JP2001165789A - Method for measuring load acting on bearing for supporting rotor - Google Patents

Method for measuring load acting on bearing for supporting rotor

Info

Publication number
JP2001165789A
JP2001165789A JP35144499A JP35144499A JP2001165789A JP 2001165789 A JP2001165789 A JP 2001165789A JP 35144499 A JP35144499 A JP 35144499A JP 35144499 A JP35144499 A JP 35144499A JP 2001165789 A JP2001165789 A JP 2001165789A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
load
bearing
strain
measuring
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP35144499A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Fujimoto
隆裕 藤本
Mitsusachi Yamamoto
三幸 山本
Kazuo Okamura
一男 岡村
Akira Oguri
彰 小栗
Yoshihiko Masuda
義彦 増田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd, Toyota Motor Corp filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP35144499A priority Critical patent/JP2001165789A/en
Publication of JP2001165789A publication Critical patent/JP2001165789A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a load acting on a bearing without performing any execution to the bearing part. SOLUTION: After a strain gauge 4 is applied to a housing part where it is considered that distortion occurs, a static load is applied to a bearing part for measuring distortion, a measurement point with high sensitivity for the load is measured, and at the same time the relation expression between the applied load and distortion being generated by the load is obtained in advance. Then, the strain gauge 4 is applied to the selected measurement point and a dynamic load is applied, and a load operating on the bearing is obtained from the relation expression between the dynamic distortion being measured by the strain gauge 4, a load that has been obtained in advance, and distortion, thus directly and accurately measuring the change in the load of the bearing according to the shape in the bearing and that of the rotary shaft.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、回転体を支持する
軸受けに作用する荷重の測定方法に係り、特に回転体が
回転中でも軸受けに作用する荷重を精度良く測定できる
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring a load acting on a bearing for supporting a rotating body, and more particularly to a method for accurately measuring a load acting on a bearing while the rotating body is rotating.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば各種機械装置に組み込まれた転が
り軸受けの耐久性を知り、これらの機械装置に組み込ま
れた回転軸の設計に役立てるため、運転時に転がり軸受
けに作用する荷重を測定する必要がある。この際に使用
する軸受け荷重の測定方法として、例えば特公昭52−
10027号が開示されている。
2. Description of the Related Art For example, it is necessary to measure the load acting on a rolling bearing during operation in order to know the durability of rolling bearings incorporated in various mechanical devices and to help design a rotating shaft incorporated in these mechanical devices. is there. As a method of measuring the bearing load used at this time, for example,
No. 10027 is disclosed.

【0003】この特公昭52−10027号で開示され
た軸受け荷重測定方法は、例えば図16及び図17に示
すように、回転軸3を回転自在に支持すべく、筒状のハ
ウジング1の内側に設けられた一対の転がり軸受け2
a,2bに作用する荷重を測定するに際し、次のように
行うものである。
The bearing load measuring method disclosed in Japanese Patent Publication No. 52-10027 discloses a method for measuring a bearing load, as shown in FIGS. 16 and 17, in which a rotating shaft 3 is rotatably supported inside a cylindrical housing 1. A pair of rolling bearings 2 provided
The measurement of the load acting on a and 2b is performed as follows.

【0004】すなわち、転がり軸受け2a,2bを構成
する外輪2aa,2baの外周面に、図17に示すよう
な形状の切り欠き2ab,2bbを設け、これらの切り
欠き2ab,2bbの底面に歪みゲージ4を貼着して、
歪みゲージ4の出力信号を導線5を介して取出すのであ
る。
That is, notches 2ab, 2bb having a shape as shown in FIG. 17 are provided on the outer peripheral surfaces of the outer rings 2aa, 2ba constituting the rolling bearings 2a, 2b, and strain gauges are provided on the bottom surfaces of these notches 2ab, 2bb. Stick 4
The output signal of the strain gauge 4 is taken out through the conductor 5.

【0005】このようにしておけば、ハウジング1と回
転軸3との間に作用する荷重に応じて各外輪2aa,2
baは弾性変形するので、各歪みゲージ4がこの弾性変
形を検出することになる。検出した弾性変形は導線5を
介して図示しない演算器に送られ、演算器では、この弾
性変形からハウジング1と回転軸3との間に作用する荷
重を演算する。
In this way, the outer races 2aa, 2aa, 2aa, 2aa
Since ba is elastically deformed, each strain gauge 4 detects this elastic deformation. The detected elastic deformation is sent to an arithmetic unit (not shown) via the conductor 5, and the arithmetic unit calculates a load acting between the housing 1 and the rotating shaft 3 from the elastic deformation.

