JP2005024379A - Torsion spring testing machine - Google Patents

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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a torsion spring testing machine that has superior reproducibility as compared with before and can evaluate hysteresis in a torsion spring itself. <P>SOLUTION: The torsion spring testing machine comprises a rotary table 1; a guide bar 2 that is provided at the center of the rotary table 1 and is fitted to a cylindrical section for installing the torsion spring; a torsion pin 3 that is provided on the rotary surface of the rotary table 1 for fixing one end of the torsion spring; a torque measurement pin 4 that is provided outside the rotary table 1 for fixing the other end of the spring and is connected to a torque measurement means 6 for measuring the torque of the spring; and a measuring instrument 5 for measuring a twist angle in the torsion spring. Additionally, the torsion spring testing machine has a torque measurement means for measuring torque T<SB>1</SB>while the spring is twisted without allowing the torsion spring to stand still in a specified twist angle α<SB>1</SB>preset by rotating the rotary table. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トーションばね(捻りばね、以下単に「ばね」という。)の回転トルクを測定するためのばね試験機に関する。
【0002】
【従来の技術】
トーションばねを必要とする顧客(発注者)は、指定捻れ角時のモーメントをばね製造者(受注者)に指定する。これを受け、ばね設計者は、発注者が指定した指定捻れ角度において所定のトルクを発生するように設計する。
【0003】
受注者及び発注者は、それぞれが各自のトーションばね試験機を用いて、完成したトーションばねの回転トルクを測定し、指定捻れ角において所定のトルク値が得られているかどうかをテストする。このため、測定器の精度は重要である。
【0004】
JIS規格で1級のトーションばね試験機を作るためには、測定誤差1%以内の精度が要求される。そのためには、少なくとも有効数字4桁の精度で測定しなければならない。
【0005】
このため、従来のトーションばね試験機は、指定捻れ角で停止させ、この時の静止状態でトルクを測定していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
トーションばねは、端末形状や摩擦などによってトルクにヒステリシスが内在している。このため、受注者がJIS1級のトーションばね試験機で評価して、検査に合格したばねを納品しても、発注者が実際に使用すると、指定捻れ角度で所望のトルクを得ることができないという問題があった。また、受発注者間で測定方法が異なると、双方の間で測定結果が大きく異なるという問題があった。
【0007】
検査時のトルク値と実際の使用時のトルク値とが異なるのは、測定器の精度に起因するものではなく、ばね自身にヒステリシス(ばね自身の摩擦及び測定器の摩擦に起因して起こる捻り方向と戻し方向で発生するトルク差)が内在しているためである。
【0008】
摩擦には静止摩擦と動摩擦とがある。静止摩擦は、最大静止摩擦以下の範囲で、動摩擦状態から静止状態に移行する際の減速の程度や静止時の停止精度によってその値が変化する。このため、測定器のトルク測定の精度を高めようと、ばねを静止状態にすると静止摩擦状態のばらつきが発生し、却って再現性のない測定となっていたのである。
【0009】
ところで、従来のトーションばね試験機は、ヒステリシスの大小をトーションばねの特性として評価することができなかった。このため、表示されたトルク値が得られる唯一のトルク情報であり、ヒステリシスの大きさはばね特性を示す基本データに含められていなかった。
【0010】
このため、受発注者間で測定値が食い違うと、測定器の再現性(又は精度)が低いためなのか、或は、ばね自身のヒステリシスが原因で再現性が低いためなのか、いずれが原因なのかを判断することができなかった。
