JP2002372467A

JP2002372467A - 二重円筒型カートリッジによる軸受荷重測定システム

Info

Publication number: JP2002372467A
Application number: JP2001178408A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yoshida; 吉田　　誠; Mamoru Oike; 守尾池; Masataka Nosaka; 正隆野坂; Masataka Kikuchi; 正孝菊池; Takayuki Sudo; 孝幸須藤; Yoshiaki Watanabe; 義明渡辺
Original assignee: National Aerospace Laboratory of Japan
Current assignee: National Aerospace Laboratory of Japan
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2002-12-26
Anticipated expiration: 2021-06-13
Also published as: FR2826117A1; JP3766864B2; FR2826117B1; US6647798B2; US20020194927A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】軸受に作用する半径方向荷重とモーメント荷重
を分離して計測できるシステムを提供する。【解決手段】軸受荷重を軸受カートリッジをロードセル
として測定する。該軸受カートリッジはベアリングが転
動する外輪に内接する内側円筒部とリング状支持部材を
介して連接された外側円筒部とからなる二重円筒型で構
成され、前記外側円筒部に配設された歪みゲージによっ
て軸受荷重を測定する。また、歪みゲージを配置する位
置は、有限要素法による解析で半径方向に所定量の荷重
を加えたときカートリッジの上面の軸方向位置と歪み量
との関係から歪みの位相を異にすると共に歪みが大きい
ところであって、荷重印加点を軸方向に変化させること
でモーメント荷重を変えた時影響の少ない条件を満たす
２点とし、内側円筒部と外側円筒部とを連接するリング
状支持部材の軸方向取付け位置は、周方向歪みのモーメ
ント荷重の影響が最も少ないことを目安に決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転動体を有する回
転式軸受を使用した回転機械において、軸受に作用する
半径方向荷重とモーメント荷重を分離して計測する軸受
荷重測定システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】将来の宇宙活動には現状より経済的な宇
宙輸送システムが求められており、現在では再使用型宇
宙輸送システムの実現が強く望まれている。既存の技術
から考えると、この推進システムとして液体ロケットエ
ンジンを採用するのが現実的である。この液体ロケット
エンジンにおいて最も重要な構成要素の一つがターボポ
ンプであり、再使用型宇宙輸送システム実現のためには
このターボポンプに現状より高い信頼性及び長寿命化が
求められることになる。しかし高速化により小型、軽量
化を追求してきたロケット用ターボポンプでは不安定流
体力による軸振動が長寿命化の上で問題となる。過大な
軸振動は耐久性を低下させると同時に致命的な事故にも
結びつくからである。それゆえ、軸振動により発生する
軸荷重の測定が可能となれば、健全性の監視システムと
して、また軸振動抑制策を立てる上でその測定情報は有
効利用できると考えられる。

