JP2021196320A - Measuring device, method for measuring load on rolling bearing, and gear mechanism - Google Patents

Measuring device, method for measuring load on rolling bearing, and gear mechanism Download PDF

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Abstract

To provide a technique for easily obtaining a load acting on a rolling bearing that supports a gear.SOLUTION: A measuring device 30 measures a load acting on a rolling bearing 22 that supports an output gear 8 meshed with an input gear 4. The rolling bearing 22 includes an inner ring 30, an outer ring 32, and a plurality of rolling elements 34 interposed between the inner and outer rings. When the inner ring 30 is externally fitted to an output shaft 6 provided so as to be integrally rotatable with the output gear 8, the rolling bearing supports the output gear 8 in a freely rotatable manner. The measuring device 30 is equipped with a strain sensor 26 provided on the outer ring 32, and a processing unit 28 for calculating a radial load on the basis of an output of the strain sensor 26. When the rolling bearing 22 is viewed from an axial direction, the strain sensor 26 is parallel to a common normal line L2 of both tooth surfaces at the time a tooth surface 8b1 of the output gear 8 and a tooth surface 4b1 of the input gear 4 contact each other, and further, the strain sensor is provided on a straight line L1 passing through a central axis A1 of the output gear 6.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、測定装置、転がり軸受の荷重測定方法、及び歯車機構に関する。 The present invention relates to a measuring device, a method for measuring a load of a rolling bearing, and a gear mechanism.

特許文献１には、歪センサを外輪に取り付け、外輪のひずみを実稼働状態で検出するセンサ付き軸受が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、上記センサ付き軸受を用いて回転シャフトを支持する場合、ひずみセンサは、回転シャフトからの入力によって外輪に生じるひずみを検出することができる。センサ付き軸受によれば、ひずみセンサにより検出される外輪のひずみに基づいて、実稼働状態における軸受に作用する荷重等を監視することができる。 Patent Document 1 discloses a bearing with a sensor in which a strain sensor is attached to an outer ring and the strain of the outer ring is detected in an actual operating state (see, for example, Patent Document 1).
For example, when the rotating shaft is supported by using the bearing with a sensor, the strain sensor can detect the strain generated in the outer ring by the input from the rotating shaft. According to the bearing with a sensor, it is possible to monitor the load acting on the bearing in the actual operating state based on the strain of the outer ring detected by the strain sensor.

特開２０１７−４４３１２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-44312

例えば、上記センサ付き軸受を用いて歯車に設けられた回転軸を支持する場合、センサ付き軸受に作用する荷重は、歯車に作用する荷重に起因する。
歯車に作用する荷重は、当該歯車に噛み合う他の歯車から伝達する。
他の歯車からの荷重は、周方向に不連続に作用する上、歯車の歯面へ向かって作用する。このため、センサ付き軸受の外輪に設けられた１つのひずみセンサの出力から軸受に作用する荷重を求めることは困難であった。 For example, when the rotating shaft provided on the gear is supported by using the bearing with a sensor, the load acting on the bearing with the sensor is caused by the load acting on the gear.
The load acting on the gear is transmitted from other gears that mesh with the gear.
The load from the other gear acts discontinuously in the circumferential direction and also acts toward the tooth surface of the gear. Therefore, it is difficult to obtain the load acting on the bearing from the output of one strain sensor provided on the outer ring of the bearing with a sensor.

本発明に係る測定装置は、他の歯車に噛み合う歯車を支持する転がり軸受に作用する荷重を測定する測定装置であって、前記転がり軸受は、内輪、外輪、及び内外輪間に介在する複数の転動体を有し、前記歯車に一体回転可能に設けられた回転軸に前記内輪が外嵌されることで、前記回転軸及び前記歯車を回転自在に支持し、前記外輪に設けられたひずみセンサと、前記ひずみセンサの出力に基づいて前記荷重を算出する処理部と、を備え、前記転がり軸受を軸方向から見たときに、前記ひずみセンサは、前記歯車の歯面と前記他の歯車の歯面とが接触したときの前記両歯面の共通法線に対して平行であるとともに前記回転軸の中心軸を通過する直線上に設けられている。 The measuring device according to the present invention is a measuring device that measures a load acting on a rolling bearing that supports a gear that meshes with another gear, and the rolling bearing includes a plurality of inner rings, outer rings, and a plurality of intervening between inner and outer rings. The inner ring is fitted onto a rotating shaft having a rolling element and rotatably provided integrally with the gear, thereby rotatably supporting the rotating shaft and the gear, and a strain sensor provided on the outer ring. And a processing unit that calculates the load based on the output of the strain sensor, and when the rolling bearing is viewed from the axial direction, the strain sensor can be used on the tooth surface of the gear and the other gear. It is provided on a straight line that is parallel to the common normal line of both tooth surfaces when they come into contact with the tooth surfaces and passes through the central axis of the rotation axis.

