套筒6两端的位置与外套筒7两端的位置大致相同。在轴心方向上相互设置于相同位置的两个套筒6、7的端部彼此通过后述的多分力测量传感器9而连接。
支撑外套筒7的支撑框架8设置于外套筒7的上侧。不仅外套筒7，连接于外套筒7的内套筒6、主轴4、多分力测量传感器9等也由支撑框架8以从基体框架悬吊的状态支撑。
图3更详细地表示图2的(A)所示的多分力测量主轴单元1的剖面结构。图5放大表示多分力测量主轴单元1的前部(轮胎侧)的剖面结构。
如图3所示，多个轴承部5承受径向及/或轴向的负荷。本实施方式的多分力测量主轴单元1中，设置有四个轴承部5。四个轴承部5沿着主轴4的轴心方向(y方向)隔开指定的间隔而排列。而且，四个轴承部5在内套筒6中分开设置于前后方向的两端侧。在各个轴承部5之间设置有分隔件10。分隔件10将各个轴承部5定位于沿着轴心方向的指定位置。
如图3及图5所示，在上述内套筒6及外套筒7的前后方向的两端侧，以从外套筒7的外侧朝向径向内侧地贯穿外套筒7及内套筒6的方式设置有空气配管11。而且，在较这些空气配管11更靠近轴心方向的中央侧，分别设置有非接触式密封件12(迷宫式密封件)。非接触式密封件12不接触主轴4的表面地密封润滑油。通过设置非接触式密封件12，能够消除因使用接触式密封件时产生的密封部的温度变化所伴随的密封阻力变化引起的测定误差。该空气配管11将高压空气从外套筒7的外侧引导至主轴4与内套筒6之间并使其朝向非接触式密封件12产生作用。通过该高压空气及非接触式密封件12的作用，能够防止供应至轴承部5的润滑油漏出到外部。
另外，在多分力测量主轴单元1中，也可设置有回收供应至轴承部5的润滑油的油回收路径(未图示)、或者连接于视需要而工作的图外的抽吸部并回收从非接触式密封件12意外地漏出的润滑油的图3、图5所示的油回收路径26。
多分力测量传感器9(本实施方式中例如为测压元件(load cell))以跨及上述内套筒6的端部与外套筒7的端部的方式而设置。具体而言，前侧的多分力测量传感器9以连结内套筒6的前端部与外套筒7的前端部的方式设置。而且，后侧的多分力测量传感器9以连结内套筒6的后端部与外套筒7的后端部的方式设置。前侧的多分力测量传感器9与后侧的多分力测量传感器9安装方向左右相反，但为大致相同的结构(参照图4的(A)及(B))。
如图4的(A)所示，第一实施方式的多分力测量传感器9具备大致圆盘状的外观。多分力测量传感器9具有施力体13、固定体14及连接这些施力体13与固定体14的应变体(strainelement)15。
多分力测量传感器9在其中央部具有环状的施力体13。主轴4以滑动嵌合状态贯穿该形成为环状的施力体13的开口中央。
具有比施力体13的外径大的内径的环状固定体14设置于该施力体13的径外侧。施力体13与固定体14以相互成同轴心的方式而设置。内周侧的施力体13与外周侧的固定体14通过多个应变体15而连结。本实施方式的多分力测量传感器9中，这些应变体15分别从施力体13朝径向形成为放射状，具体而言，分别向上方、左方、下方、右方这四个方向延伸而形成为方棒状。即，绕着主轴4的轴心地设置有四个多个应变体15。
多分力测量传感器9的施力体13与上述内套筒6的端缘通过螺栓等紧固件(省略图示)而牢固地固定，按照主轴4→轴承部5→内套筒6的顺序传递的力传递至施力体13。而且，在多分力测量传感器9的固定体14与外套筒7的端缘也设置有螺栓等紧固件(省略图示)，固定体14与外套筒7的端部牢固地结合。从主轴4传递至外套筒7的力(作用于轮胎的各种负荷)通过产生于设置于其传递路径中途的应变体15的应变而测量。
如图4的(A)所示，各应变体15中设置有厚度变薄的薄壁部分。当力作用于施力体13与固定体14之间时，应变体15以该薄壁部分为起点而变形。而且，在各应变体15上贴附有能够侦测力及力矩的应变计16。该应变计16有贴附在靠近施力体13的一侧以测量平移负荷的应变计16与贴附在靠近固定体14的一侧以测量力矩的应变计16。