【０００３】本発明で対象としている軸荷重測定システ
ムは、ターボポンプ内の軸受カートリッジをロードセル
として用い、重量の増加及び回転軸系の振動特性の大き
な変化を引き起こすことなく軸荷重を計測可能とするシ
ステムであるが、この軸受カートリッジを利用して軸受
に作用する荷重を計測する技術は、米国のスペースシャ
トルメインエンジンの液体酸素ターボポンプで適用され
た実績があるが、計測された荷重はすべて半径方向であ
るとして処理されていた。この軸受荷重測定用カートリ
ッジを図１に示す。ベアリングボールを介在させて軸と
共に回転する内輪と軸受カートリッジと共に非回転の外
輪とで軸受回転部が構成されている。しかし、そこで計
測された物理量は、実際には半径方向荷重とモーメント
荷重が組み合わされた荷重であるが、この種の従来シス
テムにおいてその分離計測は不可能であった。また、本
発明者グループによるこれまでの研究で、Ｈ−２ロケッ
トの一段主エンジンであるＬＥ−７液体酸素ターボポン
プ内の軸受カートリッジとほぼ同型の物（図２に示
す。）を用いて行った実験では、検討の結果歪みゲージ
の出力が軸受ボール位置の影響を受けやすいことが分か
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ター
ボポンプ内の軸受カートリッジをロードセルとして用
い、重量の増加及び回転軸系の振動特性の大きな変化を
引き起こすことなく軸荷重を計測可能とするシステムに
おいて、歪みゲージの出力が軸受ボール位置の影響を受
けないで軸受に作用する半径方向荷重とモーメント荷重
を分離して計測できるシステムを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の軸受荷重測定シ
ステムは、軸受荷重を軸受カートリッジをロードセルと
して測定するシステムであって、該軸受カートリッジは
ベアリングに内接する内側円筒部とリング状支持部材を
介して連接された外側円筒部とからなる二重円筒型で構
成され、前記外側円筒部の該面に配設された歪みゲージ
によって軸受荷重を測定するようにした。また、歪みゲ
ージを配置する位置は、有限要素法による解析で半径方
向に所定量の荷重を加えたときカートリッジの上面の軸
方向位置と歪み量との関係から歪みの位相を異にすると
共に歪みが大きいところであって、荷重印加点を軸方向
に変化させることでモーメント荷重を変えた時影響の少
ない条件を満たす２点とし、内側円筒部と外側円筒部と
を連接するリング状支持部材の軸方向取付け位置は、周
方向歪みのモーメント荷重の影響が最も少ないことを目
安に決定するようにした。更に、歪みゲージの数は、周
方向に配置された複数組であって、それぞれの組は軸方
向に位相を異にする位置の一対からなる数とし、内側円
筒部と外側円筒部とを連接するリング状支持部材の軸方
向取付け位置は、周方向歪みのモーメント荷重の影響が
最も少ないことを目安に決定する。外側円筒部外面にお
いてモーメント荷重の影響を最も大きく受ける軸方向位
置に歪みゲージを配設して、モーメント荷重の影響が最
も少ない位置に配設された歪みゲージとの出力差からモ
ーメント荷重を測定する。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明で提案しようとする軸荷重
測定システムの概要を図３Ａに示す。本システムは実際
にターボポンプ内に組み込まれている軸受カートリッジ
に歪みゲージを円周方向に複数枚貼り付け、ゲージの配
置関係を抑えた上でその出力を合成処理し、荷重ベクト
ルを動的に測定するシステムである。また図３Ｂは本シ
ステムにおける歪みゲージの検出出力から荷重ベクトル
割り出しまでの演算フローを図解したものである。地上
で行う負荷試験の際の値と実際の宇宙空間でターボポン
プとして使用される場合の軸受カートリッジが受ける歪
みとの差を補償するため、本システムではあらかじめ極
低温環境での軸荷重校正試験により、校正マップを作成
しておく必要がある。その後、校正試験を行った軸受カ
ートリッジをターボポンプに組み付け、高速回転試験を
行い、複数枚の歪みゲージ出力から歪み量のｘ，ｙ成分
をまず算出する。その算出した歪み量を校正マップによ
り変換して、荷重ベクトルを同定するというシステムで
ある。

【０００７】本発明における軸荷重の荷重ベクトルを同
定するための基本的な出力解析法を説明する。軸荷重の
荷重ベクトルを同定するためには、軸受カートリッジの
局所的な歪み量と荷重ベクトルとの関係を明らかにする
必要がある。そこで図４の様に円筒の一端を固定し、他
端に内側から半径方向に荷重を加えた場合の円筒部先端
の変位を考える。ここでは簡単のため軸受けカートリッ
ジの円周上に90度間隔で貼り付けられた歪みゲージの方
向とｘ軸，ｙ軸を一致させる。また荷重ベクトルPとｘ
軸のなす角をθとする。荷重ベクトルによる円筒部先端
の変位は片持ち梁の様に荷重方向にたわむ変位εと円筒
断面が荷重方向を長軸とする楕円形に変形する事に起因
する変位量ηの和とで近似できる。ε成分の周期が２
π,η成分の周期がπであるので、４枚の歪みゲージの
出力δは以下の式で表される。