【0011】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、従来よりも再現性の高いトーションばね試験機を提供することを第1の目的とし、トーションばね自身のヒステリシスを評価できるトーションばね試験機を提供することを第2の目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るトーションばね試験機は、トーションばねのトルクを測定する際の摩擦状態のばらつきによる再現性の悪さを低減するために以下のような構成を備えている。
【0013】
本発明に係るトーションばね試験機は、トーションばねを回転させるための回転テーブル1と、前記回転テーブルの中心に設けられ前記トーションばねの円筒部分に嵌め込んでトーションばねを設置するための案内棒2と、前記回転テーブルの回転面に設けられ前記トーションばねの一端を固定するための捻りピン3と、前記回転テーブルの外側に設けられ前記トーションばねの他端を固定するためとともに前記トーションばねのトルクを測定するトルク測定手段が接続されたトルク測定ピン4と、前記トーションばねの捻り角を測定する計測器5とを備え、予め設定された指定捻り角αにおいて前記回転テーブルを静止させることなく前記ばねを捻りながらトルクTを測定するトルク測定手段を備えていることを特徴とする。
【0014】
このような構成を備えていると、発注者が実際に使用する状態に近い状態で測定できるため、トルク測定の精度が高められる。また、回転しながら測定するためトーションばねは動摩擦状態で測定されるので、測定の再現性が高められる。すなわち「静止させることなく」とは、静止摩擦状態に移行せず動摩擦状態で測定することを意味する。
【0015】
なお、この回転テーブルはモーター等の回転手段により回転することでトーションばねの捻り角を変更することができる。また、指定捻り角αを近傍でのテーブルの回転速度はできるだけ一定速度であることが好ましい。また、指定捻り角αにおける回転スピードは受発注者間の協定により予め統一しておくことが好ましい。
【0016】
上記ばね試験機は、指定捻り角αを通過するときのトルク測定を往路(捻り方向)と復路(戻し方向)のそれぞれにおいてトルクT及びTを測定し、両者を算術平均したトルク値を指定捻り角αにおける平均トルク値Tavとして出力する手段をさらに備えていてもよい。
【0017】
上記ばね試験機は、指定捻り角αを通過するときの往復のトルク差ΔT=|T−T|を、前記平均トルク値Tavで除した値RTH=ΔT÷Tavを計算する計算手段及び出力手段をさらに備えていてもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
(トーションばね試験機の基本構成)
図1(a)は、トーションばね試験機の一例を示した全体図である。また、図1(b)は、トーションばね試験機のトルク測定機構部を拡大した図である。トルク測定機構部の基本的構成は、トーションばねS(以下、単に「ばねS」という。)を回転させるための回転テーブル1と、回転テーブル1の中心に設けられ、ばねSの円筒部分に嵌め込んで設置するための案内棒2と、回転テーブル1の回転面に設けられトーションばねSの一端を固定するための捻りピン3と、前記回転テーブルの外側に設けられ前記トーションばねの他端を固定するためとともにばねSのトルクを測定するロードセル6(トルク測定手段の一例)が接続されたトルク測定ピン4と、ばねSの捻り角を測定する計測器5とを備えている。さらに装置全体としては、測定したトルク値を表示するための表示器7、測定条件などの設定値を入力するための入力パネル8、測定結果などを印刷するプリンター9を備えている。
【0019】
回転テーブルを駆動させるための駆動手段(例えばモーターなど)、回転数を調整するための減速機(回転数調整手段)を備えていてもよい。計測器5は、モーターなどの回転テーブルの駆動系に接続して回転角度が測定できるロータリーエンコーダなどを用いることができるがその他の方式であってもよい。
【0020】
さらに、測定データを解析したり試験条件を登録するためのコンピュータプログラムやメモリー(例えばROM:リードオンリーメモリーなど)及び、それらのプログラムを実行させるためのコンピュータなどが含まれていてもよい。これらを含んでいると、駆動系の制御の精度が向上したり、複雑な統計処理を自動的に行うことができる利点がある。但し、摩擦による測定値の再現性を抑えるという本発明の課題に鑑みれば、コンピュータ制御ではない原始的な手動のトーションばね試験機も、後述する測定機構を備えているものは、本発明に含まれる。
【0021】
図2(a)は、本発明のトーションばね試験機全体のブロックダイヤグラムを示したものである。また、図2(b)は、このうち、回転駆動系10のブロックダイヤグラムを例示したものである。モーター10Aと、減速機10Bと、回転テーブル10C(=1)を含む回転駆動系10をトーションばねSに適用し、指定捻り角αにおけるトルクを測定する。
【0022】
(測定機構)
本発明のトーションばね試験機は、回転テーブル1を回転させることにより予め設定された指定捻り角αにおいてトーションばねを静止させることなくばねを捻りながらトルクTを測定するトルク測定手段を備えている。これは、図2(a)ブロックダイヤグラムの例では、モーター制御を行うためのプログラムなどにより実現される。