上記のように構成された測定装置によれば、他の歯車の歯から歯車の歯に与えられる荷重が外輪に対して最も大きく作用する周方向の位置にひずみセンサを配置することができる。
よって、歯車を回転させ、一定期間の間におけるひずみセンサの出力のうち、最も大きいひずみがあらわれたときのひずみ値（ピーク値）を取得すれば、歯車の歯が他の歯車の歯に接触し歯車の歯に荷重が与えられたときであるとともに、ひずみセンサが設けられた周方向の位置に公転する転動体が位置するときのひずみ値を得ることができる。
ひずみセンサの出力のピーク値は、他の歯車から歯車に対して荷重が与えられたときに、その荷重が回転軸、内輪、及び転動体を介して外輪へ伝達することで生じる外輪のひずみを示している。つまり、ひずみセンサの出力のピーク値が示す外輪のひずみは、転動体に作用する転動体荷重と相関がある。
よって、ひずみセンサの出力のピーク値から、転動体が負荷する転動体荷重の推定値を求めることができる。処理部は、転動体荷重の推定値に基づいて転がり軸受に作用する荷重を算出することができる。
このように本発明では、転動体荷重と相関がある出力が得られるようにひずみセンサを配置したので、１つのひずみセンサの出力から転がり軸受の転動体荷重の推定値を求めることができ、歯車を支持する転がり軸受に作用する荷重を容易に求めることができる。 According to the measuring device configured as described above, the strain sensor can be arranged at the position in the circumferential direction in which the load applied from the teeth of the other gears to the teeth of the gears exerts the greatest force on the outer ring.
Therefore, if the gear is rotated and the strain value (peak value) when the largest strain appears among the outputs of the strain sensor during a certain period is acquired, the gear teeth come into contact with the teeth of other gears. It is possible to obtain the strain value when a load is applied to the teeth of the gear and when the rolling element revolving at a position in the circumferential direction provided with the strain sensor is located.
The peak value of the output of the strain sensor is the strain of the outer ring caused by transmitting the load to the outer ring via the rotating shaft, the inner ring, and the rolling element when a load is applied to the gear from another gear. Shows. That is, the strain of the outer ring indicated by the peak value of the output of the strain sensor correlates with the rolling element load acting on the rolling element.
Therefore, the estimated value of the rolling element load loaded by the rolling element can be obtained from the peak value of the output of the strain sensor. The processing unit can calculate the load acting on the rolling bearing based on the estimated value of the rolling element load.
As described above, in the present invention, since the strain sensor is arranged so as to obtain an output correlated with the rolling element load, the estimated value of the rolling element load of the rolling bearing can be obtained from the output of one strain sensor, and the gear. The load acting on the rolling bearing that supports the bearing can be easily obtained.

上記測定装置において、前記処理部は、前記ひずみセンサの出力と、前記複数の転動体に作用する転動体荷重との関係を示す転動体荷重データベースと、前記ひずみセンサの出力に基づいて前記荷重を求める演算部と、を備え、前記演算部は、前記転動体荷重データベースを用いて、前記ひずみセンサの出力から前記転動体荷重の推定値を求める転動体荷重演算処理と、前記転動体荷重の推定値に基づいて、前記荷重の推定値を求める荷重演算処理と、を実行するように構成されていてもよい。
この場合、処理部が転動体荷重データベースを備えるので、転動体荷重の推定値を容易に求めることができる。 In the measuring device, the processing unit applies the load based on the rolling element load database showing the relationship between the output of the strain sensor and the rolling element load acting on the plurality of rolling elements, and the output of the strain sensor. The calculation unit includes a calculation unit for obtaining, and the calculation unit uses the rolling element load database to obtain a rolling element load calculation process for obtaining an estimated value of the rolling element load from the output of the strain sensor, and an estimation of the rolling element load. It may be configured to execute a load calculation process for obtaining an estimated value of the load based on the value.
In this case, since the processing unit includes the rolling element load database, the estimated value of the rolling element load can be easily obtained.

上記測定装置において、前記歯車は、所定のねじり角を有し、前記処理部は、前記転動体荷重と、前記転がり軸受の接触角との関係を示す接触角データベースをさらに備え、前記荷重演算処理において、前記接触角データベースを用いて、前記接触角の推定値を求め、前記転動体荷重の推定値、及び前記接触角の推定値に基づいて前記転がり軸受に作用するラジアル荷重の推定値を求めるように構成してもよい。
この場合、処理部が接触角データベースを備えるので、ラジアル荷重を求めるために必要な接触角の推定値を容易に求めることができる。この結果、転動体荷重の推定値から転がり軸受のラジアル荷重の推定値を容易に求めることができる。 In the measuring device, the gear has a predetermined torsion angle, and the processing unit further includes a contact angle database showing the relationship between the rolling element load and the contact angle of the rolling bearing, and the load calculation process. In, the estimated value of the contact angle is obtained by using the contact angle database, and the estimated value of the radial load acting on the rolling bearing is obtained based on the estimated value of the rolling element load and the estimated value of the contact angle. It may be configured as follows.
In this case, since the processing unit includes the contact angle database, the estimated value of the contact angle required for obtaining the radial load can be easily obtained. As a result, the estimated value of the radial load of the rolling bearing can be easily obtained from the estimated value of the rolling element load.

また、本発明に係る荷重測定方法は、他の歯車に噛み合う歯車を支持する転がり軸受の荷重測定方法であって、前記転がり軸受は、内輪、外輪、及び内外輪間に介在する複数の転動体を有し、前記歯車に一体回転可能に設けられた回転軸に前記内輪が外嵌されることで、前記回転軸及び前記歯車を回転自在に支持し、前記外輪に設けられたひずみセンサの出力を取得するステップと、前記ひずみセンサの出力に基づいて前記転がり軸受に作用する荷重を算出するステップと、を含み、前記転がり軸受を軸方向から見たときに、前記ひずみセンサは、前記歯車の歯面と前記他の歯車の歯面とが接触したときの前記両歯面の共通法線に対して平行であるとともに前記回転軸の中心軸を通過する直線上に設けられている。
上記構成の測定方法によれば、転動体荷重と相関がある出力が得られるようにひずみセンサを配置したので、１つのひずみセンサの出力から転がり軸受の転動体荷重の推定値を求めることができ、歯車を支持する転がり軸受に作用する荷重を容易に求めることができる。 Further, the load measuring method according to the present invention is a load measuring method for a rolling bearing that supports a gear that meshes with another gear, and the rolling bearing is a plurality of rolling elements interposed between an inner ring, an outer ring, and an inner and outer rings. By externally fitting the inner ring to the rotating shaft provided so as to be integrally rotatable with the gear, the rotating shaft and the gear are rotatably supported, and the output of the strain sensor provided on the outer ring The strain sensor includes the step of calculating the load acting on the rolling bearing based on the output of the strain sensor, and when the rolling bearing is viewed from the axial direction, the strain sensor is of the gear. It is provided on a straight line that is parallel to the common normal line of both tooth surfaces when the tooth surface and the tooth surface of the other gear come into contact with each other and passes through the central axis of the rotation axis.
According to the measurement method of the above configuration, since the strain sensor is arranged so as to obtain an output correlated with the rolling element load, the estimated value of the rolling element load of the rolling bearing can be obtained from the output of one strain sensor. , The load acting on the rolling bearing that supports the gear can be easily obtained.