【数１】ここでＣ１とＣ２は荷重ベクトルによる係数である。歪
みゲージ出力から荷重ベクトルを同定するために、式
(1)から(4)より荷重ベクトルと同位相であるεをδから
分離すると、（5),(6)式の様になる。

【数２】従って、本解析の仮定に従えば、一般に円周上に配置さ
れた４枚のゲージ出力を組み合わせることにより、変位
中のθ成分のみを取り出し、校正試験によりＣ１(P)を
求めれば、荷重ベクトルを決定することができる。

【０００８】本発明者は、軸受ボールと歪みゲージの相
対位置がゲージ出力に与える影響を除去する目的で、有
限要素法（ＦＥＭ）による軸受カートリッジ形状の最適
化を行った。新たに考案した軸受カートリッジ形状の計
算モデルを図５に示す。すなわち、筒長39ｍｍの外側円
筒部１の一端はフランジ２となって固定、同じく筒長39
ｍｍの内側円筒部３は外筒の非フランジ側端部から軸方
向Ｚs の位置で支持リングによって一体的に形成され、
該内側円筒部内面はベアリングが転動する外輪と接する
部分に相当している。使用した要素は８節点ソリッド要
素（小さな六面体）である。軸受ボールの影響を除去す
るために、リング状の支持部４で連結された二重円筒の
様な形状とした。またそれに伴い、歪み出力の絶対値が
小さくなってしまうことが考えられるので、歪み量が反
転する位置に歪みゲージを設置しブリッジを組んで差動
的に出力を取出す２ゲージ法を採用する。また計算条件
は以下のようにした。１．荷重の大きさは200[kgf]で、分布は周方向について
は図６に従うものとし、軸方向に関しては均一な分布で
あるとする。２．Ｚs ＝０ｍｍから24ｍｍまで６ｍｍ間隔で変化させ
る。ここでＺsは支持リング４の軸方向位置を示す。

【０００９】以上の条件のもとで有限要素解析を実行し
た。すなわち、カートリッジ上面での周方向歪みと軸方
向歪みの計算をした結果を図７に示す。θは歪みゲージ
と荷重ベクトルのなす角度、Ｚはカートリッジの軸方向
の位置を示す。図７より周方向歪み、軸方向歪みともに
正負にわたる値を示し軸方向の２点を適当に選択すれ
ば、カートリッジ上面での歪みのθ成分の位相がπずれ
るので、カートリッジ上面での２ゲージ法が適用可能で
あることがわかる。次ぎに歪みゲージを貼る位置の検討
であるが、ここで歪みのθ成分と荷重ベクトルの位相差
をφとする。すなわち、φ＝０→荷重ベクトルと歪みの
θ成分が同位相である。φ＝−π→荷重ベクトルと歪み
のθ成分が逆位相である。Ｚ＝12ｍｍの場合の周方向歪
みについて、カートリッジ軸方向の位置とこの位相角、
歪みのピーク値の絶対値の関係を図８に示す。２ゲージ
法を適用する目的から考えて、各モデルともＳ／Ｎ比が
最も大きくなる位置に歪みゲージを貼ることとする。そ
のようにして検討した結果、Ｚs を変化させた各モデル
の周方向歪み及び軸方向歪みともに図８に示すように、
Ｚs 近傍で正の最も大きなピーク、フランジの近傍で負
の最も大きなピークが出ることがわかった。

【００１０】次ぎに荷重の偏り(モーメント荷重)による
影響の検討をした。条件３．荷重をかける位置は次の３
箇所とする。・カートリッジの先端付近・カートリッジの中央付近・カートリッジのフランジ付近一次処理後の歪みのθ成分すなわち校正マップ上で荷重
一定曲線の半径がモーメント荷重によりどのような影響
を受けるかの検討を行った。図９Ａに周方向、Ｂに軸方
向歪みのモーメント荷重の影響を示す。図９において
は、その傾きの絶対値の大きさがモーメント荷重の影響
の強さを表す。従って、これらの図からＺs ＝12ｍｍの
周方向歪みを計測すれば、モーメント荷重の影響を考慮
せずに半径方向荷重を同定可能であることがわかる。以
上の検討からこのモデルでは支持リングの位置Ｚs はＺ
＝12ｍｍの位置とし、歪みゲージを貼り付ける外側円筒
部外面位置は図８のグラフから歪みのピーク値の絶対値
の最大値を示すＺs 近傍、位相が逆で歪みのピーク値の
絶対値が大きなフランジ部近傍の組み合わせが適当であ
ることになる。簡単のため周方向に90度づつ４つ配置す
るものとし、２ゲージ法で計８つのストレインゲージを
配設するのがよい。