【0023】
従来は、指定捻り角αで回転テーブルを停止させて測定していたが、このように、指定捻り角αに達しても回転テーブルを停止させることなく回転を続ける。そして、指定捻り角αにおけるトルク値Tを読みとる。回転テーブルを停止させ、静止状態とすると、ばね自体に存在する摩擦、或は、案内棒とばねとの摩擦が測定の再現性を低下させる。これは、動摩擦状態から静止摩擦状態に移行するとき、減速の程度や停止精度によって測定のばらつきが発生するためである。
【0024】
図3(a)及び(b)は、捻り角を横軸に、トーションばねの発生トルクを縦軸に表わしたグラフを示す図である。なお、通常のトーションばね試験機ではこのようにグラフを描画することはなく、測定するとトルク値が表示されるのみであるが、今回は実験のために特別にグラフ化したものである。(a)は密巻きのトーションばね、(b)は粗巻きのトーションばねについて測定した結果である。
【0025】
ここで、図5を参照してトーションばねの角度の表示の仕方について定義しておく。トーションばねを捻ったときの角度は、ばね両端の直線部分のなす角(これを「外周角θ」とよぶ。)で表わす場合と、トルクを得る部分と円筒中心部とのなす角(これを「中心角φ」とよぶ。)で表わす場合など、種々の表示方法がある(図5(a)参照)。
【0026】
しかし、捻り角αは、外周角θの差と定義できるので、本発明において捻り角αとは、α=θ−θ(但し、θは自然状態の外周角、θは捻りトルクを加えた状態における外周角を表わす(図5(b)参照)。
【0027】
図3(a)の結果から明らかなように、往路と復路でトルク値が大きく異なっている。例えば、指定捻り角α=40°のときのトルクを測定しようとした場合でも、往路と復路でトルク値に大きな差がみられる。この差がヒステリシスというものである。ヒステリシスは、ばねの形状等により大きく依存するが、一般に指定捻り角αが大きいほど大きい。一方、図3(b)は、ほとんどヒステリシスが存在しない。これは、ばね自身の摩擦が小さいばねである。このばねは、ほぼ99%の再現性がある優れたばねであるといえる。
【0028】
同じ指定捻り角αでも往復でトルク値が異なるので、往路又は復路のみを測定してもよいが、より精度を高めるために往路と復路との2値を算術平均したものを平均トルクTavとして出力するようにしてもよい。算術平均の方法は、最も簡単な方法は相加平均を取ることであるが、データ解析によって最適な計算式を求めることもできる。
【0029】
−比較例−
図4は、従来のトーションばね試験機を用いて測定した捻り角とトルクの関係を示す図である。この例では、指定捻り角α=40°におけるトルクTを正確に求めることが目的である。トーションばね試験機の回転台をゆっくりと回転させ、捻り角αが40°となった時点で回転を停止し、その時表示されたトルク値を読みとる。
【0030】
しかし、図中の点AにおけるトルクTを読みとることが理想的であるが、捻り角を増大していき、やがて停止したときは、トルク値が一定の範囲内で低下する。このとき低下するトルク値の大きさは、例えば回転台の停止速度や停止位置の精度など、わずかな条件の違いに起因して毎回変動する。このため、点Aの位置から、ある時はグラフ上の点Bの位置までトルクが低下し、ある時は点Cの位置までトルクが低下する。逆に、捻り角を減少していき、やがて停止したときは、トルク値が一定の範囲内で増大する(不図示)。
【0031】
(ばねの再現性を数値化する手段について)
ヒステリシスが大きいトーションばねは、ヒステリシスが小さいトーションばねよりも、指定捻り角αにおけるトルク値が、測定のたび毎にある一定の幅を持って変動するため、トルク値の再現性が悪い。
【0032】
従来のトーションばね試験機は、ヒステリシスの大小をトーションばねの特性として評価することができなかったため、表示されたトルク値を読みとるしかなく、ヒステリシスはばね特性を示す基本データに含められていなかった。
【0033】
上述のごとく、ヒステリシスが発生する原因は以下の2点にあると考えられる。1つは、ばねと試験機の案内棒との摩擦、他の1つは、トーションばね自身の摩擦によるものである。特に、トーションばね自身の摩擦は、トーションばねが密に巻かれているものほど大きい。その他、形状に起因する要素などもあり、実際にはかなり複雑である。
【0034】
測定の際、トーションばねは、初めの静止状態からまず最大静止摩擦を超える力が加えられると、その後動摩擦状態で捻られていき、やがて所定の角度に達すると停止し、静止状態となる。
【0035】
摩擦はばねの形状やばね試験機の機構に依存して変動する。例えば、ばねが密巻きであるほど、ばね自体の摩擦は大きい。また、案内棒が回転テーブルとともに回転する方式の場合は、案内棒とばねとの間の摩擦の影響は小さいが、回転テーブルが回転しても案内棒が回転せず固定される方式の場合は、案内棒とばねとの摩擦は大きい。
【0036】
そこで、本発明では、従来にはない新規なパラメータとして、「トルクヒステリシス含有率RTH」を定義する。RTHの計算式は以下のようにして求められる。
【0037】
TH=ΔT÷Tav ×100 [%]
【0038】
ここで、ΔTとは、指定捻り角αにおける往路のトルク値Tと復路のトルク値Tの差(ΔT=T−T)であり、Tavとは、往路のトルク値Tと復路のトルク値Tの算術平均値(Tav=f(T、T)、但し、fは算術平均関数。)を表わす。算術平均関数とは、例えば相加平均つまり、f=0.5×(T+T)などが考えられる。一方の値を加重平均したり、二乗平均などグラフの解析によって最適な計算式をフィッティングすることで、算術平均関数は種々の計算式が可能である。