また、本発明に係る歯車機構は、互い噛み合う一対の歯車と、前記一対の歯車のうちの一方歯車に一体回転可能に設けられた回転軸と、内輪、外輪、及び内外輪間に介在する複数の転動体を有し、前記内輪に前記回転軸が外嵌され、前記回転軸及び前記一方歯車を回転自在に支持する転がり軸受と、前記外輪に設けられたひずみセンサと、前記転がり軸受に作用する荷重を算出する処理部と、を備え、前記転がり軸受を軸方向から見たときに、前記ひずみセンサは、前記歯車の歯面と前記他の歯車の歯面とが接触したときの前記両歯面の共通法線に対して平行であるとともに前記回転軸の中心軸を通過する直線上に設けられている。
上記構成の歯車機構によれば、転動体荷重と相関がある出力が得られるようにひずみセンサを配置したので、１つのひずみセンサの出力から転がり軸受の転動体荷重の推定値を求めることができ、歯車を支持する転がり軸受に作用する荷重を容易に求めることができる。 Further, the gear mechanism according to the present invention includes a pair of gears that mesh with each other, a rotating shaft that is integrally rotatable on one of the pair of gears, and a plurality of gears that are interposed between the inner ring, the outer ring, and the inner and outer rings. A rolling bearing having a rolling element of the above, the rotating shaft being externally fitted to the inner ring, and rotatably supporting the rotating shaft and the one gear, a strain sensor provided on the outer ring, and the rolling bearing acting on the rolling bearing. The strain sensor is provided with a processing unit for calculating the load to be applied, and when the rolling bearing is viewed from the axial direction, the strain sensor has both of the above when the tooth surface of the gear and the tooth surface of the other gear come into contact with each other. It is provided on a straight line that is parallel to the common normal line of the tooth surface and passes through the central axis of the rotation axis.
According to the gear mechanism having the above configuration, since the strain sensor is arranged so as to obtain an output correlated with the rolling element load, the estimated value of the rolling element load of the rolling bearing can be obtained from the output of one strain sensor. , The load acting on the rolling bearing that supports the gear can be easily obtained.

本発明によれば、歯車を支持する転がり軸受に作用する荷重を容易に求めることができる。 According to the present invention, the load acting on the rolling bearing that supports the gear can be easily obtained.

図１は、実施形態に係る歯車機構の正面図である。FIG. 1 is a front view of the gear mechanism according to the embodiment. 図２は、歯車機構の上面図である。FIG. 2 is a top view of the gear mechanism. 図３は、ひずみセンサが設けられた転がり軸受を軸方向から見たときの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a rolling bearing provided with a strain sensor when viewed from the axial direction. 図４は、入力歯車４と、出力歯車とが噛み合っている部分の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a portion where the input gear 4 and the output gear are meshed with each other. 図５は、図３中、ひずみセンサの拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view of the strain sensor in FIG. 図６は、転がり軸受に作用するラジアル荷重を測定する方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing an example of a method of measuring a radial load acting on a rolling bearing. 図７は、処理部が取得するひずみセンサの出力の一例を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing an example of the output of the strain sensor acquired by the processing unit. 図８は、転動体荷重データベースの一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of a rolling element load database. 図９は、転がり軸受の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of a rolling bearing. 図１０は、接触角データベースの一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a contact angle database. 図１１は、ラジアル積分値データベースの一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of a radial integral value database. 図１２は、処理部の構成例を示すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of the processing unit.

以下、好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
〔歯車機構の全体構成〕
図１は、実施形態に係る歯車機構の正面図、図２は、歯車機構の上面図である。
図１及び図２中、歯車機構１は、入力軸２と、入力歯車４と、出力軸６と、出力歯車８とを備える。
本実施形態の歯車機構１は、入力軸２に与えられる回転力を、入力歯車４及び出力歯車８を介して出力軸６へ伝達する機能を有する。また、歯車機構１は、出力軸６および出力歯車８を回転自在に支持する転がり軸受に作用する荷重を測定する機能も有する。 Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to the drawings.
[Overall configuration of gear mechanism]
FIG. 1 is a front view of the gear mechanism according to the embodiment, and FIG. 2 is a top view of the gear mechanism.
In FIGS. 1 and 2, the gear mechanism 1 includes an input shaft 2, an input gear 4, an output shaft 6, and an output gear 8.
The gear mechanism 1 of the present embodiment has a function of transmitting the rotational force applied to the input shaft 2 to the output shaft 6 via the input gear 4 and the output gear 8. Further, the gear mechanism 1 also has a function of measuring the load acting on the rolling bearing that rotatably supports the output shaft 6 and the output gear 8.

入力軸２は、入力歯車４の中心孔４ａに挿通され、一体回転可能に設けられている。
入力軸２の両端は、支持部１０によって支持されている。支持部１０は、入力歯車４の両側に配置された一対のハウジング１２と、一対の転がり軸受１４とを備えており、基盤Ｂに対して入力軸２を支持する。一対の転がり軸受１４は、入力軸２に外嵌固定されるとともに、一対のハウジング１２に保持されている。一対の転がり軸受１４は、入力軸２及び入力歯車４を一体回転可能に支持する。 The input shaft 2 is inserted through the center hole 4a of the input gear 4 and is provided so as to be integrally rotatable.
Both ends of the input shaft 2 are supported by the support portion 10. The support portion 10 includes a pair of housings 12 arranged on both sides of the input gear 4 and a pair of rolling bearings 14, and supports the input shaft 2 with respect to the base B. The pair of rolling bearings 14 are externally fitted and fixed to the input shaft 2 and are held by the pair of housings 12. The pair of rolling bearings 14 integrally rotatably support the input shaft 2 and the input gear 4.