【００１１】

【実施例１】以上の解析法に基づいて試作した二重円筒
型カートリッジの実施例を図10に示す。これは液体酸素
ターボポンプのカートリッジの一規格である回転外径φ
85に合わせて作ったものである。これは二重円筒カート
リッジで支持部が端面に無いものを有限要素法解析によ
り最適化したものである。この実施例では図のＡに示す
ように外側円筒部１の筒長が57ｍｍ，内径φ98ｍｍ，外
径φ103ｍｍ，フランジ２の径φ134ｍｍ，フランジ厚５
ｍｍであって、その先端部から軸方向12ｍｍの位置より
内側円筒部３を連設する厚さ３ｍｍのリング状支持部４
を有し、該内側円筒部３の筒長が50ｍｍ，内径φ85ｍ
ｍ，外径φ90ｍｍで内面部は軸方向中央部の仕切りを挟
んで前後にそれぞれのベアリングと接する構造となって
いる。図11に示したグラフは、同カートリッジに半径方
向荷重は同じでモーメント荷重成分が極端に異なる３通
り（カートリッジのフランジ付近、カートリッジの中央
付近、カートリッジの先端付近）の場合の外側円筒表面
の周方向歪み分布を示したものである。Ｚ＝12〜13ｍｍ
付近、およびＺ＝30〜32ｍｍ付近にモーメント荷重の影
響をほとんど受けない部分が存在する。また、この部分
の歪みは位相が反転（Ｚ＝12〜13ｍｍ付近は引つ張り、
Ｚ＝30〜32ｍｍ付近は圧縮）しているため、この両位置
の歪みゲージを組み合わせてブリッジ回路を構成すれ
ば、差動出力による増幅、温度変化分がキャンセルされ
て温度補償の効果が同時に得られる。周方向に９０度づ
つ配置することで４組８個のストレインゲージを外側円
筒部外面に配設する。また、モーメントの影響をもっと
も大きく受けている外側円筒先端部に歪みセンサを適用
して同時に計測すれば、モーメント荷重についても計測
できる。

【００１２】上記試作した二重円筒型カートリッジの軸
荷重校正試験を行った。試験装置の概略図を図12に示
す。本装置では軸を装置に固定して、軸受カートリッジ
に取り付けたホルダに油圧により上向きの荷重をかげな
がら、ＡＣサーボモータによりチェーンを介してホルダ
を回転させる。従って本装置の特徴としては、実際のタ
ーボポンプとは異なり外輪が回転することになるが、相
対的に見れば、同等と考えられる。また本装置の他の特
徴としては、回転数は1.5[rpm]程度と低速であり、また
保冷タンクを用いることにより、液体窒素中での校正試
験が可能であるということが挙げられる。図13Ａに荷重
が200[ｋgｆ］の時の有限要素解析結果と実験結果の比
較を示す。■は先端から13ｍｍと45ｍｍの位置に歪みゲ
ージを張ったもの実験結果であり、●は先端から13ｍｍ
と41ｍｍの位置に歪みゲージを張ったもの計算結果であ
るが、両者は非常によく一致してしいることが確認でき
る。また、本実施例の試作カートリッジについて歪みゲ
ージと軸受ボールの位置の変化の影響を調べた。図13Ｂ
に示すように歪みゲージが軸受ボールの間にある場合を
caseＡ、歪みゲージと軸受ボールの位置が一致している
場合をcaseＢとして、それぞれの場合について荷重によ
る歪みの変化を図13Ｃに示す。■はcaseＡであり、●は
caseＢである。図13Ｃより本試作体においては、軸受ボ
ールと歪みゲージ位置の相対位置の変化は歪みゲージ出
力にほぼ影響しないことがわかった。この主たる理由は
リング状支持部材の取り付け位置Ｚs によるものであ
り、歪みゲージの貼付け位置も影響している。二重円筒
構造にしたことによる検出信号の減少を逆位相信号を差
動的に検出することで信号感度を高めている。