【0039】
(公差との相違)
なお、ばねに公差(基準に対する誤差の許容範囲)を設定し、プラスマイナス何パーセントの公差というように表現されることがあるが、上述のヒステリシス含有率は、公差とは全く別違のものである。もし、ヒステリシスを含めて公差を設定するとなると、指定捻り角αにおけるヒステリシスの巾(ΔT)を含むさらに広い範囲で公差を設定しなければならないからである。このように、ヒステリシスの巾を動摩擦状態で測定した指定捻り角αにおける往復算術平均値の割合で示すことにより、従来は表現し得なかったヒステリシス含有率というものを数値で表現できるようになる。トーションばねの測定方法は、受渡当事者間の協定により統一した測定方法を採用することが好ましいが、その上で、ヒステリシス含有率を明記して受渡しすることで、再現性の悪さがばね自身のヒステリシスに起因するものであることが明確に受注者に伝えられる。
【0040】
(その他)
測定時の回転テーブルの回転スピードは、ばねによって変えられるべきである。これらの測定条件は受渡当事者間(受注者と発注者など)の双方が同一条件で測定できるように予め協定しておくことが好ましい。実験では、往復で30秒程度の時間で測定するように構成した。なお、測定点(指定捻れ角度)付近で一定の速度が保たれることが必要であり、測定点に至る往路或は測定点から帰る復路は高スピードで回転しても構わない。このようにすると、測定時間が短縮化される。これは当業者が任意に設計しうる事項の範囲である。
【0041】
トルクの測定はロードセルを用いてもトルクセルを用いてもいずれでもよい。ロードセルを用いるとアームの長さを長くすることによって測定範囲が広げられるメリットもあるため、実施例としてはロードセルを用いた例を示した。なお、トルクセルを用いると回転トルクを直接測定できるメリットがあるため、分解能が許容範囲内であるならばトルクセルを用いることもできる。いずれを用いても一長一短であり、トルク測定手段であれば、これら以外の方式であってもよい。
【0042】
測定プログラムはROM(リードオンリーメモリー)その他の媒体に保存して提供することもできる。
【0043】
【発明の効果】
本発明に係るトーションばね試験機によると、再現性の高い高精度のトーションばね試験機を提供することができ、さらに、トーションばね自身のヒステリシス含有率を含む出力を持ったトーションばね試験機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のトーションばね試験機の一例を示し、(a)はその全体図である。(b)は、トーションばね試験機のトルク測定機構部を拡大した図である。
【図2】(a)は、本発明のトーションばね試験機全体のブロックダイヤグラムを示す図である。(b)は、回転駆動系のブロックダイヤグラムを示す図である。
【図3】(a)及び(b)は、捻り角を横軸に、トーションばねの発生トルクを縦軸として測定したグラフを示す図である。
【図4】従来のトーションばね試験機を用いて測定した捻り角とトルクの関係を示す図である。
【図5】(a)及び(b)は、トーションばねの角度の表示の仕方について説明するための図である。
【符号の説明】
1 回転テーブル
2 案内棒
3 捻りピン
4 トルク測定ピン
5 捻り角計測器
6 ロードセル
7 表示器
8 入力パネル
9 プリンター
10A、10B、10C 回転駆動系の各ブロック
S トーションばね
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spring testing machine for measuring the rotational torque of a torsion spring (torsion spring, hereinafter simply referred to as “spring”).
[0002]
[Prior art]
A customer (orderer) who needs a torsion spring designates a moment at a specified twist angle to a spring manufacturer (orderer). In response to this, the spring designer designs so as to generate a predetermined torque at a specified twist angle specified by the orderer.
[0003]
Each of the contractor and the orderer measures the rotational torque of the completed torsion spring using their own torsion spring testing machine, and tests whether a predetermined torque value is obtained at a specified twist angle. For this reason, the accuracy of the measuring instrument is important.
