JP2010185744A - プーリの摩擦力測定方法およびプーリの摩擦力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 直径や巻付角が種々に異なるプーリおよびケーブル間の摩擦力を容易かつ高精度に測定する。
【解決手段】 第１工程で、被測定プーリ２１および一対の補助プーリ２５にケーブル２６を巻き掛け、第２工程で、ケーブル２６の一端を牽引して被測定プーリ２１および補助プーリ２５を回転させ、回転を開始する瞬間のケーブル２６の第１牽引力Ｔ１を測定し、第３工程で、補助プーリ２５だけにケーブル２６を巻き掛け、第４工程で、ケーブル２６の一端を牽引して補助プーリ２５を回転させ、回転を開始する瞬間のケーブル２６の第２牽引力Ｔ２を測定し、第５工程で、被測定プーリ２１が回転を開始する瞬間の摩擦力Ｆ１をＴ１−Ｔ２により算出するので、両プーリ２１，２５の位置関係によって被測定プーリ２１に対するケーブル２６の巻付角を任意に設定しながら、被測定プーリ２１だけが回転を開始するときの摩擦力Ｆ１を高精度に測定することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、被測定プーリに所定の巻付角でケーブルを巻き付け、前記ケーブルを牽引したときに前記被測定プーリが回転を開始する瞬間の摩擦力を測定するプーリの摩擦力測定方法と、その方法を実施するためのプーリの摩擦力測定装置とに関する。

２個の円筒状の試験片の母線同士を相互に接触させた状態で、それらを異なる回転数で相互にスリップさせながら回転させ、両者の接触部に発生する摩擦力を前記２個の試験片を支持するフレーム間に作用する荷重として検出するものが、下記特許文献１により公知である。

特開昭６２−１９０４４２号公報

ところで、飛行機のエルロン、エレベータ、ラダー等の動翼を人力で操舵する場合、操縦桿、操縦輪、ラダーペダル等と動翼とは複数のプーリに案内されたケーブルによって接続される。プーリとケーブルとの間には転がり摩擦力や滑り摩擦力等の摩擦力が存在するため、操縦桿、操縦輪、ラダーペダル等に操作荷重を加えても動翼は直ちに作動せず、操作荷重によってケーブルに加わる牽引力が前記摩擦力を超えた瞬間に動翼が作動を開始する。この動翼が作動を開始するケーブルの牽引力はブレークアウトフォースと呼ばれ、その大きさが所定値以下となるように法規で定められている。

飛行機の設計段階でブレークアウトフォースを算出するには、操縦系統に配置される複数のプーリの個々の摩擦力を推定する必要があるが、プーリの摩擦力はプーリの直径やプーリに対するケーブルの巻付角により変化するため、予め個々のプーリの摩擦力を高精度に推定するのは困難であった。

上記特許文献１に記載されたものも、相互に接触して回転する２個の円筒状の試験片間に作用する摩擦力を測定するものであるため、巻付角が種々に異なるプーリとケーブルとの間に作用する摩擦力の測定に適用することは不可能である。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、直径や巻付角が種々に異なるプーリおよびケーブル間の摩擦力を容易かつ高精度に測定することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、被測定プーリに所定の巻付角でケーブルを巻き付け、前記ケーブルを牽引したときに前記被測定プーリが回転を開始する瞬間の摩擦力を測定するプーリの摩擦力測定方法であって、前記被測定プーリおよびその両側に配置した一対の補助プーリに所定の張力でケーブルを巻き掛ける第１工程と、前記ケーブルの一端を牽引して前記被測定プーリおよび前記一対の補助プーリを回転させ、回転を開始する瞬間の前記ケーブルの第１牽引力を測定する第１工程と、前記一対の補助プーリに前記所定の張力でケーブルを巻き掛ける第３工程と、前記ケーブルの一端を牽引して前記一対の補助プーリを回転させ、回転を開始する瞬間の前記ケーブルの第２牽引力を測定する第４工程と、前記被測定プーリが回転を開始する瞬間の摩擦力を前記第１牽引力から前記第２牽引力を減算することで算出する第５工程とを含むことを特徴とするプーリの摩擦力測定方法が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載されたプーリの摩擦力測定方法を実施するためのプーリの摩擦力測定装置であって、水平な基台と、前記基台に立設されて鉛直軸まわりに前記被測定プーリを回転自在に支持する第１支柱と、前記基台に立設されて水平軸まわりに前記一対の補助プーリを回転自在に支持する一対の第２支柱と、前記被測定プーリおよび前記一対の補助プーリに水平に掛け渡されて、その両端が前記一対の補助プーリから鉛直に垂下する前記ケーブルと、前記ケーブルの両端に吊り下げられた一対の張力発生用のウエイトと、前記ケーブルの牽引力を測定する牽引力センサとを備えることを特徴とするプーリの摩擦力測定装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記第１支柱および前記一対の第２支柱は、前記基台上の位置を調整可能であることを特徴とするプーリの摩擦力測定装置が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記一対の第２支柱に対して、前記水平軸は首振り自在であることを特徴とするプーリの摩擦力測定装置が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、前記水平軸を支持するアームは、鉛直方向に延びる支軸を介して前記第２支柱に枢支されており、前記水平軸の位置は前記支軸の軸線に対して偏心していることを特徴とするプーリの摩擦力測定装置が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項２〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記ケーブルと前記牽引力センサとの間にスプリングを介装したことを特徴とするプーリの摩擦力測定装置が提案される。