【００１３】次ぎに本試作体についての校正マップの作
成を試みた。校正マップとは先に述べたように各歪みゲ
ージ出力(δ_ｊ)からε_ｘ，ε_ｙ成分を計算し(一次処
理)、ε _ｘ成分を横軸にε_ｙ成分を縦軸に取った平面上
での交点の位置から荷重ベクトルの大きさと方向に変換
するための変換マップである。校正マップ作成のために
は歪みゲージの必要枚数を明らかにする必要がある。そ
こで本試作体に所定荷重をかけて一定速度で回転したと
きのひずみ量を高速フーリエ解析（ＦＦＴ）した結果を
図14Ａに示す。横軸は回転周波数に対してその高調波数
を示している。図14Ａから本供試体の高調波成分は２ま
であることがわかった。従って、前述の出力解析法に従
えば、２ゲージ法を採用しているため４組、計８枚の歪
みゲージが必要となる。そこで４組の歪みゲージを用い
て、常温環境で校正試験を行い、一次処理をし校正マッ
プを作成した結果を図14Ｂに示す。荷重を100kgｆから5
00kgｆまで100kgｆ単位で変化させたものの結果であ
る。理想的には同心円状になるはずのものがこのように
歪んだ形となるのは、歪みゲージの張り方等構造上のば
らつきによるものである。本発明に係る軸受カートリッ
ジが作成された段階で、個々のカートリッジについて校
正マップを極低温環境におけるものを含め準備しておく
ことが必要となる。

【００１４】本試作体について更に極低温軸受試験装置
による試験も行ったので、その結果を示す。この試験に
より、本実施例の二重円筒型カートリッジが、ラジアル
荷重負荷ピストンによって回転軸中央部分に一方向荷重
をかけたときに正しい測定値を示しているか、また、不
釣り合い質量をかけたときにどのような計測値を示すか
をテストした。図15はガス圧式ラジアル荷重負荷ピスト
ンによる一方向荷重をかけたときの試験状態とその結果
を示し、図16は不釣り合い質量をかけたときの試験状態
とその結果を示している。図15に示す試験では、まず軸
受内に液体窒素を流し二重円筒型カートリッジ部分を極
低温状態とし、二本のスピンドルを介して該二重円筒型
カートリッジの外側円筒部に押圧力が加わり上方から軸
受に荷重が付加された状態を作っている。Ｂは側面図で
Ａはａ−ａ部の断面図そしてＣは測定結果を示すグラフ
である。この状態の下で軸側を回転させ、６ｋｇｆ／ｃ
ｍ ^２，８ｋｇｆ／ｃｍ^２，10ｋｇｆ／ｃｍ^２のピストン
圧力を印加したときのタービン側軸受に設置された二重
円筒型カートリッジによる測定値はＣのグラフに示して
あるように所定領域内に分布している。Ｘ軸は装置にお
ける上下方向Ｙ軸は横方向に対応している。ラジアル荷
重負荷ピストンによる一方向荷重の掛け方がＡに図示さ
れているように、二本のスピンドルの内一方にだけピス
トン荷重を印加し他方は固定という構造になっているた
め、負荷荷重は完全に下方（Ｘ軸）に一致せず若干の角
度θの傾きを有している。測定値があらゆる回転方向に
対して一定値（点）を示さず所定領域内に分布する群と
なっているのは、軸系がわずかなアンバランスによる回
転同期振動が発生していることに加えて前述の歪みゲー
ジが軸受ボールの間にある場合と歪みゲージと軸受ボー
ルの位置が一致している場合の影響が本実施例でも若干
残っているためと解される。図16は不釣り合い質量をか
けたときの試験状態を示しており、Ａの側面図から分か
るように不釣合い質量が図面で上方部分に付加されてい
る。この不釣合い質量が軸と共に回転し回転軸中央部分
に遠心力を印加する。軸受内に液体窒素を流し二重円筒
型カートリッジ部分を極低温状態とするのは先の試験と
同様である。この不釣合い質量を5000ｒｐｍで高速回転
させたときの測定値をＢにグラフ表示した。これは安定
回転状態における二回転分の測定値をグラフ座標上にプ
ロットしたものである。この二回の測定値がθ値に対し
バラツキが出ているのはやはり回転毎に歪みゲージと軸
受ボールの位置が相違する影響が出ているものと解され
る。以上の試験から従来装置の問題点を克服し、歪みゲ
ージの出力が軸受ボール位置の影響をほとんど受けない
で軸受に作用する半径方向荷重とモーメント荷重を分離
して計測できるシステムを提供できたことを確認した。