即，本发明的多分力测量主轴单元1能够通过设置于内套筒6(外套筒7)两端部的多分力测量传感器9，测量x、y、z方向的平移负荷(fx、fy、fz)与绕x轴、y轴、z轴的力矩(mx、my、mz)这六个分力。
尤其，滚动阻力测试机中，上述六个分力中滚动阻力(z方向的平移负荷)fx对于评估轮胎T的特性尤为重要。因此，如图4的(A)及(B)所示，本实施方式的多分力测量传感器9中，沿上下方向延伸的应变体15比沿左右方向延伸的应变体15细(薄)。如果这样，则与如以往的所有应变体15都同样且粗的情况相比，即使在对x方向施加有小负荷的情况下，沿上下方向延伸的应变体15也容易变形。因此，本实施方式的滚动阻力测试机能够高灵敏度地测量滚动阻力fx。
从应变体15的应变计16输出的模拟信号被输入设置于多分力测量传感器9附近的放大器(省略图示)进行放大及A/D转换以防止噪声叠加。然后，连接于放大器的处理部(个人电脑)使用校正矩阵等校正式对经A/D转换的信号进行校正，以算出滚动阻力fx。
然而，对于轮胎测试机2，有时要如在外倾角或按压负荷较大的情况下伴随制动或驱动的情况那样，在严酷的测试条件下进行测试。此种轮胎测试机2中，存在有弯曲方向的大负载(力、力矩)施加于主轴的危险。因此，此种轮胎测试机2采用通过前后两处多分力测量传感器(本实施方式中例如为测压元件)9而牢固地支撑内套筒(主轴)的结构，以便能够支撑大负载。
除此以外，旋转自如地支撑主轴的轴承部设置于内套筒与主轴之间。该轴承部中，伴随主轴的旋转而产生热，产生的热传递至内套筒与外套筒两者。内套筒与外套筒会因如此传来的热而发生膨胀。其膨胀状态各不相同，膨胀状态之差成为应变并作用于两个多分力测量传感器。即，在处于如上述的过约束状态下的主轴单元中，因内套筒膨胀状态与外套筒的膨胀状态之差而引起的应变产生于多分力测量传感器，与该应变相应的量的测量误差附加于负荷、力矩的测量值。因此，难以高精度地测量产生于轮胎的负荷及力矩。
因此，在本实施方式的多分力测量主轴单元1中，设置有对内套筒6中的轴向的指定区域进行冷却的冷却部17。
具体而言，如图2的(A)示意性地所示，该冷却部17将冷媒送入内套筒6，以从内部直接冷却内套筒6。冷媒流通在内套筒6的外周面侧且沿着轴向形成为螺旋状的冷媒流路18。更具体而言，冷媒经由在内套筒6的外周面侧以绕其轴心盘绕多圈的方式形成的冷媒流路18而流通，以冷却内套筒6自身。
以下，对第一实施方式的冷却部17及构成该冷却部17的冷媒流路18进行说明。
如图3所示，第一实施方式的多分力测量主轴单元1中，内套筒6具备在轴心方向上为大致相同的设置长度且在内套筒6的前侧与后侧为独立系统的两个冷媒流路18。
即，上述两个冷媒流路18独立地形成于内套筒6的前侧(内套筒前半部6F)与内套筒6的后侧(内套筒后半部6R)。
例如，在内套筒前半部(以下仅称作前半部)6F中，沿着轴心方向(从前半部6F的前端侧到后端侧)，沿其外周面盘绕形成有螺旋状的槽。该螺旋状的槽从前半部6F的前端侧朝向后端侧不交叉地连续形成为一条。该一条螺旋状的槽形成冷媒流路18。另外，形成冷媒流路18的螺旋状的槽并不限定于一条，也可为两条以上。而且，只要冷媒流路18冷却前半部6F的轴向的指定区域，则可沿着外周面设置于任何位置，但必须形成于围绕设置于前半部6F的轴承部5的位置。
沿着前半部6F的外周面而形成的冷媒流路18的一端(前方端)连接于穿过前半部6F内部的连通流路(第一连通流路19)。该连通流路19沿着轴心方向贯穿前半部6F的内部，并连接于外部。同样地，前半部6F的冷媒流路18的另一端(后方端)连接于穿过前半部6F内部的连通流路(第二连通流路20)。第二连通流路20是独立于第一连通流路19的流路，沿着轴心方向贯穿前半部6F的内部，并连接于外部。
经由第一连通流路19导入前半部6F内的冷媒在到达冷媒流路18的前方端后，通过流经冷媒流路18而在前半部6F的表面附近盘绕，从而从内套筒6的外周面侧冷却前半部6F中的轴向的指定区域。到达冷媒流路18后端的冷媒经由第二连通流路20排出到前半部6F的外侧。冷媒的导入方向也可为与上述相反的流向，即第二连通流路20→冷媒流路18→第一连通流路19。