【0006】また、前記した切り欠き2ab,2bb
を、転がり軸受け2a,2bを構成する内輪2ac,2
bcの内周面に形成し、この切り欠き2ab,2bbの
底面に歪みゲージ4を貼着すれば外輪2aa,2baが
回転する状態での荷重を測定することができる。なお、
図16中の2ad,2bdは各外輪2aa,2baの内
周面に設けた外輪軌道と、各内輪2ac,2bcの外周
面に形成した内輪軌道との間に介設された転動体であ
る。
In addition, the notches 2ab, 2bb
To the inner races 2ac, 2 constituting the rolling bearings 2a, 2b.
If formed on the inner peripheral surface of bc and the strain gauge 4 is attached to the bottom surface of the notches 2ab and 2bb, the load in a state where the outer rings 2aa and 2ba rotate can be measured. In addition,
Reference numerals 2ad and 2bd in FIG. 16 denote rolling elements provided between the outer raceway provided on the inner peripheral surface of each outer race 2aa and 2ba and the inner raceway formed on the outer peripheral surface of each inner race 2ac and 2bc.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
52−10027号で開示された軸受け荷重測定方法
は、必ずしも正確な測定が行い得ないという欠点があっ
た。
However, the method for measuring a bearing load disclosed in Japanese Patent Publication No. 52-10027 has a drawback that accurate measurement cannot always be performed.

【0008】すなわち、外輪の外周面や内輪の内周面に
形成する切り欠きは、あくまで荷重測定用の歪みゲージ
を設置するためのものであり、軸受けに本来備わってい
るものではない。このため、歪みを測定している部分の
肉厚が、本来の軸受けの肉厚よりも薄くなり、各外輪や
内輪の弾性変形状態が、実際の軸受けと異なることにな
って、測定値に誤差が生じやすくなる。
That is, the cutouts formed on the outer peripheral surface of the outer race and the inner peripheral surface of the inner race are for installing a strain gauge for load measurement, and are not inherently provided in the bearing. For this reason, the thickness of the part where the strain is measured becomes thinner than the original thickness of the bearing, and the elastic deformation state of each outer ring and inner ring differs from the actual bearing. Is more likely to occur.

【0009】特に、この切り欠きが円周方向に部分的、
或いは、間欠的に設けられるため、切り欠きを形成した
部分に応力集中が発生する。そして、この結果、円周方
向の応力分布が本来の軸受けと異なることになって、正
確な測定が行えなくなる。
In particular, the notch is partially formed in the circumferential direction,
Alternatively, since the slits are provided intermittently, stress concentration occurs in a portion where the notch is formed. As a result, the stress distribution in the circumferential direction is different from the original bearing, and accurate measurement cannot be performed.

【0010】なお、このような欠点を解決するために、
特開平9−61268号では、図18に示すように、外
輪2aa,2baの外周全域に亘り、外輪軌道2ae,
2beと平行して凹溝2af,2bfを形成し、この凹
溝2af,2bfに歪みゲージ4を貼着して、この歪み
ゲージ4からの出力信号に基づいて荷重を算出する方法
が開示されている。
[0010] In order to solve such a drawback,
In JP-A-9-61268, as shown in FIG. 18, the outer ring raceways 2ae, 2ae,
A method is disclosed in which concave grooves 2af, 2bf are formed in parallel with 2be, a strain gauge 4 is attached to the concave grooves 2af, 2bf, and a load is calculated based on an output signal from the strain gauge 4. I have.

【0011】しかしながら、この特開平9−61268
号で開示された方法でも、歪みゲージを貼着するために
凹溝を形成しているので、軸受けに生じる応力分布は本
来の軸受けとは異なる。特に、回転軸3が変形した結
果、図19に示したように、部分的に転がり軸受け2a
(2b)と接触するような場合には、軸方向の応力分布
が本来の軸受けと異なることになって、正確な測定が行
えなくなる。
However, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-61268 discloses
Also, in the method disclosed in the above-mentioned publication, since the groove is formed for attaching the strain gauge, the stress distribution generated in the bearing is different from the original bearing. In particular, as a result of the deformation of the rotary shaft 3, as shown in FIG.
In the case of contact with (2b), the stress distribution in the axial direction differs from the original bearing, and accurate measurement cannot be performed.

【0012】本発明は、上記した問題点に鑑みてなされ
たものであり、軸受け部に何ら加工を施すことなく、ハ
ウジングに貼着した歪みゲージを用いて動的な歪みを測
定し、この測定値から、静的に求めた荷重−歪み関係式
を用いて軸受けに作用する荷重を測定する方法を提供す
ることを目的としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and measures a dynamic strain by using a strain gauge attached to a housing without performing any processing on a bearing portion. It is an object of the present invention to provide a method of measuring a load acting on a bearing by using a load-strain relation statically obtained from a value.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る回転体を支持する軸受けに作用す
る荷重の測定方法は、ハウジング部に歪みゲージを貼着
した後、軸受け部に静的荷重を加えて歪み測定を行い、
荷重に対して感度の高い測定点の選定と、載荷した荷重
と歪みの関係式を予め求め、次に前記選定点に貼着した
歪みゲージで測定した動的歪みと、予め求めておいた荷
重と歪みの関係式から、軸受けに作用する荷重を求める
こととしている。そして、このようにすることで、軸受
け部に何ら加工を施すことなく、少ない測定点で軸受け
に作用する荷重を精度良く測定することができる。
In order to achieve the above-mentioned object, a method for measuring a load acting on a bearing supporting a rotating body according to the present invention comprises the steps of: attaching a strain gauge to a housing portion; Apply static load to
Selection of a measurement point having high sensitivity to the load, a relational expression between the loaded load and strain is obtained in advance, and then the dynamic strain measured by the strain gauge attached to the selected point and the load obtained in advance The load acting on the bearing is determined from the relational expression between the load and the strain. By doing so, the load acting on the bearing can be accurately measured at a small number of measurement points without performing any processing on the bearing portion.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】軸受けに荷重が作用した場合、そ
の荷重は当然に軸受けを内装したハウジングにも作用
し、ハウジングが弾性変形する。この弾性変形により、
荷重相当の歪みがハウジングにも発生する。従って、こ
の歪みから逆に軸受けに作用した荷重を求めることは可
能である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS When a load acts on a bearing, the load naturally acts on a housing in which the bearing is mounted, and the housing is elastically deformed. Due to this elastic deformation,
Distortion corresponding to the load also occurs in the housing. Therefore, it is possible to determine the load acting on the bearing from the distortion.