[0004]
In order to make a first-class torsion spring testing machine in accordance with JIS standards, accuracy within a measurement error of 1% is required. For that purpose, it must be measured with an accuracy of at least 4 significant figures.
[0005]
For this reason, the conventional torsion spring testing machine is stopped at the specified twist angle, and the torque is measured in a stationary state at this time.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The torsion spring has inherent hysteresis in the torque due to the terminal shape and friction. For this reason, even if the contractor evaluates with a JIS class 1 torsion spring testing machine and delivers a spring that has passed the inspection, if the orderer actually uses it, the desired torque cannot be obtained at the specified twist angle. There was a problem. Further, when the measuring method is different between the ordering parties, there is a problem that the measurement result is greatly different between the two.
[0007]
The difference between the torque value at the time of inspection and the torque value at the time of actual use is not due to the accuracy of the measuring instrument, but the hysteresis in the spring itself (the torsion caused by the friction of the spring itself and the friction of the measuring instrument). This is because the torque difference generated between the direction and the return direction is inherent.
[0008]
Friction includes static friction and dynamic friction. The value of the static friction changes within the range of the maximum static friction or less depending on the degree of deceleration at the time of transition from the dynamic friction state to the static state and the stop accuracy at the static time. For this reason, in order to increase the accuracy of measuring the torque of the measuring instrument, when the spring is brought into a stationary state, a variation in the static friction state occurs, and on the contrary, the measurement is not reproducible.
[0009]
By the way, the conventional torsion spring testing machine cannot evaluate the magnitude of hysteresis as the characteristic of the torsion spring. For this reason, the displayed torque value is the only torque information that can be obtained, and the magnitude of the hysteresis is not included in the basic data indicating the spring characteristics.
[0010]
For this reason, if the measured values differ between the ordering parties, it is because of the low reproducibility (or accuracy) of the measuring instrument or the low reproducibility due to the hysteresis of the spring itself. I couldn't judge it.
[0011]
The present invention has been made in view of the above, and has as its first object to provide a torsion spring testing machine with higher reproducibility than before, and provides a torsion spring testing machine capable of evaluating the hysteresis of the torsion spring itself. This is the second purpose.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The torsion spring testing machine according to the present invention has the following configuration in order to reduce the poor reproducibility due to the variation in the frictional state when measuring the torque of the torsion spring.
[0013]
A torsion spring testing machine according to the present invention includes a rotary table 1 for rotating a torsion spring, and a guide rod 2 provided at the center of the rotary table and fitted in a cylindrical portion of the torsion spring to install the torsion spring. And a torsion pin 3 provided on the rotating surface of the rotary table for fixing one end of the torsion spring, and a torque provided by the torsion spring for fixing the other end of the torsion spring provided on the outer side of the rotary table. Torque measuring pin 4 to which torque measuring means for measuring the torque is connected, and measuring instrument 5 for measuring the torsion angle of the torsion spring without stopping the rotary table at a preset specified torsion angle α 1 . characterized in that it comprises a torque measuring means for measuring the torque T 1 while twisting the spring.
[0014]
With such a configuration, the measurement can be performed in a state close to the state where the orderer actually uses, so that the accuracy of torque measurement is improved. In addition, since the torsion spring is measured in a dynamic friction state because the measurement is performed while rotating, the reproducibility of the measurement is improved. That is, “without static” means that measurement is performed in a dynamic friction state without shifting to a static friction state.
[0015]
In addition, this torsion spring can change the torsion angle of the torsion spring by being rotated by rotating means such as a motor. Further, it is preferable that the rotational speed of the table in the vicinity of the specified twist angle alpha 1 is as constant as possible speed. Further, it is preferable that the rotational speed in advance unified by agreement between ordering party in the specified twist angle alpha 1.
[0016]
The spring tester measures the torque T P and T Q in each of the torque measurement as it passes through the specified twist angle alpha 1 forward (twisting direction) and backward (return direction), both arithmetic mean torque value it may further comprise a means for outputting as an average torque value Tav of the specified torsion angle alpha 1.
