JP2000028348A - クランク軸の撓み量計測方法及び計測装置 - Google Patents

クランク軸の撓み量計測方法及び計測装置

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JP2000028348A
JP2000028348A JP10195748A JP19574898A JP2000028348A JP 2000028348 A JP2000028348 A JP 2000028348A JP 10195748 A JP10195748 A JP 10195748A JP 19574898 A JP19574898 A JP 19574898A JP 2000028348 A JP2000028348 A JP 2000028348A
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crankshaft
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deflection
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Junichi Yamada
淳一 山田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 クランク軸の撓み量を、計測誤差要因を排除
して高精度で以って計測するとともに、撓み量の計測用
の要具や機器と他の構成部材との干渉を回避して計測作
業時間を短縮するとともに、計測の自動化を可能とす
る。 【解決手段】 クランク軸をターニング手段によって回
転させて同クランク軸の撓み量を計測するにあたり、上
記クランク軸を構成する各クランクアームの、鉛直線等
の基準線に対する傾斜角をクランク回転角毎に測定し、
次いで隣り合う上記クランクアームの上記傾斜角の差か
ら上記クランクアームの開き角を算出し、この開き角に
基づき、各クランクジャーナル及び各クランクピンの曲
げ半径を算出して上記開き角及び曲げ半径からクランク
軸の撓み量を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関、特に比
較的大型のディーゼル機関におけるクランク軸の撓み量
計測方法及び計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】大型ディーゼル機関においては、クラン
ク軸の撓み量の計測は、主軸受、連接棒の小端部軸受
等、機関主要部分の信頼性を保持する上での重要な管理
項目の1つとして、機関の据付あるいは組立時、運転期
間中に広く実施されている。
【0003】図5〜図7には大型ディーゼル機関におけ
るクランク軸撓み量計測装置の従来の1例が示されてい
る。図5〜図6において、10はクランク軸、13はク
ランク軸10の軸端に固定されたフライホィール、12
はターニング装置であり、同クランク軸10はターニン
グ装置12により、歯車12a及びフライホィール13
を介して回転可能となっている。
【0004】上記クランク軸10の撓み量を計測するに
あたっては、クランク軸10の軸心10dから一定のオ
フセット距離Lを採った位置のクランクアーム10b、
10b間にダイヤルゲージ11aを備えた測定装置11
をセットし、上記ターニング装置12によってクランク
軸10を回転させ、クランクアーム10b,10bの角
度が下死点(BDC)(図7(A)の実線位置)にきた
ときの位置を基準として、上死点(TDC)位置(図7
(A)の破線位置)におけるクランクアーム10b,1
0b間の距離aの変位量Δaを測定する。
【0005】そして、上記変位量Δaの絶対値の大きさ
と符号によりクランク軸10の撓み量を検知し、評価す
る。
【0006】即ち図7(A),(B)に示すように、θ
n =クランクアーム10b,10b間の開き角 Δan =an (TDC)−an (BDC) L=図5に示す測定装置の取付位置即ちオフセット距離
とすると、上記開き角θ n と変位量Δan との関係は
(1)式のようになる。
【0007】 θn =Δan /(2L)…………………………………………(1) 尚、クランク軸10の撓み角θを示す図7(B)におい
て、Dはシリンダ中心間距離である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図5〜図7のような従
来のクランク軸の撓み量計測手段においては、上記撓み
量の評価の前提として、次の3条件が挙げられる。
【0009】(1)クランク軸10の回転軸心10dで
の、クランクアーム10b,10b間の距離は、クラン
ク軸10の回転に対して不変に維持される。
【0010】(2)クランク軸10の撓みによる曲げ半
径Rはクランク軸10の回転に対して不変に保持され
る。
【0011】クランクジャーナル10Cの撓みは無視で