【0015】このような方法であれば、軸受けやハウジ
ングに加工を施さないので、円周方向、軸方向ともに、
本来の応力分布になっている。従って、より正確に軸受
けに作用する荷重を測定することが可能になる。
According to such a method, since the bearing and the housing are not processed, both in the circumferential direction and in the axial direction,
It has the original stress distribution. Therefore, it is possible to more accurately measure the load acting on the bearing.

【0016】本発明に係る回転体を支持する軸受けに作
用する荷重の測定方法は、上記した考え方によってなさ
れたものであり、図1に示すように、歪みが生じると考
えられるハウジング部に歪みゲージを貼着した後、軸受
け部に静的荷重を加えて歪み測定を行い、荷重に対して
感度の高い測定点を選定すると共に、この選定した測定
点における前記測定結果に基づいて、載荷した荷重とそ
の荷重により生じた歪みの関係式を予め求めておき、次
に前記選定した測定点に歪みゲージを貼着して動的荷重
を加え、この歪みゲージで測定した動的歪みと、前記予
め求めておいた荷重と歪みの関係式から、軸受けに作用
する荷重を求めるものである。
The method for measuring the load acting on the bearing supporting the rotating body according to the present invention is based on the above-described concept. As shown in FIG. After sticking, a static load is applied to the bearing portion to perform a strain measurement, and a measurement point having high sensitivity to the load is selected, and based on the measurement result at the selected measurement point, the applied load is measured. And the relational expression of the strain caused by the load is obtained in advance, then a dynamic load is applied by attaching a strain gauge to the selected measurement point, and the dynamic strain measured by this strain gauge and the The load acting on the bearing is obtained from the relational expression between the load and the strain that has been obtained.

【0017】本発明測定方法において、荷重に対して感
度の高い測定点とは、例えば図2に示したように、荷重
に対して十分な歪を生じ、しかも、荷重と歪がほぼ1:
1の関係を有する点をいう。このような測定点を選定し
ない場合、すなわち、図3に示したような、上記した条
件を満足しない点、つまり荷重に対する感度の低い点を
測定点に選定した場合には、正確な荷重測定が行なえな
いからである。
In the measuring method of the present invention, a measuring point having a high sensitivity to a load means, for example, as shown in FIG.
The point having the relationship of 1. When such a measurement point is not selected, that is, when a point that does not satisfy the above-described conditions as shown in FIG. 3, that is, a point having low sensitivity to load is selected as the measurement point, accurate load measurement is performed. It is not possible.

【0018】上記した本発明測定方法において、単一の
測定点で、載荷方向や載荷荷重を判定できればよいが、
単一の測定点でこれらを判定できない場合には、夫々に
必要な測定点を選定する必要がある。この時、ハウジン
グを強制的に傾けて、載荷試験を行うなどの方法で、回
転軸の軸方向変形などを考慮した載荷試験も実施し、こ
の測定結果を元に、荷重と歪みの関係式を求めておくこ
とが望ましい。
In the above-described measuring method of the present invention, it is sufficient that the loading direction and the applied load can be determined at a single measurement point.
If these cannot be determined at a single measurement point, it is necessary to select the required measurement points for each. At this time, a load test considering the axial deformation of the rotating shaft was also performed by forcibly tilting the housing and performing a load test, etc., and based on the measurement results, the relational equation between load and strain was calculated. It is desirable to ask for it.

【0019】また、軸受けが複数あり、軸受けの形状が
大きく異なる場合は、測定点を選定するために、静的載
荷試験を各軸受け毎に実施する必要があるが、軸受け形
状があまり変わらない場合には、代表的な軸受けにおい
て測定点を選定しても良い。但し、この場合において
も、軸受け荷重の精度を向上させるため、選定した測定
点で静的載荷試験を実施し、荷重と歪みの関係式を求め
ることが望ましい。
In the case where there are a plurality of bearings and the shapes of the bearings are significantly different, it is necessary to perform a static loading test for each bearing in order to select a measurement point. , A measurement point may be selected in a typical bearing. However, even in this case, in order to improve the accuracy of the bearing load, it is desirable to perform a static loading test at the selected measurement point and obtain the relational expression between the load and the strain.