尚、実施の形態のコイルスプリング２８は本発明のスプリングに対応する。

請求項１の構成によれば、第１工程で、被測定プーリおよびその両側に配置した一対の補助プーリに所定の張力でケーブルを巻き掛け、第２工程で、ケーブルの一端を牽引して被測定プーリおよび一対の補助プーリを回転させ、回転を開始する瞬間の前記ケーブルの第１牽引力を測定し、第３工程で、一対の補助プーリに前記所定の張力でケーブルを巻き掛け、第４工程で、ケーブルの一端を牽引して一対の補助プーリを回転させ、回転を開始する瞬間のケーブルの第２牽引力を測定し、第５工程で、被測定プーリが回転を開始する瞬間の摩擦力を第１牽引力から第２牽引力を減算することで算出するので、被測定プーリおよび一対の補助プーリの位置関係によって被測定プーリに対するケーブルの巻付角を任意に設定しながら、被測定プーリだけが回転を開始するときの摩擦力を高精度に測定することができる。

また請求項２の構成によれば、水平な基台に立設した第１支柱に鉛直軸まわりに回転自在に支持した被測定プーリと、前記基台に立設した一対の第２支柱に水平軸まわりに回転自在に支持した一対の補助プーリとにケーブルを水平に掛け渡し、一対の補助プーリから垂下するケーブルの両端にウエイトを吊り下げて張力を付与した状態で、プーリが回転を開始する瞬間のケーブルの牽引力を牽引力センサにより測定するので、被測定プーリおよび一対の補助プーリが回転を開始する瞬間の牽引力を精度良く検出することができる。またケーブルを被測定プーリから外して一対の補助プーリだけに掛け渡せば、被測定プーリを除く一対の補助プーリが回転を開始する瞬間の牽引力を精度良く検出することができる。

また請求項３の構成によれば、第１支柱および一対の第２支柱は基台上の位置を調整可能であるので、第１支柱および一対の第２支柱の相対位置を変化させることで、被測定プーリに対するケーブルの巻付角を容易に変更することができる。

また請求項４の構成によれば、一対の第２支柱に対して水平軸を首振り自在としたので、第１支柱および第２支柱の位置を変更して被測定プーリに対するケーブルの巻付角を変更したときに、補助プーリの回転面をケーブルの方向に一致させることができる。

また請求項５の構成によれば、水平軸を支持するアームを鉛直方向に延びる支軸を介して第２支柱に枢支し、水平軸の位置を支軸の軸線に対して偏心させたので、キャスターの原理で、補助プーリの回転面をケーブルの方向に自動的に一致させることができる。

また請求項６の構成によれば、ケーブルと牽引力センサとの間にスプリングを介装したので、スプリングが最大に伸長した瞬間の牽引力として、プーリが回転を開始する瞬間のケーブルの牽引力を精度良く測定することができる。