出力軸６は、出力歯車８の中心孔８ａに挿通され、一体回転可能に設けられている。
出力軸６の両端は、支持部１８によって支持されている。支持部１８は、出力歯車８の両側に配置された一対のハウジング２０と、一対の転がり軸受２２とを備えており、基盤Ｂに対して出力軸６を支持する。一対の転がり軸受２２は、出力軸６及び出力歯車８を一体回転可能に支持する。 The output shaft 6 is inserted through the center hole 8a of the output gear 8 and is provided so as to be integrally rotatable.
Both ends of the output shaft 6 are supported by the support portion 18. The support portion 18 includes a pair of housings 20 arranged on both sides of the output gear 8 and a pair of rolling bearings 22, and supports the output shaft 6 with respect to the base B. The pair of rolling bearings 22 integrally rotatably support the output shaft 6 and the output gear 8.

入力歯車４及び出力歯車８は、所定のねじれ角を有するはすば歯車であり、互いに噛み合っている。
図１では、出力歯車８を基礎円Ｃ１及び歯先円Ｃ２で示し、入力歯車４を基礎円Ｃ３及び歯先円Ｃ４で示している。
入力軸２は、外部の動力源（図示省略）から与えられる回転力によって回転駆動される。よって、入力軸２に与えられた回転力は、入力歯車４及び出力歯車８を介して出力軸６へ伝達される。これにより、出力軸６は回転駆動される。
なお、図１では、入力歯車４は、矢印Ｙ１の方向に回転し、出力歯車８は矢印Ｙ２の方向に回転する。 The input gear 4 and the output gear 8 are helical gears having a predetermined helix angle and mesh with each other.
In FIG. 1, the output gear 8 is represented by a base circle C1 and a tooth tip circle C2, and the input gear 4 is represented by a base circle C3 and a tooth tip circle C4.
The input shaft 2 is rotationally driven by a rotational force given from an external power source (not shown). Therefore, the rotational force applied to the input shaft 2 is transmitted to the output shaft 6 via the input gear 4 and the output gear 8. As a result, the output shaft 6 is rotationally driven.
In FIG. 1, the input gear 4 rotates in the direction of the arrow Y1, and the output gear 8 rotates in the direction of the arrow Y2.

また、歯車機構１は、転がり軸受に作用する荷重を測定する測定装置３６を備える。
測定装置３６は、ひずみセンサ２６と、ひずみセンサ２６の出力が与えられる処理部２８とを備える。ひずみセンサ２６は、出力軸６を支持する一対の転がり軸受２２のうちの一方に設けられている。
なお、以下の説明では、図２中の矢印示すように、入力軸２及び出力軸６の中心線に沿う方向を「軸方向」と定義する。「軸方向」には、前記中心線に平行な方向も含まれる。 Further, the gear mechanism 1 includes a measuring device 36 for measuring the load acting on the rolling bearing.
The measuring device 36 includes a strain sensor 26 and a processing unit 28 to which the output of the strain sensor 26 is given. The strain sensor 26 is provided on one of a pair of rolling bearings 22 that support the output shaft 6.
In the following description, as shown by the arrow in FIG. 2, the direction along the center line of the input shaft 2 and the output shaft 6 is defined as "axial direction". The "axial direction" also includes a direction parallel to the center line.

図３は、ひずみセンサ２６が設けられた転がり軸受２２を軸方向から見たときの断面図である。図３では、転がり軸受２２を断面で示し、ハウジング２０を省略して示している。
図３に示すように、転がり軸受２２は、内輪３０と、外輪３２と、複数の転動体３４とを備えている。複数の転動体３４は玉であり、本実施形態の転がり軸受２２は、深溝玉軸受である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the rolling bearing 22 provided with the strain sensor 26 when viewed from the axial direction. In FIG. 3, the rolling bearing 22 is shown in cross section, and the housing 20 is omitted.
As shown in FIG. 3, the rolling bearing 22 includes an inner ring 30, an outer ring 32, and a plurality of rolling elements 34. The plurality of rolling elements 34 are balls, and the rolling bearing 22 of the present embodiment is a deep groove ball bearing.

内輪３０は、出力軸６に外嵌固定されている。また、外輪３２は、ハウジング２０に固定されている。これにより、転がり軸受２２は、出力軸６及び出力歯車８を回転自在に支持する。 The inner ring 30 is externally fitted and fixed to the output shaft 6. Further, the outer ring 32 is fixed to the housing 20. As a result, the rolling bearing 22 rotatably supports the output shaft 6 and the output gear 8.

ひずみセンサ２６は、外輪３２の外周面３２ａに設けられている。
ここで、図３中、出力軸６の中心軸Ａ１と、ひずみセンサ２６とを通過する直線Ｌ１は、入力歯車４の歯面と出力歯車８の歯面とが接触したときの両歯面の共通法線Ｌ２と平行となっている。
言い換えると、ひずみセンサ２６は、転がり軸受２２を軸方向から見たときに、共通法線Ｌ２に対して平行であるとともに中心軸Ａ１を通過する直線Ｌ１上に設けられている。 The strain sensor 26 is provided on the outer peripheral surface 32a of the outer ring 32.
Here, in FIG. 3, the straight line L1 passing through the central axis A1 of the output shaft 6 and the strain sensor 26 is the tooth surface of both tooth surfaces when the tooth surface of the input gear 4 and the tooth surface of the output gear 8 come into contact with each other. It is parallel to the common normal L2.
In other words, the strain sensor 26 is provided on a straight line L1 that is parallel to the common normal line L2 and passes through the central axis A1 when the rolling bearing 22 is viewed from the axial direction.

共通法線Ｌ２は、出力歯車８の基礎円Ｃ１と、入力歯車４の基礎円Ｃ３との接点Ｔ２を通過する。つまり、出力軸６の中心軸Ａ１、入力軸２の中心軸Ａ２、及び接点Ｔ２は、中心線Ｌ３上に位置する。 The common normal L2 passes through the contact point T2 between the base circle C1 of the output gear 8 and the base circle C3 of the input gear 4. That is, the central axis A1 of the output shaft 6, the central axis A2 of the input shaft 2, and the contact point T2 are located on the center line L3.