另一方面，形成于后半部(以下仅称作后半部)6R的外周面的冷媒流路18的结构及冷媒的流通形态与前半部6F大致相同。
即，在后半部6R中，在其外周面，从后半部6R的后端侧到前端侧形成有螺旋状的槽。并且，该一条螺旋状的槽构成上述冷媒流路18。形成于后半部6R的外周面侧的冷媒流路18的前端及后端通过穿过后半部6R内部的连通流路(第三连通流路21、第四连通流路22)而与外部连接。
经由第三连通流路21导入后半部6R内的冷媒在到达冷媒流路18的后端后，通过流经冷媒流路18而在后半部6R的表面附近盘绕，从而从内套筒6的外周面侧冷却后半部6R中的轴向的指定区域。到达冷媒流路18前端的冷媒经由第四连通流路22排出到后半部6R的外侧。冷媒的导入方向也可与上述相反。
另外，要在内套筒6的外周面侧形成上述螺旋状的冷媒流路18，例如只要进行如下加工即可。
即，如图5所示，上述内套筒6由圆筒状的内套筒主体24及围绕该内套筒主体24的圆筒状且薄壁的外壳体25构成。并且，在内套筒主体24的外周面上沿着轴心方向形成螺旋盘绕状的槽。此时形成的槽的宽度、深度及间距等可视内套筒6的大小及冷却能力而适当变更。随后，将外壳体25嵌入内套筒主体24，通过外壳体25包覆槽的开口。此时，也可视需要在内套筒主体24与外壳体25之间设置密封两者端部的密封部件。而且，也可将外壳体25熔接于内套筒主体24以密封两者的端部。借此，沿着内套筒6的外周面(准确地讲，是表面正下方的内部)形成冷媒流路18。
而且，使用氯氟烃替代物之类的有机化合物的冷却剂作为流经冷媒流路18的冷媒。也可使用水、油取代有机化合物的冷却剂。该冷媒经设置于轮胎测试机2外部的未图示的冷却装置等冷却并供应至冷媒流路18。
如上所述，只要使冷媒流通形成于内套筒6的外周面的螺旋状的冷媒流路18，便能够在轴向及周方向的整个区域均匀地冷却内套筒6。其结果，不会再有仅内套筒6的温度比外套筒7高的情况，能够使内套筒6与外套筒7的长度在轴向上大致相等。即，在内套筒6与外套筒7之间，不会产生沿着轴心方向的延伸量之差。因此，不会再有基于所述延伸量之差的应变(内力)作为误差分量作用于多分力测量传感器9的情况。因此，也不会出现因在轴承部5产生的热而造成多分力测量传感器9的精度下降的问题。即，即使不用润滑油来积极地冷却发热的轴承部，通过对内套筒给予指定的冷却，也能够提高多分力测量传感器的精度。
尤其，在采用通过设置于前后两处的多分力测量传感器9来过约束内套筒6与外套筒7的支撑结构的多分力测量主轴单元1中，如果要使用如下多分力测量传感器9来测量滚动阻力fx，该多分离测量传感器9使沿上下方向延伸的应变体15细(薄)于沿左右方向延伸的应变体15以高灵敏度地测量fx，则存在因轴承部5的发热导致内套筒6热膨胀而测量精度显著下降的可能。因此，较为理想的是，将如上所述的冷却部17设置于多分力测量主轴单元1。
而且，在内套筒6的前侧部位(内套筒前半部)6F与后侧部位(内套筒后半部)6R设置沿轴向一分为二的冷媒流路18，以对各自独立的冷媒流路18个别地供应冷媒。由此，能够根据内套筒6的发热状况而独立地冷却内套筒前半部6F与内套筒后半部6R。例如，可考虑到因施加于主轴4的力的分布及轴承部5的配置，内套筒前半部6F的发热比内套筒后半部6R大的情况。此类情况下，通过使流通内套筒前半部6F的冷媒的流量大于流通内套筒后半部6R的冷媒的流量，能够有效地冷却发热大的内套筒6的前侧。其结果，能够更切实地防止多分力测量传感器的精度下降。
[第二实施方式]
接下来说明第二实施方式所涉及的多分力测量主轴单元1。
如图6示意性地所示，第二实施方式的多分力测量主轴单元1的特征在于：在外套筒7中设置有使外套筒7升温的升温部23，以使外套筒7与内套筒6的温差变小。
关于其他结构，第二实施方式的多分力测量主轴单元1与第一实施方式的多分力测量主轴单元大致相同。在内套筒6中设置有对内套筒6中的轴向的指定区域进行冷却的冷媒流路18(冷却部17)。另外，图6中，为了方便，朝上画出朝向冷媒流路18的冷媒的供应路径与排出路径。