プーリの摩擦力測定装置の斜視図。 図１の２方向矢視図。 図２の３−３線矢視図。 図１に対応する作用説明図 プーリの摩擦力を測定する原理の説明図

以下、図１〜図５に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１〜図３に示すように、水平に配置されたテーブル１１の上面に設けられた板状の基台１２に、第１支柱１３および左右一対の第２支柱１４Ｌ，１４Ｒが鉛直に立設される。基台１２には前後方向および左右方向に等間隔で多数のボルト孔１２ａ…が形成されており、第１支柱１３の下端の取付板１５は６本のボルト１６…で前記何れかのボルト孔１２ａ…に固定され、左右の第２支柱１４Ｌ，１４Ｒの下端の取付板１７，１７は各４本のボルト１８…で前記何れかのボルト孔１２ａ…に固定される。第１支柱１３および左右の第２支柱１４Ｌ，１４Ｒの取付位置は基台１２上で任意に変更可能であるが、第１支柱１３を挟んで左右の第２支柱１４Ｌ，１４Ｒは左右対称位置に取り付けられ、第１支柱１３に対して左右の第２支柱１４Ｌ，１４Ｒは前方側に取り付けられる。

第１支柱１３の上端に６本のボルト３１…で固定した支持板１９にブラケット２０が固定されており、このブラケット２０に鉛直方向に設けた鉛直軸Ｌｖに、飛行機に使用されるプーリが被測定プーリ２１として回転自在に支持される。第１支柱１３の上端に対する支持板１９の前後方向位置は微調整可能である。被測定プーリ２１は、直径等が種々に異なるものが交換可能である。

一方、左右の第２支柱１４Ｌ，１４Ｒの上端に固定した支持板２２，２２に鉛直方向に延びる支軸２３，２３を介してフォーク状のアーム２４，２４の下端が回転自在に支持されており、これらのアーム２４，２４の上端に水平方向に延びる水平軸Ｌｈ，Ｌｈを介して左右の補助プーリ２５，２５が回転自在に支持される。水平軸Ｌｈ，Ｌｈの位置は、鉛直方向に延びる支軸２３，２３の軸線に対して偏心しており、従ってアーム２４，２４および補助プーリ２５，２５は、家具用のキャスタのように支軸２３，２３まわりに自由に首振り可能である。

左側の補助プーリ２５と、被測定プーリ２１と、右側の補助プーリ２５とにケーブル２６が掛け渡され、左右の補助プーリ２５，２５から垂下するケーブル２６の両端に、一対のウエイト２７，２７が着脱自在に吊り下げられる。この状態で、被測定プーリ２１および左右の補助プーリ２５，２５の間に掛け渡されたケーブル２６が水平面内に配置されるように、被測定プーリ２１の回転面の高さおよび補助プーリ２５，２５の上端の高さが設定されている。

ケーブル２６は補助プーリ２５，２５から鉛直方向下向きに垂下するため、左右の補助プーリ２５，２５に対するケーブル２６の巻付角は常に９０°である（図１参照）。一方、被測定プーリ２１に対するケーブル２６の巻付角θは、第１支柱１３および左右の第２支柱１４Ｌ，１４Ｒの基台１２上の取付位置によって変化する。即ち、図２から明らかなように、第１支柱１３を後方に移動すると巻付角θは減少し、前方に移動すると巻付角θは増加する。また左右の第２支柱１４Ｌ，１４Ｒの間隔を広げると巻付角θは減少し、間隔を狭めると巻付角θは増加する。更に、第１支柱１３の上端に対する支持板１９の前後方向位置を変化させると、被測定プーリ２１の位置が前後に変化して巻付角θが微調整される。

一方（例えば右側）のウエイト２７の下端にコイルスプリング２８の上端が接続されており、床面に設置したハイトゲージ２９のスライダ２９ａに固定した牽引力センサ３０に、前記コイルスプリング２８の下端が接続される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