[0017]
The spring testing machine calculates a value R TH = ΔT ÷ T av obtained by dividing the reciprocal torque difference ΔT = | T P −T Q | when passing the specified twist angle α 1 by the average torque value T av. It may further comprise a calculation means and an output means.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Basic configuration of torsion spring testing machine)
FIG. 1A is an overall view showing an example of a torsion spring testing machine. Moreover, FIG.1 (b) is the figure which expanded the torque measurement mechanism part of the torsion spring testing machine. The basic configuration of the torque measuring mechanism is composed of a rotary table 1 for rotating a torsion spring S (hereinafter simply referred to as “spring S”) and a center of the rotary table 1 and is fitted to a cylindrical portion of the spring S. A guide rod 2 for installation, a torsion pin 3 for fixing one end of the torsion spring S provided on the rotating surface of the rotary table 1, and the other end of the torsion spring provided on the outer side of the rotary table. A torque measuring pin 4 to which a load cell 6 (an example of a torque measuring means) for measuring the torque of the spring S is connected and a measuring instrument 5 for measuring the torsion angle of the spring S are provided. Further, the entire apparatus includes a display 7 for displaying measured torque values, an input panel 8 for inputting set values such as measurement conditions, and a printer 9 for printing measurement results.
[0019]
You may provide the drive means (for example, a motor etc.) for driving a rotary table, and the reduction gear (rotation speed adjustment means) for adjusting a rotation speed. The measuring instrument 5 may be a rotary encoder that can be connected to a driving system of a rotary table such as a motor and can measure the rotation angle, but may be any other method.
[0020]
Furthermore, a computer program and memory (for example, ROM: read only memory) for analyzing measurement data and registering test conditions, a computer for executing these programs, and the like may be included. If these are included, there is an advantage that the accuracy of control of the drive system can be improved and complicated statistical processing can be automatically performed. However, in view of the problem of the present invention that suppresses the reproducibility of measured values due to friction, a primitive manual torsion spring testing machine that is not computer-controlled is also included in the present invention, which includes a measurement mechanism described later. It is.
[0021]
FIG. 2A shows a block diagram of the entire torsion spring testing machine of the present invention. FIG. 2B illustrates a block diagram of the rotational drive system 10 among them. A motor 10A, a speed reducer 10B, the rotary drive system 10 including a rotary table 10C (= 1) is applied to the torsion spring S, to measure the torque in the specified torsion angle alpha 1.
[0022]
(Measuring mechanism)
The torsion spring testing machine of the present invention comprises torque measuring means for measuring torque T 1 while twisting the spring without rotating the torsion spring at a specified torsion angle α 1 set in advance by rotating the rotary table 1. Yes. In the example of the block diagram in FIG. 2A, this is realized by a program for performing motor control.
[0023]
Conventionally, it was measured by stopping the rotary table at a specified twist angle alpha 1, thus, continues to rotate without also reaching the specified torsion angle alpha 1 to stop the rotary table. Then, read the torque value T 1 in the specified torsion angle alpha 1. When the rotary table is stopped and brought into a stationary state, the friction existing in the spring itself or the friction between the guide rod and the spring reduces the reproducibility of the measurement. This is because, when shifting from the dynamic friction state to the static friction state, variations in measurement occur depending on the degree of deceleration and stop accuracy.
[0024]
FIGS. 3A and 3B are graphs showing the twist angle on the horizontal axis and the torque generated by the torsion spring on the vertical axis. A normal torsion spring testing machine does not draw a graph in this way, and only a torque value is displayed when measured, but this time it is specially graphed for experiments. (A) is a result of measuring a densely wound torsion spring, and (b) is a result of measuring a roughly wound torsion spring.
[0025]
Here, how to display the angle of the torsion spring is defined with reference to FIG. The angle when the torsion spring is twisted is expressed by the angle formed by the linear portions at both ends of the spring (this is called the “outer peripheral angle θ”), and the angle formed by the portion where torque is obtained and the center of the cylinder (this is expressed as There are various display methods such as “center angle φ” (see FIG. 5A).
[0026]
However, since the twist angle α can be defined as the difference between the outer peripheral angles θ, in the present invention, the twist angle α is defined as α = θ 0 −θ 1 (where θ 0 is the outer peripheral angle in the natural state, and θ 1 is the twist torque. Represents the outer peripheral angle in a state where is added (see FIG. 5B).
[0027]
As is clear from the results of FIG. 3A, the torque values are greatly different between the forward path and the return path. For example, even when an attempt is made to measure torque when the specified twist angle α 1 = 40 °, there is a large difference in torque values between the forward path and the return path. This difference is called hysteresis. Hysteresis depends largely on the shape of the spring or the like, large enough generally designated torsion angle alpha 1 is larger. On the other hand, in FIG. 3B, there is almost no hysteresis. This is a spring with a small friction of the spring itself. It can be said that this spring is an excellent spring having a reproducibility of almost 99%.