如图6所示，第二实施方式的外套筒7中所设的升温部23具有直接加热外套筒7的加热部。而且，升温部23也可具有通过包覆外套筒7的外周面而抑制热从外套筒7的内部扩散(流出)至外部的隔热部。
升温部23(加热型)的加热部具备如橡胶加热器、电热带等地形成为片状的加热器。这些加热器能够通过卷绕于外套筒7的外周面而安装于外套筒7。这些加热器通过从外侧积极地加热外套筒7，从而将外套筒7保持于指定的温度。
升温部23(隔热型)的隔热部由形成为片状的隔热材等构成。这些隔热材也通过卷绕于外套筒7的外周面而安装于外套筒7。这些隔热材通过减少从外套筒7流出至外部的热量而将外套筒7的温度保持为指定的状态。
只要如此通过升温部23而将外套筒7的温度保持为指定的状态，便能够进一步减小内套筒6的温度与外套筒7的温度之差。而且，也能够减少外界气温的影响。
例如，考虑在轴承部5产生的热比预料更大的情况。此时，即使使用上述冷却部17进行冷却，也难以充分降低内套筒6的温度。因此，内套筒6的温度有时会稍高于外套筒7的温度。
此种情况下，只要使用上述加热型的升温部23加热外套筒7以保持于指定的温度，便能够使外套筒7的温度接近内套筒6的温度。由此，难以在外套筒7与内套筒6之间产生沿着轴心方向的延伸量之差，能够更切实地防止多分力测量传感器9的精度下降。
另外，当使用上述升温部23减小外套筒7与内套筒6的温差时，较为理想的是，将温度测量部等设置于外套筒7与内套筒6两者，基于由温度测量部测量出的外套筒7及内套筒6的温度，控制上述冷却部17及/或加热型的升温部23。
[第三实施方式]
接下来说明第三实施方式所涉及的多分力测量主轴单元1。
本实施方式的多分力测量主轴单元1能够测定轮胎的滚动阻力。本实施方式中，相对于一个多分力测量主轴单元1，设置一个多分力测量传感器9。
在本实施方式中，将相当于第一实施方式的内套筒6的部件称作罩壳36。而且，将相当于第一实施方式的外套筒7的结构要素及相当于支撑框架8的结构要素合并称作支撑部件37。
图7示意性地表示本实施方式的多分力测量主轴单元1。
如图7所示，本实施方式的多分力测量主轴单元1具备轴心朝向水平方向的长条棒状的主轴4。轮胎T经由未图示的轮圈安装于主轴4的一端侧(图7的左侧)。主轴4相对于罩壳36旋转自如。
罩壳36形成为轴心朝向水平方向的圆筒状。上述主轴4沿水平方向朝向轴心插入罩壳36的内部。在罩壳36与插入该罩壳36的主轴4之间设置有多个轴承(轴承部5)。多个轴承部5相对于罩壳36旋转自如地支撑主轴4。即，多分力测量主轴单元1中，多个轴承部5在主轴4的长度方向的中途部沿着轴心方向排列。并且，主轴4经由该多个轴承部5由罩壳36旋转自如地支撑。
在罩壳36的外周侧设置有经由后述的多分力测量传感器9而支撑罩壳36的支撑部件37。本实施方式的支撑部件37具有：圆筒状的部件，具有能够收容罩壳36的收容部38且固定多分力测量传感器9；以及大致板状的部件，从该圆筒状的部件朝向上下左右延伸。支撑部件37既可如前所述地将多个部件组合而成，亦可为一体物。本实施方式中，收容部38以与罩壳36成同轴的方式围绕使轴心朝向水平方向的圆柱状孔，能够在使孔的轴心朝向水平方向的状态下收容罩壳36地构成。
如图7所示，多个轴承部5承受径向及/或轴向的负荷。在本实施方式的多分力测量主轴单元1中设置有四个轴承部5。四个轴承部5沿着主轴4的轴向(y方向)隔开指定间隔地排列，且分开设置于罩壳36的前后方向的两侧。在各个轴承部5之间设置有将各轴承部5定位于沿着轴心方向的指定位置的分隔件10。
如图8中放大所示，在上述罩壳36及支撑部件37的前端侧，以从支撑部件37的外侧沿径向贯穿支撑部件37及罩壳36的方式设置有空气配管11。而且，在较该空气配管11更靠近轴向的后端侧，设置有非接触式密封件12(迷宫式密封件)。非接触式密封件12不接触主轴4表面地密封润滑油。通过设置非接触式密封件12，能够消除因使用接触式密封件时产生的密封部的温度变化所伴随的密封阻力变化引起的测定误差。而且，在罩壳36的后端侧也设置有起同样作用效果的非接触式密封件12(迷宫式密封件)。而且，空气配管11将高压空气从支撑部件37的外侧引导至主轴4与罩壳36之间并使其朝向非接触式密封件12产生作用。通过该高压空气及非接触式密封件12的作用，能够防止供应至轴承部5的润滑油漏出到外部。