被測定プーリ２１に対するケーブル２６の巻付角θが所定の大きさになるように、被測定プーリ２１を装着した第１支柱１３の位置と、補助プーリ２５，２５を備える左右の第２支柱１４Ｌ，１４Ｒの位置とを基台１２に対して調整した後、被測定プーリ２１および左右の補助プーリ２５，２５にケーブル２６を掛け渡し、ケーブル２６の両端にそれぞれウエイト２７，２７を装着する。ウエイト２７，２７の重量は、ケーブル２６の張力が所定の大きさ（プーリを実機に搭載したときのケーブルの張力の大きさ）になるように設定される。次に、一方（例えば右側）のウエイト２７の下端にコイルスプリング２８を介して接続した牽引力センサ３０を、ハイトゲージ２９のスライダ２９ａに固定する。このとき、左右のウエイト２７，２７の重量は同一であるため、ケーブル２６は移動せずに釣り合っている。

この状態から、ハイトゲージ２９のスライダ２９ａを下降させると、コイルスプリング２９を伸長させながらケーブル２６の牽引力が増加し、その牽引力が被測定プーリ２１および左右の補助プーリ２５，２５の摩擦力（最大静摩擦力、つまりブレークアウトフォース）を超えた瞬間に被測定プーリ２１および左右の補助プーリ２５，２５が回転を開始し、前記最大静摩擦力が動摩擦力に変化してケーブル２６の牽引力が増加から減少に転じる。この瞬間、つまりコイルスプリング２９が最も伸長した瞬間のケーブル２６の牽引力である最大牽引力（第１牽引力Ｔ１）を牽引力センサ３０で測定する。

続いて、図４に示すように、ケーブル２６を被測定プーリ２１から外して左右の補助プーリ２５，２５だけに巻き掛ける。このとき、補助プーリ２５，２５は支軸２３，２３まわりに首振り自在なアーム２４，２４に支持されているため、ケーブル２６の張力によって補助プーリ２５，２５の回転面が自動的にケーブル２６の方向に一致する。またケーブル２６が被測定プーリ２１に掛かっている場合も掛かっていない場合にも、左右の補助プーリ２５，２５間のケーブル２６は水平面内に存在するため、補助プーリ２５，２５に対するケーブル２６の巻付角は常に９０°になり、巻付角の差による補助プーリ２５，２５の摩擦力に差が発生することはない。

しかして、図４の状態で、前述と同様の手順でケーブル２６を牽引し、コイルスプリング２９が最も伸長した瞬間のケーブル２６の牽引力である最大牽引力（第２牽引力Ｔ２）を牽引力センサ３０で測定する。そして前記第１牽引力Ｔ１から第２牽引力Ｔ２を減算した値として被測定プーリ２１の摩擦力Ｆ１を算出することができる。

その原理を図５に基づいて更に説明する。被測定プーリ２１だけにケーブル２６を巻き掛けて牽引したとき、ケーブル２６が移動を開始する瞬間の牽引力Ｔは、被測定プーリ２１に発生している摩擦力（最大静摩擦力）Ｆ１に等しく、この摩擦力Ｆ１が測定したい値である。

ケーブル２６を被測定プーリ２１および左右の補助プーリ２５，２５に掛け渡した状態で測定した、ケーブル２６が移動を開始する瞬間の第１牽引力Ｔ１は、被測定プーリ２１の摩擦力Ｆ１と左右の補助プーリ２５，２５の摩擦力２×Ｆ２との和であるＦ１＋２×Ｆ２である。一方、ケーブル２６を左右の補助プーリ２５，２５だけに掛け渡した状態で測定した、ケーブル２６が移動を開始する瞬間の第２牽引力Ｔ２は、左右の補助プーリ２５，２５の摩擦力２×Ｆ２だけである。

従って、第１牽引力Ｔ１から第２牽引力Ｔ２を減算した差であるＴ＝Ｔ１−Ｔ２は、
Ｔ＝Ｔ１ーＴ２＝（Ｆ１＋２×Ｆ２）−２×Ｆ２＝Ｆ１
となり、被測定プーリ２１の摩擦力Ｆ１を算出することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、被測定プーリ２１の直径、ケーブル２６の巻付角、ケーブル２６の張力が種々に異なる状態において、被測定プーリ２１の摩擦力を容易かつ高精度に測定することができるので、複数のプーリを配置した飛行機の操縦系統全体のブレークアウトフォースを予め推定することができる。これにより、プーリの摩擦力を低減すべく、必要以上に直径の大きいプーリを採用したり、必要以上に摩擦力が小さい高価なプーリを採用したりする無駄がなくなり、スペースやコストの削減に寄与することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では飛行機の操縦系統に配置されるプーリについて説明したが、本発明は他の任意の用途のプーリに対しても適用することができる。