図４は、入力歯車４と、出力歯車８とが噛み合っている部分の拡大図である。
図４では、入力歯車４の歯４ｂの歯面４ｂ１と、出力歯車８の歯８ｂの歯面８ｂ１とが、接点Ｔ２で接している状態を示している。
このとき、歯面８ｂ１の法線と、歯面４ｂ１の法線とが一致する。このときの法線が両歯面４ｂ１，８ｂ１の共通法線Ｌ２となる。
なお、接点Ｔ２を通過する、両基礎円Ｃ１，Ｃ３の接線Ｌ４と、共通法線Ｌ２とが成す角度が圧力角である。 FIG. 4 is an enlarged view of a portion where the input gear 4 and the output gear 8 are meshed with each other.
FIG. 4 shows a state in which the tooth surface 4b1 of the tooth 4b of the input gear 4 and the tooth surface 8b1 of the tooth 8b of the output gear 8 are in contact with each other at the contact point T2.
At this time, the normal of the tooth surface 8b1 and the normal of the tooth surface 4b1 coincide with each other. The normal at this time is the common normal L2 of both tooth surfaces 4b1 and 8b1.
The angle formed by the tangent line L4 of both basic circles C1 and C3 passing through the contact point T2 and the common normal line L2 is the pressure angle.

図５は、図３中、ひずみセンサ２６の拡大図である。
図５に示すように、外輪３２の外周面３２ａに設けられたひずみセンサ２６は、直線Ｌ１上であって外周面３２ａと直線Ｌ１とが交差する点Ｔ１上に配置されている。なお、軸方向におけるひずみセンサ２６の位置は、外輪３２の内周面に設けられた軌道面３２ｂの軸方向中央に一致する位置とされる。 FIG. 5 is an enlarged view of the strain sensor 26 in FIG.
As shown in FIG. 5, the strain sensor 26 provided on the outer peripheral surface 32a of the outer ring 32 is arranged on the straight line L1 and on the point T1 where the outer peripheral surface 32a and the straight line L1 intersect. The position of the strain sensor 26 in the axial direction is a position that coincides with the center of the raceway surface 32b provided on the inner peripheral surface of the outer ring 32 in the axial direction.

転がり軸受２２は、ハウジング２０に設けられた環状内周面に嵌合固定されている。
ひずみセンサ２６は、ハウジング２０の環状内周面に設けられた凹部２０ａと、外周面３２ａとに囲まれた空間に収容されている。
ひずみセンサ２６は、矩形状の板状部材３８と、板状部材３８を外周面３２ａに接合する接合部材４０と、板状部材３８に設けられたひずみゲージ４２とを備える。
板状部材３８は、鋼板や銅板等の金属製の薄板である。接合部材４０は、板状部材３８の４隅に設けられ、板状部材３８を外周面３２ａに接合している。
板状部材３８及び接合部材４０は、外輪３２の外周面３２ａに生じるひずみをひずみゲージ４２へ伝える。
ひずみゲージ４２は、ハウジング２０の外部に配置される処理部２８に接続されており、処理部２８に対して外周面３２ａのひずみを検出した結果を示す出力を与える。ひずみゲージ４２は、例えば、周方向のひずみを検出するように外周面３２ａに設けられている。
処理部２８は、例えば、ＣＰＵや記憶部等を備えたコンピュータであり、ひずみセンサ２６から与えられる出力に基づいて、転がり軸受２２に作用するラジアル荷重を求める機能を有する。 The rolling bearing 22 is fitted and fixed to an annular inner peripheral surface provided in the housing 20.
The strain sensor 26 is housed in a space surrounded by a recess 20a provided on the annular inner peripheral surface of the housing 20 and an outer peripheral surface 32a.
The strain sensor 26 includes a rectangular plate-shaped member 38, a joining member 40 for joining the plate-shaped member 38 to the outer peripheral surface 32a, and a strain gauge 42 provided on the plate-shaped member 38.
The plate-shaped member 38 is a thin metal plate such as a steel plate or a copper plate. The joining members 40 are provided at the four corners of the plate-shaped member 38, and the plate-shaped member 38 is joined to the outer peripheral surface 32a.
The plate-shaped member 38 and the joining member 40 transmit the strain generated on the outer peripheral surface 32a of the outer ring 32 to the strain gauge 42.
The strain gauge 42 is connected to a processing unit 28 arranged outside the housing 20, and gives an output indicating the result of detecting the strain on the outer peripheral surface 32a to the processing unit 28. The strain gauge 42 is provided on the outer peripheral surface 32a so as to detect the strain in the circumferential direction, for example.
The processing unit 28 is, for example, a computer equipped with a CPU, a storage unit, and the like, and has a function of obtaining a radial load acting on the rolling bearing 22 based on an output given from the strain sensor 26.

〔転がり軸受に作用するラジアル荷重の測定方法について〕
図６は、転がり軸受２２に作用するラジアル荷重を測定する方法の一例を示すフローチャートである。
まず、入力軸２に所定の回転力を与え、入力軸２、入力歯車４、出力歯車８、及び出力軸６を回転させ、その間、ひずみセンサ２６の出力を処理部２８によって経時的に取得し（ステップＳ１）、さらにひずみセンサ２６の出力からそのピーク値を取得する（ステップＳ２）。 [How to measure the radial load acting on rolling bearings]
FIG. 6 is a flowchart showing an example of a method of measuring a radial load acting on a rolling bearing 22.
First, a predetermined rotational force is applied to the input shaft 2, the input shaft 2, the input gear 4, the output gear 8, and the output shaft 6 are rotated, and the output of the strain sensor 26 is acquired over time by the processing unit 28 during that time. (Step S1), and further, the peak value is acquired from the output of the strain sensor 26 (step S2).