另外，在多分力测量主轴单元1中，也可设置有回收供应至轴承部5的润滑油的油回收路径(未图示)、或者连接于视需要而工作的图外的抽吸部并回收从非接触式密封件12意外地漏出的润滑油的图7、图8所示的油回收路径26。而且，起上述同样作用效果的空气配管、抽吸部及油回收路径26与设置于罩壳36后端侧的非接触式密封件(迷宫式密封件)相比也可设置于罩壳更后端侧。
图8放大表示多分力测量主轴单元1的前部(轮胎侧)的剖面结构。
一个多分力测量传感器9(本实施方式中例如为测压元件)以跨及上述罩壳36的前端面与支撑部件37的前端面的方式而设置。具体而言，多分力测量传感器9以在罩壳36的前端面与支撑部件37的前端面之间连结两个部件的方式而设置。
本实施方式的多分力测量传感器9的结构及功能与第一实施方式的多分力测量传感器相同。
然而，在所述专利文献3的轮胎测试机中，主轴(5：括号内的符号以该专利公报中的符号作为参考而示出)沿其轴心方向具备一定程度的长度。当使负荷沿按压方向(垂直方向)作用于此种主轴(5)的一个端部，以欲在主轴(5)的另一端部测量力及力矩等时，大力矩作用于多分力测量传感器(4)。因此，用于此种轮胎测试机的多分力测量传感器(4)采用粗的应变体等以耐受所作用的大力矩，因此无法检测微小的力变化，从而会牺牲检测精度。
为了避免此类难点，也可使多分力测量传感器(4)的位置靠近轮胎T，以减小施加于多分力计的力矩。但是，如果像这样使多分力测量传感器(4)的位置靠近设置有轴承部(10)的轮胎，则在轴承部(10)产生的热及伴随该热的热变形会导致多分力测量传感器的精度下降。如本实施方式的图所示，为了减小施加于多分力测量传感器9的力矩，也可将多个轴承部设置于多分力测量传感器9的轮胎侧的相反侧的罩壳36内，以旋转自如地支撑主轴4，并且另行设置使轴承部5的润滑油循环等以积极地冷却轴承部5的冷却机构。但是，通过实验得知存在如下情况：由于在轴承部产生的热非常大，因此即使设置冷却机构也无法充分去除在轴承产生的热(尤其是在靠近轮胎的一侧的轴承产生的热)。而且，通过实验得知还存在如下情况：如果意图去除热而对轴承部5供应大量的润滑油，则有时润滑油会因搅拌热而被加热，反而会在轴承部5产生热。
此外，当按压力沿垂直于轴心的方向作用于该主轴4时，只在支撑主轴4的轴承部5的周方向的一部分容易产生热。这样，仅在轴承部5的周方向的一部分产生的热对于轴承部5与包围该轴承部5的罩壳36两者，使周方向的一部分较所述周方向的其他部位更大地热变形(尤其是径向的变形)，从而导致多分力测量传感器9的精度下降。
因此，本实施方式的多分力测量主轴单元1中，为了抑制罩壳36的周方向的一部分伴随在轴承部5产生的热而沿径向变形，设置有对罩壳36中的周方向的指定区域进行冷却的冷却部17。
具体而言，如图7所示，该冷却部17将冷媒从外侧送入罩壳36，以从内部直接冷却罩壳36。冷媒流经沿着罩壳36的外周面形成于罩壳36的周方向及轴向的指定区域的冷媒流路18。更具体而言，冷媒经由以绕罩壳36的轴心呈螺旋状盘绕多次的方式沿着罩壳36的外周面形成的冷媒流路18而流通，在周方向及轴向的整个区域将罩壳36自身冷却为尽可能均等的温度。
以下，对本实施方式的冷却部17及构成该冷却部17的冷媒流路18进行说明。
如图7所示，本实施方式的多分力测量主轴单元1中，罩壳36具备在轴向上为大致相同的设置长度且在罩壳36的前侧与后侧为独立系统的两条冷媒流路18。
即，上述两条冷媒流路18独立地形成于罩壳前侧的部位(罩壳前半部)36F与罩壳后侧的部位(罩壳后半部)36R。