[0028]
Since the torque value differs between reciprocations even at the same specified twist angle α 1 , only the forward path or the return path may be measured. However, in order to improve the accuracy, the average torque T av is obtained by arithmetically averaging the values of the forward path and the return path. May be output as As the method of arithmetic averaging, the simplest method is to take an arithmetic average, but an optimal calculation formula can also be obtained by data analysis.
[0029]
-Comparative example-
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the twist angle and the torque measured using a conventional torsion spring testing machine. In this example, the purpose is to accurately obtain the torque T at the specified twist angle α 1 = 40 °. Rotate slowly turntable of the torsion spring tester, torsion angles alpha 1 stops rotating at the time when a 40 °, read the torque value displayed at that time.
[0030]
However, although the read torque T 1 at the point A in FIG ideal, gradually increasing the twist angle, when he then stops, the torque value is reduced within a certain range. The magnitude of the torque value that decreases at this time varies each time due to slight differences in conditions, such as the stop speed of the turntable and the accuracy of the stop position. For this reason, the torque decreases from the position of the point A to the position of the point B on the graph in some cases, and the torque decreases to the position of the point C in some cases. Conversely, when the torsion angle is decreased and then stopped, the torque value increases within a certain range (not shown).
[0031]
(Means for quantifying the reproducibility of springs)
Torsion spring hysteresis is large, than the hysteresis is small torsion springs, the torque value at the specified torsion angle alpha 1 is, for that varies with a certain width in each time of measurement, poor reproducibility of the torque value.
[0032]
Since the conventional torsion spring testing machine could not evaluate the magnitude of hysteresis as the characteristic of the torsion spring, it had to read the displayed torque value, and the hysteresis was not included in the basic data indicating the spring characteristic.
[0033]
As described above, it is considered that there are two causes for the occurrence of hysteresis. One is due to the friction between the spring and the guide rod of the testing machine, and the other is due to the friction of the torsion spring itself. In particular, the friction of the torsion spring itself is larger as the torsion spring is tightly wound. In addition, there are elements due to the shape and the like, which is actually quite complicated.
[0034]
At the time of measurement, when a force exceeding the maximum static friction is first applied from the initial static state, the torsion spring is twisted in the dynamic friction state and then stops when it reaches a predetermined angle and becomes static.
[0035]
Friction varies depending on the shape of the spring and the mechanism of the spring testing machine. For example, the closer the spring is wound, the greater the friction of the spring itself. In the case of a method in which the guide rod rotates together with the rotary table, the influence of friction between the guide rod and the spring is small, but in the case of the method in which the guide rod does not rotate even if the rotary table rotates. The friction between the guide rod and the spring is large.
[0036]
Therefore, in the present invention, “torque hysteresis content R TH ” is defined as a new parameter that has not existed before. The formula for calculating R TH is obtained as follows.
[0037]
R TH = ΔT ÷ Tav × 100 [%]
[0038]
Here, ΔT is the difference between the forward torque value T P and the return torque value T Q at the specified twist angle α 1 (ΔT = T P −T Q ), and Tav is the forward torque value T P. When the arithmetic mean value of the return torque value T Q (Tav = f (T P, T Q), where, f is an arithmetic mean function.) represent. As the arithmetic mean function, for example, an arithmetic mean, that is, f = 0.5 × ( TP + TQ ) or the like can be considered. Various arithmetic expressions can be used for the arithmetic average function by fitting one of the values to a weighted average or fitting an optimal calculation expression such as a mean square.
[0039]
(Difference from tolerance)
Note that tolerance (tolerance of error with respect to the reference) is set for the spring and may be expressed as a plus or minus percentage tolerance, but the above-mentioned hysteresis content is completely different from the tolerance. is there. If the tolerance is set including the hysteresis, the tolerance must be set in a wider range including the hysteresis width (ΔT) at the specified twist angle α 1 . Thus, by indicating the hysteresis width as the ratio of the reciprocal arithmetic average value at the specified twist angle α 1 measured in the dynamic friction state, the hysteresis content that could not be expressed conventionally can be expressed numerically. . The measurement method for the torsion spring is preferably a measurement method that is standardized by agreement between the parties concerned with delivery. On that basis, the hysteresis content rate is clearly specified, and the reproducibility is reduced by the hysteresis of the spring itself. It is clearly communicated to the contractor that it is caused by
[0040]
(Other)
The rotation speed of the rotary table at the time of measurement should be changed by a spring. These measurement conditions are preferably agreed in advance so that both the delivery parties (such as the contractor and the orderer) can perform measurement under the same conditions. In the experiment, the reciprocation was measured in about 30 seconds. It should be noted that a constant speed needs to be maintained near the measurement point (designated twist angle), and the forward path to the measurement point or the return path from the measurement point may be rotated at a high speed. In this way, the measurement time is shortened. This is a range of matters that can be arbitrarily designed by those skilled in the art.