きる。従って、かかる撓み量の計測において、上記3つ
の条件が成立しない状態での計測はそれが計測誤差の要
素となる。
【0012】然るに、上記クランク軸10の撓みは、同
クランク軸10の回転に対して変化する要因を含む。即
ち、例えば連接棒、ピストン等の運動部分の自重はクラ
ンクアーム10b角度の正弦成分に比例してクランクピ
ン10aの曲げモーメントを生じ、このとき上記クラン
クアーム間距離aはクランクピン10aの撓み量が常に
鉛直方向に凹であることから、上死点(TDC)におい
ては増加する方向に変位し、下死点(BDC)において
は減少する方向に変化する。このため上記クランクアー
ム10b,10b間距離aの変化量Δaは増加する方向
に大きくずれる。また、上記の影響を受けて、クランク
アーム10b,10bのクランク軸心間における距離も
不変とはならず、上記条件を満足しない誤差要因とな
る。
【0013】上記のように、図5〜図7に示すような従
来のクランク軸撓み量計測手段にあっては、上記のよう
な大きな計測誤差要因を含むという問題点を抱えてい
る。また、上記従来の手段にあっては、クランクアーム
10b,10bの間に測定装置11を固定して計測を行
なう必要があるため、計測時にクランク軸10を回転さ
せる際に測定装置11と連接棒が干渉し易いことから、
作業者が上記干渉を避けながら計測を行なわざるを得
ず、計測に多大な時間を要するとともに計測の自動化の
障害となる。
【0014】本発明の目的は、クランク軸の撓み量を、
計測誤差要因を排除して高精度で以って計測するととも
に、撓み量の計測用の要具や機器と他の構成部材との干
渉を回避して計測作業時間を短縮するとともに、計測の
自動化を可能とすることにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するもので、その要旨とする第1の手段は、クランク
軸をターニング手段によって回転させて、同クランク軸
の撓み量を計測するにあたり、上記クランク軸を構成す
る各クランクアームの、鉛直線等の基準線に対する傾斜
角をクランク回転角毎に測定し、次いで隣り合う上記ク
ランクアームの上記傾斜角の差から上記クランクアーム
の開き角を算出し、この開き角に基づき、各クランクジ
ャーナル及び各クランクピンの曲げ半径を算出して上記
開き角及び曲げ半径からクランク軸の撓み量を得ること
を特徴とするクランク軸の撓み量計測方法にある。
【0016】また第2の手段は上記第1の手段に係る計
測方法に使用する計測装置の発明であり、クランク軸を
ターニング手段によって回転させて、同クランク軸の撓
み量を計測するものにおいて、上記クランク軸の回転角
度を検出するクランク角検出手段と、上記クランク軸の
各クランクアームの傾斜角を測定する傾斜角測定手段
と、上記クランク角度及び傾斜角の測定あるいは検出値
を記憶する記憶手段と、同記憶手段から上記クランク軸
の回転角度及びクランクアームの傾斜角の検出あるいは
測定値が入力され、隣り合う上記クランクアームの上記
傾斜角の差から同クランクアームの開き角を算出し、こ
の開き角に基づき上記クランク軸の各クランクジャーナ
ル及び各クランクピンの曲げ半径を算出するコンピュー
タとを備えたことを特徴とするクランク軸の撓み量計測
装置にある。
【0017】また第3の手段は、上記第2の手段におい
て、上記クランク角検出手段、傾斜角測定手段及び記憶
手段をケーシングに収納してなる測定装置を、上記クラ
ンクアームの反クランクピン側の端面に着脱自在に取付
けてなる。
【0018】上記手段によれば、クランク角検出手段、
傾斜角測定手段及び記憶装置を収納した測定装置をクラ
ンクアームの端面に取付けて、クランク軸をターニング
手段によって回転させ、クランク回転角度毎に傾斜角測
定手段によって各クランクアームの鉛直線等の基準線に
対する傾斜角を測定し、上記クランク回転角度及びクラ
ンクアームの傾斜角の検出値あるいは測定値を記憶装置
に入力し記憶させる。
【0019】そして、同記憶装置に記憶された上記クラ
ンク回転角度及び傾斜角をコンピュータに入力し、コン
ピュータにおいて、隣り合うクランクアーム間の傾斜角
の差から各クランクアーム(相対向するクランクアー
ム)間の開き角を算出し、さらにこの開き角に基づき各
クランクジャーナル及び各クランクピンの曲げ半径を算
出して、上記各クランクアーム間の開き角及び上記曲げ
半径よりクランク軸の撓み量を得て、これを評価する。
【0020】従って上記手段によれば、各クランクアー
ムの開き角と曲げ半径とを従来の手段のような誤差要因
を含むことなく正確に求めることができ,高精度の計測
結果が得られる。
【0021】また、クランク角検出手段、傾斜角測定手
段、記憶装置等を収納した測定装置をクランクアームの
反クランクピン側端面に着脱自在としたので、計測装置
の配線を必要とせず、また、撓み量の計測中に上記測定
装置と連接棒等の構成部材とが干渉することが無く、計