例如，在罩壳前半部(以下仅称作前半部)36F中，沿着轴向(从前半部36F的前端侧到后端侧)，沿外周面盘绕形成有螺旋状的槽18F。该螺旋状的槽18F从前半部36F的前端侧朝向后端侧不交叉地连续形成为一条。该一条螺旋状的槽18F构成冷媒流路18。另外，形成冷媒流路18的螺旋状的槽18F并不限定于一条，也可为两条以上。而且，只要冷媒流路18冷却罩壳36中的周方向的整个区域以抑制固定有多分力测量传感器的一侧的罩壳端部因热而沿径向变形，则可沿着外周面设置于任何位置。但较为理想的是，冷媒流路18至少形成在围绕设置于前半部36F的轴承部5的位置，更为理想的是，以各自独立的系统形成在围绕设置于前半部36F与罩壳后半部36R(以下仅称作后半部)的轴承部5的位置。此外，更为理想的是，以各自独立的系统形成于前半部36F与后半部36R的冷媒流路18遍及分别对应的前半部36F与后半部36R的轴向的大致整个区域地形成。由此，冷媒流路18遍及罩壳36的轴向的大致整个区域地形成。
形成于前半部36F的外周面的冷媒流路18的一端(前方端)连接于穿过前半部36F内部的连通流路(第一连通流路19)。该连通流路19沿着轴心方向形成于前半部36F的内部，并连接于罩壳36的外部。同样地，前半部36F的冷媒流路18的另一端(后方端)连接于穿过前半部36F内部的连通流路(第二连通流路20)。第二连通流路20是独立于第一连通流路19的流路，沿着轴心方向形成于前半部36F的内部，并连接于罩壳36的外部。
经由第一连通流路19而导入的冷媒在到达冷媒流路18(18F)的前方端后，通过流经冷媒流路18(18F)而在前半部36F的表面附近盘绕，从而从外周面侧冷却该前半部36F的周方向的整个区域。到达冷媒流路18(18F)后端的冷媒经由第二连通流路20排出到罩壳36的外侧。冷媒的导入方向也可为与上述相反的流向，即第二连通流路20→冷媒流路18→第一连通流路19。
另一方面，形成于后半部36R的外周面的冷媒流路18的结构及冷媒的流通形态与前半部36F的情况大致相同。
即，在后半部36R中，从后半部36R的后端侧到前端侧，沿其外周面形成有螺旋状的槽18R。并且，该一条螺旋状的槽18R构成上述冷媒流路18。形成于后半部36R的外周面侧的冷媒流路18(18R)的前端及后端通过穿过后半部36R内部的连通流路(第三连通流路21、第四连通流路22)而与罩壳36的外部连接。
经由第三连通流路21而导入的冷媒在到达冷媒流路18(18R)的后端后，通过流经冷媒流路18而在后半部36R的表面附近盘绕，从而从外周面侧冷却该后半部36R中的周方向的整个区域。到达冷媒流路18(18R)前端的冷媒经由第四连通流路22排出到罩壳36的外侧。冷媒的导入方向也可与上述相反。
在罩壳36的外周面形成如上所述的螺旋状冷媒流路18(18F、18R)的方法与第一实施方式相同。
如上所述，在罩壳36中，设置有冷却罩壳36中的周方向的指定区域以抑制固定有多分力测量传感器9的一侧的端部沿径向变形的结构。更具体而言，在罩壳36中，为形成于固定有多分力传感器9的前半部36F的周方向及轴向的整个区域，以沿着罩壳36的外周面呈螺旋状盘绕多次的方式设置有冷媒流路18。通过使冷媒流通此种冷媒流路，至少能够抑制固定有多分力传感器9的一侧的罩壳36的端部的周方向的温度不均。其结果，在固定有多分力测量传感器9的一侧的罩壳36的端部，可消除只有周方向的一部分的温度比所述周方向的其他部分高(周方向的大的温差)的现象。由此，不会再出现只有固定有多分力测量传感器9的一侧的罩壳36的周方向的一部分朝向径向延伸的现象。即，也不会再出现因该延伸量之差引起的误差分量作用于连结于该罩壳36的多分力测量传感器9的现象。因此，也不会出现因在轴承部5产生的热引起的罩壳端部的应变造成多分力测量传感器9的精度下降的问题。即，即使不用润滑油积极地冷却发热的轴承部，通过在整周范围冷却轴承部与罩壳两者，也能够提高多分力测量传感器的精度。
此外，只要以呈螺旋状盘绕多次的方式遍及罩壳36的轴向的大致整个区域地设置冷媒流路18，并使冷媒流通该冷媒流路18，便能够在周方向及轴向的整个区域均匀地冷却罩壳36。其结果，能够更切实地抑制因在轴承部5产生的热造成的罩壳36的应变。