【００１５】

【発明の効果】本発明の軸受荷重測定システムは、ベア
リングを有するラジアル軸受を使用した回転機械におけ
る軸受荷重を軸受カートリッジをロードセルとして測定
するシステムであって、該軸受カートリッジはベアリン
グに内接する内側円筒部とリング状支持部材を介して連
接された外側円筒部とからなる二重円筒型で構成され、
前記外側円筒部の該面に配設された歪みゲージによって
軸受荷重を測定するものであるから、軸受のベアリング
ボールと歪みゲージの相対的な位置の変化を受けない検
出ができる。また、歪みゲージを配置する軸方向位置
は、有限要素法による解析で半径方向に所定量の荷重を
加えたときカートリッジの上面の軸方向位置と歪み量と
の関係から歪みの位相を異にすると共に歪みが大きいと
ころであって、モーメント荷重を変えた時影響の少ない
条件を満たす２点とすることで、モーメント荷重の影響
をほとんど受けないで、かつ２点ゲージ法に基づく高感
度検出ができる。そして、歪みゲージの数は、周方向に
配置された複数組であって、それぞれの組は軸方向に位
相を異にする位置の一対からなる数とすることで、試験
により校正マップを作成することが可能である。本発明
では内側円筒部と外側円筒部とを連接するリング状支持
部材の軸方向取付け位置は、周方向歪みのモーメント荷
重の影響が最も少ないことを目安に決定するものである
から、モーメント荷重の影響をほとんど受けずに、半径
方向荷重の大きさを求めることができる。更に外側円筒
部外面においてモーメント荷重の影響を最も大きく受け
る軸方向位置に歪みゲージを配設して、モーメント荷重
の影響が最も少ない位置に配設された歪みゲージとの出
力を比較することにより、モーメント荷重を測定するこ
とができる。すなわち、二重円筒型カートリッジによる
軸受荷重測定システムにより、軸受に作用する半径方向
荷重、モーメント荷重を個別に分離して計測することが
可能であることを示した。本発明のカートリッジは、重
量およびスペースを犠牲にすることなく軸受荷重を分離
計測することが可能なため、極限まで小型・軽量化が追
求されている航空宇宙用軸受、特にロケット用ターボポ
ンプ等に適用すれば、軸受に作用する様々な力を直接分
離計測し、軸振動問題の原因を特定するための有益な情
報を得ることが可能になると同時に、ターボポンプの信
頼性が従来技術に比べ格段に向上するので、将来の再使
用化に向けて大きな道を開くものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】米国のスペースシャトルメインエンジンの液体
酸素ターボポンプの軸受荷重測定用カートリッジ。

【図２】わが国のＨ−２ロケットの一段主エンジンであ
るＬＥ−７液体酸素ターボポンプ内の軸受カートリッ
ジ。

【図３】Ａは本発明で提案しようとする軸荷重測定シス
テムの概要を示し、Ｂは本システムにおける歪みゲージ
の検出出力から荷重ベクトル割り出しまでの演算フロー
を示す。