１２ 基台
１３ 第１支柱
１４Ｌ 第２支柱
１４Ｒ 第２支柱
２１ 被測定プーリ
２３ 支軸
２４ アーム
２５ 補助プーリ
２６ ケーブル
２７ ウエイト
２８ コイルスプリング（スプリング）
３０ 牽引力センサ
Ｌｖ 鉛直軸
Ｌｈ 水平軸
Ｔ１ 第１牽引力
Ｔ２ 第２牽引力
Ｆ１ 被測定プーリが回転を開始する瞬間の摩擦力
θ ケーブルの巻付角

Claims (6)

1. 被測定プーリ（２１）に所定の巻付角（θ）でケーブル（２６）を巻き付け、前記ケーブル（２６）を牽引したときに前記被測定プーリ（２１）が回転を開始する瞬間の摩擦力（Ｆ１）を測定するプーリの摩擦力測定方法であって、
   前記被測定プーリ（２１）およびその両側に配置した一対の補助プーリ（２５）に所定の張力でケーブル（２６）を巻き掛ける第１工程と、
   前記ケーブル（２６）の一端を牽引して前記被測定プーリ（２１）および前記一対の補助プーリ（２５）を回転させ、回転を開始する瞬間の前記ケーブル（２６）の第１牽引力（Ｔ１）を測定する第１工程と、
   前記一対の補助プーリ（２５）に前記所定の張力でケーブル（２６）を巻き掛ける第３工程と、
   前記ケーブル（２６）の一端を牽引して前記一対の補助プーリ（２５）を回転させ、回転を開始する瞬間の前記ケーブル（２６）の第２牽引力（Ｔ２）を測定する第４工程と、 前記被測定プーリ（２１）が回転を開始する瞬間の摩擦力（Ｆ１）を前記第１牽引力（Ｔ１）から前記第２牽引力（Ｔ２）を減算することで算出する第５工程と、
   を含むことを特徴とするプーリの摩擦力測定方法。
2. 請求項１に記載されたプーリの摩擦力測定方法を実施するためのプーリの摩擦力測定装置であって、
   水平な基台（１２）と、
   前記基台（１２）に立設されて鉛直軸（Ｌｖ）まわりに前記被測定プーリ（２１）を回転自在に支持する第１支柱（１３）と、
   前記基台（１２）に立設されて水平軸（Ｌｈ）まわりに前記一対の補助プーリ（２５）を回転自在に支持する一対の第２支柱（１４Ｌ，１４Ｒ）と、
   前記被測定プーリ（２１）および前記一対の補助プーリ（２５）に水平に掛け渡されて、その両端が前記一対の補助プーリ（２５）から鉛直に垂下する前記ケーブル（２６）と、
   前記ケーブル（２６）の両端に吊り下げられた一対の張力発生用のウエイト（２７）と、
   前記ケーブル（２６）の牽引力を測定する牽引力センサ（３０）と、
   を備えることを特徴とするプーリの摩擦力測定装置。
3. 前記第１支柱（１３）および前記一対の第２支柱（１４Ｌ、１４Ｒ）は、前記基台（１２）上の位置を調整可能であることを特徴とする、請求項２に記載のプーリの摩擦力測定装置。
4. 前記一対の第２支柱（１４Ｌ、１４Ｒ）に対して、前記水平軸（Ｌｈ）は首振り自在であることを特徴とする、請求項３に記載のプーリの摩擦力測定装置。
5. 前記水平軸（Ｌｈ）を支持するアーム（２４）は、鉛直方向に延びる支軸（２３）を介して前記第２支柱（１４Ｌ、１４Ｒ）に枢支されており、前記水平軸（Ｌｈ）の位置は前記支軸（２３）の軸線に対して偏心していることを特徴とする、請求項４に記載のプーリの摩擦力測定装置。
6. 前記ケーブル（２６）と前記牽引力センサ（３０）との間にスプリング（２８）を介装したことを特徴とする、請求項２〜請求項５の何れか１項に記載のプーリの摩擦力測定装置。

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