而且，只要将冷媒流路18沿轴心方向一分为二地分为罩壳前半部36F与罩壳后半部36R，以对各自独立的冷媒流路18个别地供应冷媒，便能够根据罩壳36的发热状况分别独立地冷却罩壳前半部36F与罩壳后半部36R。例如，可考虑到因施加于主轴4的力的分布、轴承部5的配置，罩壳的前侧部分的发热比罩壳的后侧部分大的情况。此时，通过使流通罩壳的前侧部分(前半部36F)的冷媒的流量大于流通罩壳的后侧部分(后半部36R)的冷媒的流量，能够有效地冷却发热大的罩壳36的前侧部分。由此，能够更切实地防止多分力测量主轴单元的测定精度下降。
另外，应当认为在此公开的实施方式在所有方面均为例示而非限制。例如，在此公开的实施方式中，例示了使用转鼓的轮胎测试机，但并不限于此。而且，在此公开的实施方式中，例示了滚动阻力测试机，但并不限于此。尤其，在此公开的实施方式中，未明确公开的事项，例如运转条件、操作条件、各种参数、结构物的尺寸、重量、体积等并不脱离本领域技术人员通常实施的范围，采用只要是通常的本领域技术人员便能容易设想的值。
另外，在设置上述轴承部5的情况下，较为理想的是使用轴承螺母等对前后两个轴承部5沿轴向施加适当的预压。若如此施加适当的预压，则能够防止在轴承部5的滚动体与滚动面之间产生间隙，也难以产生滚动体的变形，能够使轴承部5的发热保持为较小的量。
而且，上述多分力测量传感器9也可为六分力计以外的分力计，即，既可为三分力计也可为五分力计，而且，所有应变体的粗细也可相同。
而且，冷媒向冷媒流路18的供应也可通过连接于内套筒6的外周侧的管路而进行。此时，较为理想的是，以在非接触状态下沿外套筒7的径向贯穿的方式设置冷媒供应用管路。同样地，冷媒从冷媒流路18的排出也可通过连接于内套筒6的外周侧的管路而进行。此时，较为理想的是，以在非接触状态下沿外套筒7的径向贯穿的方式设置冷媒排出用管路。通过如此设置管路，与内套筒中形成流路的做法相比，更容易均匀地冷却内套筒6的周方向的温度。
[实施方式的概要]
以上的实施方式总结如下：
(1)本发明的实施方式所涉及的轮胎测试机的多分力测量主轴单元包括：主轴，能够安装轮胎；内套筒，经由轴承部将所述主轴旋转自如地支撑；外套筒，沿着所述主轴的轴心方向设置于所述内套筒的外侧；多分力测量传感器，连结所述内套筒的端部与所述外套筒的端部，并且能够测量从所述内套筒作用于所述外套筒的负荷；冷却部，冷却所述内套筒。
根据该结构，能够抑制内套筒中的热变形，精度良好地测定施加于轮胎的力和力矩。
(2)所述轮胎测试机的多分力测量主轴单元可采用以下结构，所述多分力测量传感器在所述内套筒的轴向两端部各设有一个，所述冷却部冷却所述内套筒的轴向的指定区域。
根据该结构，能够均匀地冷却内套筒中的轴向的指定区域。由此，能够抑制因仅内套筒成为高温而导致的内套筒与外套筒之间的沿着轴心方向的延伸量之差。因此，不会有基于所述延伸量之差的应变(内力)作为误差分量作用于多分力测量传感器。
(3)所述轮胎测试机的多分力测量主轴单元可采用以下结构，所述多分力测量传感器仅设置于所述内套筒的轴向一侧的端部，所述冷却部冷却所述内套筒的周方向的指定区域。
根据该结构，能够抑制固定有多分力测量传感器的罩壳的周方向的温度不均。由此，可消除仅罩壳的周方向的一部分的温度比所述周方向的其他部分高(周方向的大的温差)的现象。因此，不会出现仅罩壳的周方向的一部分向径向延伸的现象，也不会产生因该延伸量之差引起的误差分量的作用。其结果，能够抑制因在轴承部产生的热成为的罩壳的应变的原因而造成多分力测量传感器的精度下降的问题。
(4)所述轮胎测试机的多分力测量主轴单元可采用以下结构，所述冷却部包括：冷媒流路，沿着所述内套筒的外周面形成，供冷却用冷媒流通；其中，所述冷媒流通所述冷媒流路来冷却所述内套筒。
(5)所述轮胎测试机的多分力测量主轴单元可采用以下结构，所述冷媒流路沿着所述内套筒的轴向呈螺旋状形成。
根据该结构，通过使冷媒流通螺旋状的冷媒流路，能够在轴向及周方向的整个区域均匀地冷却内套筒。