【0020】上記した本発明測定方法においては、軸受
け部の両面におけるハウジング部の同じ位置に歪みゲー
ジを貼着し、これらの歪みゲージによる測定値の平均か
ら軸受けに作用する荷重を求める場合には、特に回転軸
の変形により、部分的な接触状態になっている場合の軸
受けに作用する荷重をより正確に測定することができ
る。
In the above-described measuring method of the present invention, when a strain gauge is attached to the same position of the housing portion on both surfaces of the bearing portion, and the load acting on the bearing is determined from the average of the measured values of these strain gauges. In particular, it is possible to more accurately measure the load acting on the bearing when the bearing is in a partial contact state due to the deformation of the rotating shaft.

【0021】ところで、回転体、例えばエンジンのクラ
ンク軸を支持する軸受けに作用する軸受け荷重の変動要
因としては、筒内圧(爆発力)の変動、点火時期の
変動、軸トルクの変動、エンジン回転数の変動、が
あり、このうちでは、の筒内圧(爆発力)の変動と、
のエンジン回転数の変動の影響が大きいと考えられ
る。
By the way, the fluctuation factors of the bearing load acting on the rotating body, for example, the bearing supporting the crankshaft of the engine, include fluctuations in the cylinder pressure (explosive force), fluctuations in the ignition timing, fluctuations in the shaft torque, fluctuations in the engine speed. Of these, there are fluctuations in the in-cylinder pressure (explosive power) and
It is considered that the influence of the fluctuation of the engine speed is large.

【0022】そして、これらの変動要因は、何れも規則
正しく発生するのではなく、基本的にランダムに発生す
る。従って、このようなランダムに発生する変動要因に
よって変化する軸受け荷重を測定した場合には、その値
が一般的なデータか特殊なデータかが不明であるから、
軸受け荷重の評価方法としては不適切である。
Each of these fluctuation factors does not occur regularly, but basically occurs randomly. Therefore, when measuring the bearing load that changes due to such randomly occurring fluctuation factors, it is unknown whether the value is general data or special data,
It is not appropriate as a method for evaluating the bearing load.

【0023】このことに関連して、例えば100回の軸
受け荷重を測定した中の最大値を測定中の最大値とした
場合でも、101回目にそれ以上の軸受け荷重が生じな
いとは言い切れない。このことから、測定回数をいくら
増やしても、その次の測定時に最大値が生じないとは言
い切れない。
In connection with this, even if, for example, the maximum value during the measurement of the bearing load of 100 times is set to the maximum value during the measurement, it cannot be said that no further bearing load occurs at the 101st time. . From this, it cannot be said that no matter how many times the number of measurements is increased, the maximum value does not occur at the next measurement.

【0024】また、回転体を設計する場合、通常は、1
工程、例えば4サイクルエンジンの場合には2回転(7
20°)、2サイクルエンジンの場合には1回転(36
0°)中において常時加わっている軸受け荷重のうちの
最大値に対して一定の安全係数を加えて設計する。この
ことから、特殊な荷重値を得るよりは、平均的な荷重値
を得るほうが利用しやすく、更に現実的であると言え
る。
Also, when designing a rotating body, usually, 1
Process, for example, two revolutions (7
20 °), one revolution (36
(0 °), a certain safety factor is added to the maximum value of the bearing load constantly applied. From this, it can be said that obtaining an average load value is easier to use and more realistic than obtaining a special load value.

【0025】さらに、ランダムに変化するものを評価す
る場合には、通常、複数個のデータを統計処理するが、
この統計的な処理では、1つの条件下において複数のデ
ータを必要とする。そして、この統計的な処理の中で、
最も単純な処理が平均化処理である。
Further, when evaluating data that changes at random, usually a plurality of data are statistically processed.
This statistical processing requires a plurality of data under one condition. And in this statistical process,
The simplest process is the averaging process.

【0026】以上の事柄より、上記した本発明測定方法
において、回転体の1工程を1単位として複数単位につ
いて測定を行い、これらの歪みの平均値から軸受けに作
用する荷重を求める場合には、前記した各単位による軸
受け荷重の変動を抑えることができることは明らかであ
る。
In view of the above, in the above-described measuring method of the present invention, when measuring a plurality of units with one step of the rotating body as one unit, and obtaining the load acting on the bearing from the average value of these strains, It is clear that the fluctuation of the bearing load by each unit described above can be suppressed.