[0041]
The torque may be measured using a load cell or a torque cell. When a load cell is used, there is a merit that the measurement range can be expanded by increasing the length of the arm. Therefore, an example using a load cell is shown as an example. In addition, since there exists a merit which can measure a rotational torque directly when a torque cell is used, a torque cell can also be used if the resolution is within an allowable range. Any one of them is advantageous, and any other method may be used as long as it is a torque measuring means.
[0042]
The measurement program can be provided by being stored in a ROM (Read Only Memory) or other medium.
[0043]
【The invention's effect】
The torsion spring testing machine according to the present invention can provide a highly accurate torsion spring testing machine with high reproducibility, and further provides a torsion spring testing machine having an output including the hysteresis content of the torsion spring itself. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of a torsion spring testing machine according to the present invention, and FIG. (B) is the figure which expanded the torque measurement mechanism part of the torsion spring testing machine.
FIG. 2A is a block diagram of the entire torsion spring testing machine of the present invention. (B) is a figure which shows the block diagram of a rotational drive system.
FIGS. 3A and 3B are graphs measured with the torsional angle on the horizontal axis and the torque generated by the torsion spring on the vertical axis. FIGS.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a twist angle and a torque measured using a conventional torsion spring testing machine.
FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining how to display the angle of the torsion spring. FIGS.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotary table 2 Guide rod 3 Torsion pin 4 Torque measurement pin 5 Torsion angle measuring device 6 Load cell 7 Display 8 Input panel 9 Printer 10A, 10B, 10C Each block S of a rotational drive system S Torsion spring

Claims (3)

トーションばねを回転させるための回転テーブル1と、前記回転テーブルの中心に設けられ前記トーションばねの円筒部分に嵌め込んでトーションばねを設置するための案内棒2と、前記回転テーブルの回転面に設けられ前記トーションばねの一端を固定するための捻りピン3と、前記回転テーブルの外側に設けられ前記トーションばねの他端を固定するためとともに前記トーションばねのトルクを測定するトルク測定手段が接続されたトルク測定ピン4と、前記トーションばねの捻り角を測定する計測器5とを備え、予め設定された指定捻り角αにおいて前記回転テーブルを静止させることなく前記ばねを捻りながらトルクTを測定するトルク測定手段を備えていることを特徴とするトーションばね試験機。A rotary table 1 for rotating the torsion spring, a guide rod 2 provided in the center of the rotary table and fitted in a cylindrical portion of the torsion spring to install the torsion spring, and a rotary surface of the rotary table A torsion pin 3 for fixing one end of the torsion spring, and a torque measuring means provided on the outside of the rotary table for fixing the other end of the torsion spring and for measuring the torque of the torsion spring. A torque measuring pin 4 and a measuring instrument 5 for measuring a torsion angle of the torsion spring are provided, and a torque T 1 is measured while twisting the spring without stopping the rotary table at a preset specified torsion angle α 1 . A torsion spring testing machine comprising torque measuring means for performing 前記指定捻り角αを通過するときのトルク測定を往路と復路のそれぞれにおいてトルク値T及びTを測定し、両者を算術平均したトルク値を指定捻り角αにおける平均トルク値Tavとして出力する手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1記載のトーションばね試験機。For torque measurement when passing through the specified twist angle α 1 , the torque values T P and T Q are measured in each of the forward path and the return path, and the torque value obtained by arithmetically averaging the two is the average torque value T av at the specified twist angle α 1 . The torsion spring testing machine according to claim 1, further comprising means for outputting as 前記指定捻り角αを通過するときの往復のトルク差ΔT=|T−T|を、前記平均トルク値Tavで除した値RTH=ΔT÷Tavを計算する計算手段及びその出力手段をさらに備えていることを特徴とする請求項2記載のトーションばね試験機。Calculation means for calculating a value R TH = ΔT ÷ T av obtained by dividing a reciprocal torque difference ΔT = | T P −T Q | when passing through the specified twist angle α 1 by the average torque value T av , and The torsion spring testing machine according to claim 2, further comprising output means.
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