測をスムーズに行ない得ることにより、従来の手段に較
べて計測作業時間が大幅に短縮されるとともに安全性も
向上する。
【0022】
【発明の実施の形態】以下図1〜図4を参照して本発明
の実施形態につき詳細に説明する。図1は本発明の実施
形態に係るディーゼル機関用クランク軸の撓み量計測装
置の全体構成図、図2は測定装置のクランクアームへの
取付状態を示す要部側面図、図3は電気水準器の回路
図、図4は撓み量の測定原理の説明図である。
【0023】本発明の実施形態に係る測定装置100
は、図2に示すようにクランク軸の各クランクアーム1
0bの各クランクピン10aに対して180°の方向の
端面10eに取付けられる。同図において10cはクラ
ンクジャーナルである。この実施形態に係るクランク軸
10は、図5に示すように軸端にフライホィール13が
取付けられ、同フライホィール13の歯車がターニング
装置12の駆動歯車12aと噛み合わされ、同ターニン
グ装置12によってターニングされるようになってい
る。
【0024】図1において、1は上記測定装置100の
本体ケーシングであり、同本体ケーシング1の上部とク
ランクアーム10bの端面、即ち取付面10eとの間に
は測定装置100を取付けるための、スイッチ15付き
の電磁石2が介装されている。そして上記本体ケーシン
グ1と上記電磁石2との間には磁気遮断材3が介装され
て本体ケーシング1内への磁気の伝播を遮断している。
【0025】4は上記本体ケーシング1に軸受18,1
9を介して回転可能に支持されクランク軸10と同期し
て回転する回転軸である。同回転軸4の長手方向中央部
には電気水準器5が連結され、同電気水準器5によって
クランクアーム10bの端面10eの水平線Yに対する
傾斜角θを測定可能としている。上記電気水準器5は、
図3に示すように、リアクタンスと抵抗よりなる通常の
ブリッジ回路である。6は角度検出器であり、上記回転
軸4に取付けられて、同回転軸4を介してクランク軸1
0の回転角度βを検出する。
【0026】7は記憶装置で、上記角度検出器6からの
クランク軸回転角度の検出信号が導線16によって入力
されるとともに、上記電気水準器5からの傾斜角θの検
出信号が導線17によって入力されるようになってい
る。また、9は上記記憶装置7に記憶された測定データ
を処理してクランク軸10の撓み量を算出するコンピュ
ータであり、回線20によって上記記憶装置7の出力端
子8に接続されている。
【0027】上記のように構成された計測装置によりク
ランク軸の撓み量を計測するにあたっては、先ず測定装
置100を図1,図2に示されるように、スイッチ15
を入れて電磁石2を作動させ、クランクアーム10b
の、クランクピン10aに対して180°の端面10e
に取付けて、電源の投入、記憶装置7への入力開始等、
同測定装置100を計測可能な状態にする。
【0028】次いでターニング装置12(図5参照)に
よりクランク軸10を360°回転させる。上記回転に
よって、クランク軸10の各回転角毎に電気水準器5か
らの傾斜角θの測定データが記憶装置7に入力されると
ともに、角度検出器6からクランク回転角度βの計測デ
ータが上記記憶装置7に入力される。
【0029】即ち、上記測定装置100においては、ク
ランク軸10を回転させて、角度検出器6にて、クラン
ク軸10の回転角度βを検出するとともに、電気水準器
5にてクランク軸10の傾斜角θを測定して、この傾斜
角(θ)データを上記回転角度(β)毎に逐次記憶装置
7に蓄積し、記憶させる。
【0030】上記測定及び記憶装置7への蓄積6が終了
したら角度検出器6及び電気水準器5からの測定データ
の出力を停止し、測定装置100をクランクアーム10
bから取り外す。次いでコンピュータ9の端末を上記記
憶装置7の出力端子に接続し、同記憶装置7に記憶され
た上記測定データをコンピュータ9に読み込ませる。
【0031】そしてコンピュータ9においては、次の手
順により、クランク軸10の撓み量を算出する。(図4
参照)。任意のクランク軸回転角度βにおいて、隣り合
うクランクアーム10b,10bの開き角α1 ,α2
α3 ……αn を、上記電気水準器5で測定された、水平
線Yに対するクランクアーム10bの端面10eの傾斜
角θ、即ち各クランクアーム10bの、鉛直基準線Zに
対する傾斜角θ1 ,θ 2 ,θ3 ,θ4 ……θn により、
次の(2)式にて求める。
【0032】 α1 =θ2 −θ1 α2 =θ3 −θ2 α3 =θ4 −θ3 αn =θ(n+1)−θn ………………………………………(2) 次いで、クランクジャーナル10c/クランクピン10
aの曲げ半径R1 ,R 2 ,R3 ……Rn を次の(3),
(4)式にて求める。
【0033】 クランクジャーナル10c側:Rn =Lj/αn ……………(3) クランクピン10a側 :Rn =Lp/αn ……………(4) ここでLj=クランクジャーナル10cの長さ Lp=クランクピン10aの長さ 以上の演算結果により、図4に示すようなクランク軸1