【図４】先端に荷重を加えたときの円筒先端部円周上の
変位を示す図。

【図５】新たに考案した軸受カートリッジ形状の計算モ
デル。

【図６】上方から200[kgf]の荷重を加えたときの周方向
分布荷重を示す図。

【図７】カートリッジ上面での周方向歪みと軸方向歪み
の計算をした結果を示すグラフ。

【図８】カートリッジ上面の歪みと位相角の関係を示す
グラフ。

【図９】支持リングの位置Ｚs を変化させたときの歪み
出力に対するモーメント荷重の影響を示すグラフ。

【図１０】本発明の二重円筒型カートリッジの実施例。

【図１１】異なるモーメント荷重を加えた場合の外側円
筒表面の周方向歪み分布と位相分布を示すグラフ。

【図１２】二重円筒型カートリッジの軸荷重校正試験装
置の概略図。

【図１３】Ａはθ角に対する歪みの実測結果と計算結果
とを比較したグラフであり、Ｂは歪みゲージとボールの
位置との関係を示し、Ｃはその場合の負荷に対する歪み
を示すグラフである。

【図１４】Ａは実施例で計測された歪みについて高速フ
ーリエ（ＦＦＴ）解析を行った結果を示すグラフであ
り、Ｂは常温環境で校正試験を行い、一次処理をして作
成した校正マップを示す。

【図１５】実施例のカートリッジにラジアル荷重負荷ピ
ストンによる一方向荷重をかけたときの試験状態とその
結果を示す。

【図１６】実施例のカートリッジに不釣合い質量を5000
ｒｐｍで高速回転させたときの試験状態とその結果を示
す。

【符号の説明】

１外側円筒部３内側円筒部２フランジ４リング状支持部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾池守宮城県角田市君萱字小金沢１航空宇宙技術研究所角田宇宙推進技術研究センター内 (72)発明者野坂正隆宮城県角田市君萱字小金沢１航空宇宙技術研究所角田宇宙推進技術研究センター内 (72)発明者菊池正孝宮城県角田市君萱字小金沢１航空宇宙技術研究所角田宇宙推進技術研究センター内 (72)発明者須藤孝幸宮城県角田市君萱字小金沢１航空宇宙技術研究所角田宇宙推進技術研究センター内 (72)発明者渡辺義明宮城県角田市君萱字小金沢１航空宇宙技術研究所角田宇宙推進技術研究センター内Ｆターム(参考） 2F049 BA00 CA01 CA05 2F051 AA00 AB09 BA03 BA07 DA02 DB02 3J101 AA01 BA77 FA25 FA26 GA60

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベアリングを有するラジアル軸受を使用
した回転機械における軸受荷重を軸受カートリッジをロ
ードセルとして測定するシステムであって、該軸受カー
トリッジはベアリングが転動する外輪を内接する内側円
筒部とリング状支持部材を介して連接された外側円筒部
とからなる二重円筒型で構成され、前記外側円筒部の該
面に配設された歪みゲージによって軸受荷重を測定する
ものである軸受荷重測定システム。
【請求項２】歪みゲージを配置する軸方向位置は、有
限要素法による解析で半径方向に所定量の荷重を加えた
ときカートリッジの上面の軸方向位置と歪み量との関係
から歪みの位相を異にすると共に歪みが大きいところで
あって、荷重印加点を軸方向に変化させることでモーメ
ント荷重を変えた時影響の少ない条件を満たす２点とす
る請求項１に記載の軸受荷重測定システム。
【請求項３】歪みゲージの数は、周方向に配置された
複数組であって、それぞれの組は軸方向に位相を異にす
る位置の一対からなる数である請求項２に記載の軸受荷
重測定システム。
【請求項４】内側円筒部と外側円筒部とを連接するリ
ング状支持部材の軸方向取付け位置は、周方向歪みのモ
ーメント荷重の影響が最も少ないことを目安に決定する
ものである請求項１乃至３のいずれかに記載の軸受荷重
測定システム。
【請求項５】外側円筒部外面においてモーメント荷重
の影響を最も大きく受ける軸方向位置に歪みゲージを配
設して、モーメント荷重の影響が最も少ない位置に配設
された歪みゲージとの出力差からモーメント荷重を測定
する請求項４に記載の軸受荷重測定システム。