【0027】上記した本発明測定方法において、より正
確な荷重を測定するためには、ハウジングの個体差を考
慮することも必要である。そのためには、荷重と歪みの
関係式を実際に使用するハウジングを用いて求めておく
ことが必要不可欠である。
In the above-described measuring method of the present invention, in order to measure the load more accurately, it is necessary to consider individual differences of the housing. To this end, it is essential to determine the relational expression between load and strain using a housing that is actually used.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明に係る回転体を支持する軸受け
に作用する荷重の測定方法の効果を確認するために行っ
た各種の実験結果について説明する。なお、本実験は直
列4気筒4サイクルエンジンの軸受けに作用する荷重を
測定した結果である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The results of various experiments performed to confirm the effects of the method for measuring the load acting on a bearing supporting a rotating body according to the present invention will be described below. In this experiment, the load acting on the bearing of the in-line 4-cylinder 4-cycle engine was measured.

【0029】直列4気筒4サイクルエンジン(以下、単
に「エンジン」と言う)は、クランク軸を支持する軸受
けが5つあり、各軸受けがほぼ同じ形状をしているた
め、中央の軸受けを対象として、図4に示した位置に歪
みゲージ4を貼着し、図5に示したように、エンジン固
定用治具6によって固定したエンジン7の、中央の軸受
けを保持するハウジング7aに、載荷用治具8を介して
静的載荷試験を実施した。載荷試験は、エンジンの上下
方向及び45度、90度の各方向に荷重を加え手行っ
た。
An in-line four-cylinder four-cycle engine (hereinafter simply referred to as an "engine") has five bearings for supporting a crankshaft, and each bearing has almost the same shape. 4, the strain gauge 4 is attached to the position shown in FIG. 4, and as shown in FIG. 5, the loading jig is fixed to the housing 7a holding the center bearing of the engine 7 fixed by the jig 6 for fixing the engine. A static loading test was performed via the tool 8. The loading test was performed manually by applying a load in the vertical direction of the engine and in each of 45 ° and 90 ° directions.

【0030】ところで、クランク軸は軸方向に変形する
ことから、本試験では、図7に示すように、軸受け部両
面のハウジング7aにおける図4と同じ位置に歪みゲー
ジ4を貼着し、両面の同じ位置の出力値の平均を使用す
ることで、軸受けに作用する荷重を測定した。
By the way, since the crankshaft is deformed in the axial direction, in this test, as shown in FIG. 7, the strain gauge 4 is attached to the housing 7a on both sides of the bearing at the same position as in FIG. The load acting on the bearing was measured by using the average of the output values at the same position.

【0031】上記した載荷試験を行い、高感度測定点及
び方向判定可能測定点を選定したところ、図6、図7に
示した各点が選定された。すなわち、荷重の方向性の判
定と、上方向に荷重が作用しているときは、歪みゲージ
4aa,4ba,4ab,4bbの出力値を使用し、下
方向に荷重が作用しているときは、歪みゲージ4ac、
4bc,4ad,4bd,4ae,4be,4af,4
bfの出力値を使用することで荷重を判断することとし
た。
When the above-described loading test was performed and high-sensitivity measurement points and measurement points capable of judging directions were selected, the respective points shown in FIGS. 6 and 7 were selected. That is, the determination of the directionality of the load, and when the load is acting upward, the output values of the strain gauges 4aa, 4ba, 4ab, 4bb are used, and when the load is acting downward, Strain gauge 4ac,
4bc, 4ad, 4bd, 4ae, 4be, 4af, 4
The load was determined by using the output value of bf.

【0032】次に、図8に示したように、エンジンマウ
ント9を介して載置したエンジン7に、トランスミッシ
ョン10とダイナモ11を直結した状態でエンジン7を
駆動し、駆動中の軸受け荷重を測定した。試験における
エンジン7の駆動条件は、回転数が2000rpmと3
000rpmの2条件で、全負荷(100%トルク吸
収)をかけて行った。試験は、クランク軸の形状による
軸受け荷重の違いを測定するために、下記表1に示した
三つの形状を対象として行った。
Next, as shown in FIG. 8, the engine 7 is driven while the transmission 10 and the dynamo 11 are directly connected to the engine 7 mounted via the engine mount 9, and the bearing load during driving is measured. did. The driving conditions of the engine 7 in the test are as follows.
The test was carried out under two conditions of 000 rpm under full load (100% torque absorption). The test was performed on three shapes shown in Table 1 below to measure the difference in bearing load depending on the shape of the crankshaft.

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】測定結果を図9〜図14、及び表2に示
す。図9〜図14は、エンジンの回転数、クランク軸の
形状を変化させたときの、クランク軸の回転角度と軸受
け荷重の関係を示した測定結果であり、表2にはそのう
ちの最大荷重値を示した。
The measurement results are shown in FIGS. 9 to 14 and Table 2. 9 to 14 show the measurement results showing the relationship between the rotation angle of the crankshaft and the bearing load when the number of revolutions of the engine and the shape of the crankshaft are changed, and Table 2 shows the maximum load value among them. showed that.

【0035】図9〜図14には、測定結果に併せて計算
値も細線で示したが、これらより、計算結果と測定結果
は良く一致しているのが判る。このことから、本発明に
係る荷重の測定方法は、エンジン回転中の軸受け荷重を
精度良く測定できることが判る。
9 to 14, the calculated values are shown by thin lines in addition to the measurement results. From these, it can be seen that the calculation results and the measurement results agree well. From this, it is understood that the load measuring method according to the present invention can accurately measure the bearing load during rotation of the engine.