0の撓み曲線が得られる。
【0034】以上のように、本発明の実施形態によれ
ば、各クランクアーム10bの端面10eの水平線Yに
対する傾斜角、即ち鉛直基準線Zに対する傾斜角θを電
気水準器5にて測定して、角度検出器6により検出され
るクランク回転角度βのデータとともに記憶装置7に記
憶させた後、これをコンピュータ9に読み込ませ、同コ
ンピュータ9において、隣り合うクランクアーム10b
間の傾斜角θの差より隣り合うクランクアーム10b,
10bの開き角αを算出し、この開き角αとクランクジ
ャーナル10cの長さLj及びクランクピン10aの長
さLpとより、各クランクジャーナル10c及びクラン
クピン10aの曲げ半径Rn を算出する。
【0035】これによって、測定装置100を連接棒等
との干渉が回避可能なクランクアーム10bの外側の端
面10eに取付けてクランク軸10の撓み量を容易に計
測することが可能となる。
【0036】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
本発明によれば、各クランクアームの傾斜角を測定し、
この測定結果に基づき、各クランクアーム間の開き角と
各クランクジャーナル及び各クランクピンの曲げ半径と
を算出するので、従来の手段のような誤差要因を含むこ
となくクランク軸の撓み量を正確に求めることができ、
高精度の撓み量計測結果を得ることができる。
【0037】また、クランク角検出手段、傾斜角測定手
段、記憶装置等を収納した測定装置と、クランクアーム
の反クランクピン側端面に着脱自在としたので、計測装
置の配線を必要とせず、また、撓み量の計測中に上記測
定装置と連接棒等とが干渉することが無く、計測をスム
ーズに行ない得ることにより、従来の手段に較べて計測
作業時間が大幅に短縮されるとともに、安全に計測作業
を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るディーゼル機関用クラ
ンク軸の撓み量計測装置の全体構成図。
【図2】上記実施形態における測定装置の取付要領を示
す要部側面図。
【図3】上記実施形態における電気水準器の回路図。
【図4】上記実施形態における撓み量の測定原理の説明
図。
【図5】従来のクランク軸撓み量計測装置を示す全体構
成図。
【図6】上記従来例における測定装置の要部側面図。
【図7】上記従来例におけるクランク軸撓み量の測定原
理を示す説明図。
【符号の説明】
1 本体ケーシング 2 電磁石 3 磁気遮断材 4 回転軸 5 電気水準器 6 角度検出器 7 記憶装置 8 出力端子 9 コンピュータ 10 クランク軸 10a クランクピン 10b クランクアーム 10c クランクジャーナル 10d クランク軸心 12 ターニング装置 100 測定装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クランク軸をターニング手段によって回
    転させて、同クランク軸の撓み量を計測するにあたり、
    上記クランク軸を構成する各クランクアームの、鉛直線
    等の基準線に対する傾斜角をクランク回転角毎に測定
    し、次いで隣り合う上記クランクアームの上記傾斜角の
    差から上記クランクアームの開き角を算出し、この開き
    角に基づき、各クランクジャーナル及び各クランクピン
    の曲げ半径を算出して上記開き角及び曲げ半径からクラ
    ンク軸の撓み量を得ることを特徴とするクランク軸の撓
    み量計測方法。
  2. 【請求項2】 クランク軸をターニング手段によって回
    転させて、同クランク軸の撓み量を計測するものにおい
    て、上記クランク軸の回転角度を検出するクランク角検
    出手段と、上記クランク軸の各クランクアームの傾斜角
    を測定する傾斜角測定手段と、上記クランク角度及び傾
    斜角の測定あるいは検出値を記憶する記憶手段と、同記
    憶手段から上記クランク軸の回転角度及びクランクアー
    ムの傾斜角の検出あるいは測定値が入力され、隣り合う
    上記クランクアームの上記傾斜角の差から同クランクア
    ームの開き角を算出し、この開き角に基づき上記クラン
    ク軸の各クランクジャーナル及び各クランクピンの曲げ
    半径を算出するコンピュータとを備えたことを特徴とす
    るクランク軸の撓み量計測装置。
  3. 【請求項3】 上記クランク角検出手段、傾斜角測定手
    段及び記憶手段をケーシングに収納してなる測定装置
    を、上記クランクアームの反クランクピン側の端面に着
    脱自在に取付けてなる請求項2に記載のクランク軸の撓
    み量計測装置。
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