(6)所述轮胎测试机的多分力测量主轴单元可采用以下结构，所述冷媒流路包括：第一冷媒流路，形成于所述内套筒中的轴向的前半部；第二冷媒流路，形成于所述内套筒中的轴向的后半部；其中，所述第一冷却流路和所述第二冷却流路分别独立地形成，能够个别地冷却所述内套筒的前半部和所述内套筒的后半部。
根据该结构，能够根据内套筒的发热状况而独立地冷却内套筒的前半部与内套筒的后半部。
(7)所述轮胎测试机的多分力测量主轴单元可采用以下结构，还包括：升温部，设置于所述外套筒，使该外套筒升温。
根据该结构，当内套筒的温度因轴承部的发热而上升时，通过将外套筒加热以保持为指定温度，能够使外套筒的温度接近内套筒的温度。由此，在外套筒与内套筒之间便难以产生沿着轴心方向的延伸量之差，从而能够防止多分力测量传感器的精度下降。
(8)所述轮胎测试机的多分力测量主轴单元可采用以下结构，所述多分力测量传感器包括：施力体，设置于该多分力测量传感器的内周侧；固定体，设置于所述施力体的外周侧；应变体，在径向上连结所述施力体与所述固定体；应变计，设置于所述应变体；其中，所述施力体连结于所述内套筒，所述固定体连结于所述外套筒。
(9)所述轮胎测试机的多分力测量主轴单元可采用以下结构，所述应变体为多个，该多个应变体包括沿垂直方向延伸的所述应变体及沿水平方向延伸的所述应变体，其中，沿垂直方向延伸的所述应变体形成得比沿水平方向延伸的所述应变体薄。
根据该结构，与如以往的所有应变体都同样地粗的情况相比，即使在沿水平方向施加有小负荷的情况下，沿上下方向延伸的应变体也容易变形。因此，该多分力测量主轴单元能够高灵敏度地测量施加于轮胎的水平方向的力(例如滚动阻力等)。

Claims (9)

1.一种轮胎测试机的多分力测量主轴单元，其特征在于包括：
主轴，能够安装轮胎；
内套筒，经由轴承部将所述主轴旋转自如地支撑；
外套筒，沿着所述主轴的轴心方向设置于所述内套筒的外侧；
多分力测量传感器，连结所述内套筒的端部与所述外套筒的端部，并且能够测量从所述内套筒作用于所述外套筒的负荷；
冷却部，冷却所述内套筒。
2.根据权利要求1所述的轮胎测试机的多分力测量主轴单元，其特征在于：
所述多分力测量传感器在所述内套筒的轴向两端部各设有一个，
所述冷却部冷却所述内套筒的轴向的指定区域。
3.根据权利要求1所述的轮胎测试机的多分力测量主轴单元，其特征在于：
所述多分力测量传感器仅设置于所述内套筒的轴向一侧的端部，
所述冷却部冷却所述内套筒的周方向的指定区域。
4.根据权利要求1所述的轮胎测试机的多分力测量主轴单元，其特征在于，
所述冷却部包括：
冷媒流路，沿着所述内套筒的外周面形成，供冷却用冷媒流通；其中，
所述冷媒流通所述冷媒流路来冷却所述内套筒。
5.根据权利要求4所述的轮胎测试机的多分力测量主轴单元，其特征在于：
所述冷媒流路沿着所述内套筒的轴向呈螺旋状形成。
6.根据权利要求4所述的轮胎测试机的多分力测量主轴单元，其特征在于，
所述冷媒流路包括：
第一冷媒流路，形成于所述内套筒中的轴向的前半部；
第二冷媒流路，形成于所述内套筒中的轴向的后半部；其中，
所述第一冷却流路和所述第二冷却流路分别独立地形成，能够个别地冷却所述内套筒的前半部和所述内套筒的后半部。
7.根据权利要求1所述的轮胎测试机的多分力测量主轴单元，其特征在于还包括：
升温部，设置于所述外套筒，使该外套筒升温。
8.根据权利要求1所述的轮胎测试机的多分力测量主轴单元，其特征在于，
所述多分力测量传感器包括：
施力体，设置于该多分力测量传感器的内周侧；
固定体，设置于所述施力体的外周侧；
应变体，在径向上连结所述施力体与所述固定体；
应变计，设置于所述应变体；其中，
所述施力体连结于所述内套筒，所述固定体连结于所述外套筒。
9.根据权利要求8所述的轮胎测试机的多分力测量主轴单元，其特征在于：
所述应变体为多个，该多个应变体包括沿垂直方向延伸的所述应变体及沿水平方向延伸的所述应变体，其中，沿垂直方向延伸的所述应变体形成得比沿水平方向延伸的所述应变体薄。
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