【0036】なお、図9〜図14に示した計算値は、図
15に示したフローチャートのような方法によって求め
た値である。先ず、ピストン、コンロッドの質量及び重
心位置と、元になるクランク軸の形状を読み込む(S1
0)。次に、クランク角とシリンダ内圧との関係データ
から、最大筒内圧Pmax 及びその時のクランク角θPmax
とエンジン回転数Nとの一連のデータを、エンジン運転
条件として1種類読み込む(S12)。次に、読み込ん
だ(S10,12)数値に基づき、クランク軸に働く慣
性力(S14)、ガス圧(S16)をそれぞれ計算す
る。次に、計算した(S14,16)慣性力とガス圧と
から、クランク軸に作用する負荷を計算する(S1
8)。最後に、各ジャーナル軸受の荷重を段付はりモデ
ルを用いて計算する(S20)。
The calculated values shown in FIGS. 9 to 14 are values obtained by a method as shown in the flowchart of FIG. First, the mass and the position of the center of gravity of the piston and the connecting rod and the shape of the original crankshaft are read (S1).
0). Next, from the relationship data between the crank angle and the cylinder pressure, the maximum cylinder pressure Pmax and the crank angle θPmax at that time are obtained.
A series of data of the engine speed N and the engine speed N is read as one type of engine operating condition (S12). Next, the inertial force (S14) and the gas pressure (S16) acting on the crankshaft are calculated based on the read numerical values (S10, 12). Next, a load acting on the crankshaft is calculated from the calculated (S14, 16) inertia force and gas pressure (S1).
8). Finally, the load of each journal bearing is calculated using a stepped beam model (S20).

【0037】上記試験では、4サイクルエンジンの駆動
中における軸受け荷重を測定したので、クランク回転角
が720度、すなわち、クランク軸の2回転を1つの単
位として測定した。これは、4サイクルエンジンの場
合、1単位となる行程がクランク軸の2回転分になるか
らである。従って、2サイクルエンジンや電動機の回転
軸のように、1回転が1行程になるような場合には、回
転角が360度、すなわち、1回転を1つの単位として
測定することは言うまでもない。また、1行程の単位が
上記以外、例えば3回転や4回転、或いは、それ以上に
なる場合には、その回転数に合わせて1つの単位を選択
する必要がある。
In the above test, the bearing load during the operation of the four-cycle engine was measured, so that the crank rotation angle was 720 degrees, that is, two rotations of the crankshaft were measured as one unit. This is because, in the case of a four-cycle engine, one stroke corresponds to two revolutions of the crankshaft. Therefore, when one rotation corresponds to one stroke as in a rotating shaft of a two-cycle engine or an electric motor, it is needless to say that the rotation angle is measured at 360 degrees, that is, one rotation is defined as one unit. If the unit of one stroke is other than the above, for example, three rotations, four rotations, or more, it is necessary to select one unit according to the number of rotations.

【0038】また、上記試験では、各条件、1単位のみ
について測定した結果を示したが、測定時期による軸受
け荷重の変動を考慮した場合、数単位を測定し、これら
を平均した値を採用することが、クランク軸や軸受けの
設計を行うための定常的な荷重を知る上では望ましい。
In the above test, the measurement results are shown for only one unit under each condition. However, when the fluctuation of the bearing load due to the measurement time is considered, several units are measured, and the average value of these is adopted. It is desirable to know the steady load for designing the crankshaft and the bearing.

【0039】[0039]

【表2】 [Table 2]

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る回転
体を支持する軸受けに作用する荷重の測定方法は、軸受
け部に何ら加工を施すことなく、ハウジングに貼着した
可及的に少ない数の歪みゲージを用いて動的な歪みを測
定し、この測定値から、静的に求めた荷重−歪み関係式
を用いて軸受けに作用する荷重を測定するので、軸受け
の形状や、回転軸の形状による軸受け荷重の変化を、少
ない測定点で、直接、かつ、高精度に測定することがで
きる。
As described above, according to the method for measuring the load acting on the bearing supporting the rotating body according to the present invention, the method of measuring the load applied to the housing without applying any processing to the bearing portion is as small as possible. The dynamic strain is measured using a number of strain gauges, and from this measured value, the load acting on the bearing is measured using a load-strain relational expression obtained statically. The change in the bearing load due to the shape can be measured directly and with high accuracy at a small number of measurement points.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の荷重測定方法のフロー図である。FIG. 1 is a flowchart of a load measuring method of the present invention.

【図2】荷重に対して感度の高い測定点を説明する荷重
−歪線図である。
FIG. 2 is a load-strain diagram illustrating measurement points having high sensitivity to load.

【図3】荷重に対して感度の低い測定点を説明する荷重
−歪線図である。
FIG. 3 is a load-strain diagram illustrating measurement points having low sensitivity to load.