図７は、処理部２８が取得するひずみセンサ２６の出力の一例を示すグラフである。
図７中、横軸は時間、縦軸はひずみセンサ２６の出力から得られるひずみ値である。
図７に示すように、処理部２８は、ひずみセンサ２６の出力を一定期間の間、経時的に取得する（図６中、ステップＳ１）。
処理部２８は、一定期間の間におけるひずみセンサ２６の出力のうち、最も大きいひずみがあらわれたときのひずみ値（ピーク値）を取得する（図６中、ステップＳ２）。
ここで、本実施形態では、転がり軸受２２を軸方向から見たときに、ひずみセンサ２６を、両歯面４ｂ１，８ｂ１の共通法線Ｌ２に対して平行であるとともに出力軸６の中心軸Ａ１を通過する直線Ｌ１上に設けたので、入力歯車４の歯４ｂから出力歯車８の歯８ｂに与えられる荷重が外輪３２に対して最も大きく作用する周方向の位置にひずみセンサ２６が配置される。 FIG. 7 is a graph showing an example of the output of the strain sensor 26 acquired by the processing unit 28.
In FIG. 7, the horizontal axis is time, and the vertical axis is the strain value obtained from the output of the strain sensor 26.
As shown in FIG. 7, the processing unit 28 acquires the output of the strain sensor 26 over time for a certain period of time (step S1 in FIG. 6).
The processing unit 28 acquires the strain value (peak value) when the largest strain appears among the outputs of the strain sensor 26 during a certain period (step S2 in FIG. 6).
Here, in the present embodiment, when the rolling bearing 22 is viewed from the axial direction, the strain sensor 26 is parallel to the common normal L2 of both tooth surfaces 4b1 and 8b1 and is parallel to the central axis A1 of the output shaft 6. Since the strain sensor 26 is provided on the straight line L1 passing through the outer ring 32, the strain sensor 26 is arranged at a position in the circumferential direction in which the load applied from the tooth 4b of the input gear 4 to the tooth 8b of the output gear 8 acts most on the outer ring 32. ..

また、外輪３２のひずみを示すひずみセンサ２６の出力は、入力歯車４と出力歯車８との噛み合いのタイミングや、公転する転動体３４の周方向の位置によって変動する。
ひずみセンサ２６の出力は、入力歯車４の歯４ｂが出力歯車８の歯８ｂに接触し出力歯車８の歯８ｂに荷重が与えられたときに、ひずみセンサ２６が設けられた周方向の位置に転動体３４が位置していれば、転動体３４に作用する荷重が最も大きくなり、かつ、外輪３２のひずみが最も大きくなる。
よって、一定期間の間におけるひずみセンサ２６の出力のうち、最も大きいひずみがあらわれたときのひずみ値（ピーク値）を取得すれば、入力歯車４の歯４ｂが出力歯車８の歯８ｂに接触し出力歯車８の歯８ｂに荷重が与えられたときであるとともに、ひずみセンサ２６が設けられた周方向の位置に転動体３４が位置するときのひずみ値を得ることができる。 Further, the output of the strain sensor 26 indicating the strain of the outer ring 32 varies depending on the timing of meshing between the input gear 4 and the output gear 8 and the position in the circumferential direction of the revolving rolling element 34.
The output of the strain sensor 26 is at the position in the circumferential direction where the strain sensor 26 is provided when the tooth 4b of the input gear 4 contacts the tooth 8b of the output gear 8 and a load is applied to the tooth 8b of the output gear 8. If the rolling element 34 is located, the load acting on the rolling element 34 is the largest, and the strain of the outer ring 32 is the largest.
Therefore, if the strain value (peak value) when the largest strain appears among the outputs of the strain sensor 26 during a certain period is acquired, the teeth 4b of the input gear 4 come into contact with the teeth 8b of the output gear 8. It is possible to obtain a strain value when a load is applied to the teeth 8b of the output gear 8 and when the rolling element 34 is positioned at a position in the circumferential direction in which the strain sensor 26 is provided.

ひずみセンサ２６の出力のピーク値は、入力歯車４から出力歯車８に対して荷重が与えられたときに、その荷重が出力軸６、内輪３０、及び転動体３４を介して外輪３２へ伝達することで生じる外輪３２のひずみを示している。つまり、ひずみセンサ２６の出力のピーク値が示す外輪３２のひずみは、転動体３４に作用する転動体荷重と相関がある。
よって、後述するように、ひずみセンサ２６の出力のピーク値から、転動体荷重の推定値を求めることができる。処理部２８は、転動体荷重の推定値に基づいて転がり軸受２２に作用する荷重を算出することができる。
このように本実施形態では、転動体荷重と相関がある出力が得られるようにひずみセンサ２６を配置したので、１つのひずみセンサ２６の出力から転がり軸受２２の転動体荷重の推定値を求めることができ、出力歯車８を支持する転がり軸受２２に作用する荷重を容易に求めることができる。 The peak value of the output of the strain sensor 26 is transmitted to the outer ring 32 via the output shaft 6, the inner ring 30, and the rolling element 34 when a load is applied from the input gear 4 to the output gear 8. The strain of the outer ring 32 caused by this is shown. That is, the strain of the outer ring 32 indicated by the peak value of the output of the strain sensor 26 correlates with the rolling element load acting on the rolling element 34.
Therefore, as will be described later, the estimated value of the rolling element load can be obtained from the peak value of the output of the strain sensor 26. The processing unit 28 can calculate the load acting on the rolling bearing 22 based on the estimated value of the rolling element load.
As described above, in the present embodiment, since the strain sensor 26 is arranged so as to obtain an output correlated with the rolling element load, the estimated value of the rolling element load of the rolling bearing 22 is obtained from the output of one strain sensor 26. The load acting on the rolling bearing 22 that supports the output gear 8 can be easily obtained.

図６に示すように、ひずみセンサ２６の出力におけるピーク値を取得すると、処理部２８は、転動体３４に作用する転動体荷重の推定値を取得する（図６中、ステップＳ３）。
処理部２８は、ピーク値に基づいて、転動体荷重の推定値を求める。処理部２８が有する記憶部には、ひずみセンサ２６の出力と、転動体荷重との関係を示す転動体荷重データベースが記憶されている。
処理部２８は、この転動体荷重データベースを参照し、ピーク値に基づいて、転動体荷重の推定値を求める。なお、転動体荷重とは、内輪３０及び外輪３２を通じて転動体３４に作用する荷重である。 As shown in FIG. 6, when the peak value at the output of the strain sensor 26 is acquired, the processing unit 28 acquires an estimated value of the rolling element load acting on the rolling element 34 (step S3 in FIG. 6).
The processing unit 28 obtains an estimated value of the rolling element load based on the peak value. The storage unit of the processing unit 28 stores a rolling element load database showing the relationship between the output of the strain sensor 26 and the rolling element load.
The processing unit 28 refers to this rolling element load database, and obtains an estimated value of the rolling element load based on the peak value. The rolling element load is a load acting on the rolling element 34 through the inner ring 30 and the outer ring 32.