【図4】本発明の荷重測定方法を実施する際の、荷重測
定点を選定するための歪み測定点の一例を示した図であ
る。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a strain measurement point for selecting a load measurement point when the load measurement method of the present invention is performed.

【図5】本発明の荷重測定方法を実施する際の、静的載
荷試験の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a static loading test when the load measuring method of the present invention is performed.

【図6】本発明の荷重測定方法を実施するために、選定
された荷重測定点の一例を示す軸受け部の正面図であ
る。
FIG. 6 is a front view of a bearing portion showing an example of a load measurement point selected to carry out the load measurement method of the present invention.

【図7】本発明の荷重測定方法を実施するために、選定
された荷重測定点の一例を示す軸受け部の側面図であ
る。
FIG. 7 is a side view of a bearing portion showing an example of a load measuring point selected to carry out the load measuring method of the present invention.

【図8】本発明の荷重測定方法を実施した場合のエンジ
ン試験の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of an engine test when the load measuring method of the present invention is performed.

【図9】1のクランク軸を用い、回転数が2000rp
mの場合における、軸受け荷重を測定した結果を示した
図である。
FIG. 9 shows a case where one crankshaft is used and the number of revolutions is 2000 rpm.
FIG. 8 is a diagram showing a result of measuring a bearing load in the case of m.

【図10】1のクランク軸を用い、回転数が4000r
pmの場合における、軸受け荷重を測定した結果を示し
た図である。
FIG. 10 shows the case where one crankshaft is used and the number of revolutions is 4000r.
It is a figure showing the result of having measured bearing load in the case of pm.

【図11】2のクランク軸を用い、回転数が2000r
pmの場合における、軸受け荷重を測定した結果を示し
た図である。
FIG. 11 shows a case where the number of revolutions is 2000 r using the crankshaft of FIG.
It is a figure showing the result of having measured bearing load in the case of pm.

【図12】2のクランク軸を用い、回転数が4000r
pmの場合における、軸受け荷重を測定した結果を示し
た図である。
FIG. 12 shows a case where the number of revolutions is 4000r using the crankshaft of FIG.
It is a figure showing the result of having measured bearing load in the case of pm.

【図13】3のクランク軸を用い、回転数が2000r
pmの場合における、軸受け荷重を測定した結果を示し
た図である。
FIG. 13 shows a case where the number of rotations is 2000r using a crankshaft of 3
It is a figure showing the result of having measured bearing load in the case of pm.

【図14】3のクランク軸を用い、回転数が4000r
pmの場合における、軸受け荷重を測定した結果を示し
た図である。
FIG. 14 shows a case where a crankshaft of 3 is used and the number of revolutions is 4000r.
It is a figure showing the result of having measured bearing load in the case of pm.

【図15】図9〜図14に示した計算値の求め方を説明
するフローチャートである。
FIG. 15 is a flowchart illustrating a method of obtaining the calculated values shown in FIGS. 9 to 14.

【図16】従来の測定方法の一例を示した部分断面図で
ある。
FIG. 16 is a partial sectional view showing an example of a conventional measuring method.

【図17】従来の測定方法に使用する軸受けおける外輪
の部分断面図である。
FIG. 17 is a partial sectional view of an outer ring in a bearing used in a conventional measuring method.

【図18】従来の測定方法の他の例を示した部分断面図
である。
FIG. 18 is a partial cross-sectional view showing another example of the conventional measuring method.

【図19】回転軸の変形により、軸受けと回転軸が軸方
向に部分的に接触した状態を説明する図である。
FIG. 19 is a diagram illustrating a state in which the bearing and the rotating shaft partially contact in the axial direction due to deformation of the rotating shaft.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ハウジング 3 回転軸 4 歪みゲージ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 3 Rotation axis 4 Strain gauge

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 三幸 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 岡村 一男 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 小栗 彰 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 増田 義彦 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 2F051 AA11 AB09 AC01 BA07 BA08 3J101 BA77 FA60 GA22  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Miyuki Yamamoto 4-33 Kitahama, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture Within Sumitomo Metal Industries, Ltd. (72) Inventor Kazuo Okamura 4-5-Kitahama, Chuo-ku, Osaka-shi, Osaka No. 33 Sumitomo Metal Industries Co., Ltd. (72) Inventor Akira Oguri 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Yoshihiko Masuda 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation F term (reference) 2F051 AA11 AB09 AC01 BA07 BA08 3J101 BA77 FA60 GA22