図８は、転動体荷重データベースの一例を示す図である。図８では、転動体荷重データベースをグラフとして示している。
図８に示す転動体荷重データベース５０において、横軸は転動体荷重を示している。また、縦軸は入力歯車４から出力歯車８に対して荷重が与えられたときに、その荷重が転動体３４を介して外輪３２へ伝達することで生じる外輪３２のひずみ値を示している。つまり、縦軸は、ひずみセンサ２６の出力のピーク値に相当するひずみ値を示している。
よって、図８中の線図Ｌ１０は、ピーク値に相当するひずみ値と、転動体荷重との関係を示している。 FIG. 8 is a diagram showing an example of a rolling element load database. In FIG. 8, the rolling element load database is shown as a graph.
In the rolling element load database 50 shown in FIG. 8, the horizontal axis indicates the rolling element load. Further, the vertical axis shows the strain value of the outer ring 32 generated by transmitting the load from the input gear 4 to the output gear 8 to the outer ring 32 via the rolling element 34. That is, the vertical axis shows the strain value corresponding to the peak value of the output of the strain sensor 26.
Therefore, the diagram L10 in FIG. 8 shows the relationship between the strain value corresponding to the peak value and the rolling element load.

転動体荷重データベース５０は、出力歯車８を介して与えられる荷重と同様の荷重を出力軸６に与えたときの外輪３２に生じるひずみをＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）等を用いた応力解析によって求めることで得られる。
すなわち、出力軸６、及び転がり軸受２２をモデル化し、出力歯車８を介して与えられる荷重と同様の荷重を出力軸６に与えたときに、その荷重が出力軸６、内輪３０、及び転動体３４を介して外輪３２へ伝達することで生じる外輪３２のひずみ値（ピーク値に相当するひずみ値）を、モデルを用いた数値解析によって求める。さらに、ひずみ値を求めたときの転動体３４に作用する転動体荷重も数値解析によって求める。 The rolling element load database 50 obtains the strain generated in the outer ring 32 when a load similar to the load applied via the output gear 8 is applied to the output shaft 6 by stress analysis using CAE (Computer Aided Engineering) or the like. Obtained at.
That is, when the output shaft 6 and the rolling bearing 22 are modeled and a load similar to the load applied via the output gear 8 is applied to the output shaft 6, the load is applied to the output shaft 6, the inner ring 30, and the rolling element. The strain value (strain value corresponding to the peak value) of the outer ring 32 generated by transmitting to the outer ring 32 via 34 is obtained by numerical analysis using a model. Further, the rolling element load acting on the rolling element 34 when the strain value is obtained is also obtained by numerical analysis.

上記数値解析では、出力軸６に与える荷重を想定される所定の範囲内で変化させ、変化させた荷重ごとに、ピーク値に相当するひずみ値と、転動体荷重とを求める。これによって、ピーク値に相当するひずみ値と転動体荷重との関係を得ることができ、転動体荷重データベース５０を得ることができる。 In the above numerical analysis, the load applied to the output shaft 6 is changed within an assumed predetermined range, and the strain value corresponding to the peak value and the rolling element load are obtained for each changed load. Thereby, the relationship between the strain value corresponding to the peak value and the rolling element load can be obtained, and the rolling element load database 50 can be obtained.

なお、入力歯車４及び出力歯車８ははすば歯車なので、出力歯車８には、軸方向に直交する方向である径方向に沿った荷重の他、軸方向に沿った荷重も与えられる。よって、出力歯車８の圧力角と、ねじれ角とを考慮し、ラジアル荷重とアキシャル荷重とを一定の比率で含む荷重を、出力軸６に与える荷重として与える。 Since the input gear 4 and the output gear 8 are helical gears, the output gear 8 is given a load along the axial direction as well as a load along the radial direction which is a direction orthogonal to the axial direction. Therefore, in consideration of the pressure angle and the helix angle of the output gear 8, a load including a radial load and an axial load at a constant ratio is applied as a load applied to the output shaft 6.

図８に示すように、ピーク値に相当するひずみ値と、転動体荷重との間には一定の相関関係がある。転動体荷重データベース５０は、ピーク値に相当するひずみ値に対応する転動体荷重を示している。例えば、取得したピーク値が「４００」である場合、処理部２８は、転動体荷重データベース５０を参照し、ひずみ値「４００」に対応する転動体荷重「８」を転動体荷重の推定値として取得する。
このように、処理部２８は、取得したピーク値に基づいて、転動体荷重の推定値を求めることができる。 As shown in FIG. 8, there is a certain correlation between the strain value corresponding to the peak value and the rolling element load. The rolling element load database 50 shows the rolling element load corresponding to the strain value corresponding to the peak value. For example, when the acquired peak value is "400", the processing unit 28 refers to the rolling element load database 50 and uses the rolling element load "8" corresponding to the strain value "400" as the estimated value of the rolling element load. get.
In this way, the processing unit 28 can obtain an estimated value of the rolling element load based on the acquired peak value.

図６に示すように、転動体荷重の推定値を取得すると、処理部２８は、次に、転がり軸受２２の接触角の推定値を取得する（図６中、ステップＳ４）。
接触角とは、内外輪の軌道面と転動体とが接触している場合において、転がり軸受の中心軸に垂直な面と、軌道面によって転動体へ伝えられる力の合力の作用線とがなす角度である。 As shown in FIG. 6, when the estimated value of the rolling element load is acquired, the processing unit 28 next acquires the estimated value of the contact angle of the rolling bearing 22 (step S4 in FIG. 6).
The contact angle is the line of action of the resultant force of the force transmitted to the rolling element by the raceway surface and the surface perpendicular to the central axis of the rolling bearing when the raceway surface of the inner and outer rings is in contact with the rolling element. The angle.