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 歪みが生じると考えられるハウジング部
に歪みゲージを貼着した後、軸受け部に静的荷重を加え
て歪み測定を行い、荷重に対して感度の高い測定点を選
定すると共に、この選定した測定点における前記測定結
果に基づいて荷重と歪みの関係式を予め求めておき、次
に前記選定した測定点に歪みゲージを貼着して動的荷重
を加え、この歪みゲージで測定した動的歪みと、前記予
め求めておいた荷重と歪みの関係式から、軸受けに作用
する荷重を求めることを特徴とする回転体を支持する軸
受けに作用する荷重の測定方法。
1. After a strain gauge is attached to a housing portion where a strain is considered to occur, a static load is applied to a bearing portion to perform a strain measurement, and a measurement point having high sensitivity to the load is selected. A relational expression between load and strain is obtained in advance based on the measurement result at the selected measurement point, then a strain gauge is attached to the selected measurement point and a dynamic load is applied, and measurement is performed with the strain gauge. A method for measuring a load acting on a bearing supporting a rotating body, wherein a load acting on a bearing is obtained from the determined dynamic strain and the relational expression between the load and the strain determined in advance.
【請求項2】 軸受け部の両面におけるハウジング部の
同じ位置に歪みゲージを貼着し、これらの歪みゲージに
よる測定値の平均から軸受けに作用する荷重を求めるこ
とを特徴とする請求項1記載の回転体を支持する軸受け
に作用する荷重の測定方法。
2. The load applied to the bearing according to claim 1, wherein a strain gauge is attached to the same position of the housing on both sides of the bearing, and an average of the measured values of the strain gauge is obtained. A method for measuring the load acting on a bearing that supports a rotating body.
【請求項3】 請求項1又は2記載の測定方法におい
て、回転体の1工程を1単位として複数単位について測
定を行い、これらの歪みの平均値から軸受けに作用する
荷重を求めることを特徴とする回転体を支持する軸受け
に作用する荷重の測定方法。
3. The measuring method according to claim 1, wherein a measurement is performed on a plurality of units with one step of the rotating body as one unit, and a load acting on the bearing is obtained from an average value of these distortions. Method of measuring the load acting on the bearing that supports the rotating body.
JP35144499A 1999-12-10 1999-12-10 Method for measuring load acting on bearing for supporting rotor Pending JP2001165789A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35144499A JP2001165789A (en) 1999-12-10 1999-12-10 Method for measuring load acting on bearing for supporting rotor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35144499A JP2001165789A (en) 1999-12-10 1999-12-10 Method for measuring load acting on bearing for supporting rotor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001165789A true JP2001165789A (en) 2001-06-22

Family

ID=18417341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP35144499A Pending JP2001165789A (en) 1999-12-10 1999-12-10 Method for measuring load acting on bearing for supporting rotor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001165789A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007155475A (en) * 2005-12-05 2007-06-21 Shikoku Electric Power Co Inc Tension detecting method for tendon
JP2008185497A (en) * 2007-01-31 2008-08-14 Ntn Corp Bearing apparatus for wheel with sensor
CN114112392A (en) * 2021-11-25 2022-03-01 中船动力研究院有限公司 Bearing load determination method, device, equipment and storage medium

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007155475A (en) * 2005-12-05 2007-06-21 Shikoku Electric Power Co Inc Tension detecting method for tendon
JP2008185497A (en) * 2007-01-31 2008-08-14 Ntn Corp Bearing apparatus for wheel with sensor
CN114112392A (en) * 2021-11-25 2022-03-01 中船动力研究院有限公司 Bearing load determination method, device, equipment and storage medium
CN114112392B (en) * 2021-11-25 2023-06-30 中船动力研究院有限公司 Bearing load determining method, device, equipment and storage medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3648919B2 (en) Bearing preload measuring method and measuring apparatus
US6363799B1 (en) Bearing device and method for measuring axial force
EP1646852A1 (en) Method and sensor arrangement for load measurement on rolling element bearing
US10047824B2 (en) Method for pre-balancing and machining a crankshaft based on a mass distribution method
CN109827772B (en) Rotor fulcrum load identification experimental device and method based on elastic supporting squirrel cage strain
US5811683A (en) Method and apparatus for location of anomalous signal in a radial bearing
US20020194927A1 (en) Bearing load measuring system using double-cylinder type cartridge
JP2012255688A (en) Bearing testing apparatus
CN110132592B (en) Method for measuring effective pre-tightening load of bearing for assembly
JP2001165789A (en) Method for measuring load acting on bearing for supporting rotor
CN111337172A (en) Bearing internal load distribution detection structure, calibration structure and detection method
CN106289773B (en) A kind of determination method of machine tool mainshaft bearing radial direction non-linear rigidity
JP7413311B2 (en) How to measure the axial clearance of a wheel bearing device
JP3414075B2 (en) Bearing life test equipment
CN113190786B (en) Vibration prediction method for large-scale rotating equipment by utilizing multidimensional assembly parameters
JP2004156779A (en) Method and apparatus for determining bearing parameter
RU2432560C1 (en) Procedure for diagnosis of radial gap in ball bearings
US10399188B2 (en) Method for manufacturing universal joint
JP4710172B2 (en) Bearing life test apparatus and bearing life measuring method
JP3358366B2 (en) Load measuring device for rolling bearings
Smagala et al. Nonlinear Dynamics Analysis of a Rolling Bearing.
JP2005291356A (en) Analysis method and analysis system for rolling bearing
RU2332652C1 (en) Method of diagnostics of vibration activity of machines incorporating cutting-edge tools
JPS6229008B2 (en)
CN108274425B (en) Rapid assembly method of angular contact bearing