図９は、転がり軸受２２の断面図である。図９は、転がり軸受２２の中心軸Ａ１を含む平面に沿った断面図である。図９中、一点鎖線Ｍ１は、中心軸Ａ１に直交する直線である。
転動体３４は、外輪３２の軌道面３２ｂに接触するとともに、内輪３０の軌道面（図示省略）に接触している。
このとき、内外輪３０，３２の軌道面によって転動体３４へ伝えられる力の合力の作用線Ｌ５と、一点鎖線Ｍ１とがなす角度が接触角αである。 FIG. 9 is a cross-sectional view of the rolling bearing 22. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along a plane including the central axis A1 of the rolling bearing 22. In FIG. 9, the alternate long and short dash line M1 is a straight line orthogonal to the central axis A1.
The rolling element 34 is in contact with the raceway surface 32b of the outer ring 32 and is in contact with the raceway surface (not shown) of the inner ring 30.
At this time, the angle formed by the action line L5 of the resultant force of the forces transmitted to the rolling element 34 by the raceway surfaces of the inner and outer rings 30 and 32 and the alternate long and short dash line M1 is the contact angle α.

処理部２８は、転動体荷重の推定値に基づいて、接触角αの推定値を求める。処理部２８が有する記憶部には、転動体荷重と、接触角αとの関係を示す接触角データベースが記憶されている。
処理部２８は、この接触角データベースを参照し、転動体荷重の推定値に基づいて、接触角αの推定値を求める。 The processing unit 28 obtains an estimated value of the contact angle α based on the estimated value of the rolling element load. The storage unit of the processing unit 28 stores a contact angle database showing the relationship between the rolling element load and the contact angle α.
The processing unit 28 refers to this contact angle database and obtains an estimated value of the contact angle α based on the estimated value of the rolling element load.

図１０は、接触角データベースの一例を示す図である。図１０では、接触角データベースをグラフとして示している。
図１０に示す接触角データベース５２において、横軸は接触角α、縦軸は転動体荷重を示している。
よって、図１０中の線図Ｌ１２は、転動体荷重と、接触角αとの関係を示している。 FIG. 10 is a diagram showing an example of a contact angle database. In FIG. 10, the contact angle database is shown as a graph.
In the contact angle database 52 shown in FIG. 10, the horizontal axis represents the contact angle α and the vertical axis represents the rolling element load.
Therefore, the diagram L12 in FIG. 10 shows the relationship between the rolling element load and the contact angle α.

接触角データベース５２は、転動体荷重データベース５０と同様、ＣＡＥ等を用いた応力解析によって求めることで得られる。
すなわち、出力軸６、及び転がり軸受２２のモデルを用い、出力歯車８を介して与えられる荷重と同様の荷重を出力軸６に与えたときに、その荷重が出力軸６を介して転がり軸受２２へ伝達することで生じる転がり軸受２２の接触角αを数値解析によって求める。さらに、接触角αに対応する転動体荷重も数値解析によって求める。
接触角αは、下記式（１）によって求めることができる。 The contact angle database 52 can be obtained by stress analysis using CAE or the like, as in the rolling element load database 50.
That is, when a load similar to the load applied via the output gear 8 is applied to the output shaft 6 using the model of the output shaft 6 and the rolling bearing 22, the load is applied to the rolling bearing 22 via the output shaft 6. The contact angle α of the rolling bearing 22 generated by the transmission to is obtained by numerical analysis. Further, the rolling element load corresponding to the contact angle α is also obtained by numerical analysis.
The contact angle α can be obtained by the following equation (1).

Figure 2021196320

上記式（１）中、Δｒはラジアル隙間、ｒｅは外輪溝半径、ｒｉは内輪溝半径、Ｄｗは転動体直径である。
Figure 2021196320
In the above equation (1), Δr is a radial gap, r e is an outer ring groove radius, r i is an inner ring groove radius, and D w is a rolling element diameter.

よって、上記数値解析では、荷重を出力軸６に与えたときのラジアル隙間Δｒを求め、ラジアル隙間Δｒから接触角αを求める。
上記数値解析では、出力軸６に与える荷重を想定される所定の範囲内で変化させ、変化させた荷重ごとに、ラジアル隙間Δｒ（接触角α）と、転動体荷重とを求める。これによって、接触角αと転動体荷重との関係を得ることができ、接触角データベース５２を得ることができる。
なお、上記数値解析において出力軸６に与える荷重の条件は、転動体荷重データベース５０を求める場合と同様の条件とする。 Therefore, in the above numerical analysis, the radial gap Δr when the load is applied to the output shaft 6 is obtained, and the contact angle α is obtained from the radial gap Δr.
In the above numerical analysis, the load applied to the output shaft 6 is changed within an assumed predetermined range, and the radial gap Δr (contact angle α) and the rolling element load are obtained for each changed load. Thereby, the relationship between the contact angle α and the rolling element load can be obtained, and the contact angle database 52 can be obtained.
In the above numerical analysis, the load conditions applied to the output shaft 6 are the same as when the rolling element load database 50 is obtained.

図１０に示すように、接触角αと、転動体荷重との間には一定の相関関係がある。接触角データベース５２は、接触角αに対応する転動体荷重を示している。例えば、取得した転動体荷重の推定値が「８」である場合、処理部２８は、接触角データベース５２を参照し、転動体荷重「８」に対応する接触角「１０」を転動体荷重の推定値として取得する。
このように、処理部２８は、取得した転動体荷重の推定値に基づいて、接触角αの推定値を求めることができる。 As shown in FIG. 10, there is a certain correlation between the contact angle α and the rolling element load. The contact angle database 52 shows the rolling element load corresponding to the contact angle α. For example, when the acquired estimated value of the rolling element load is "8", the processing unit 28 refers to the contact angle database 52 and sets the contact angle "10" corresponding to the rolling element load "8" as the rolling element load. Get as an estimate.
In this way, the processing unit 28 can obtain an estimated value of the contact angle α based on the acquired estimated value of the rolling element load.

図６に示すように、接触角αの推定値を取得すると、処理部２８は、次に、ラジアル積分値Ｊｒを取得する（図６中、ステップＳ５）。
ラジアル積分値Ｊｒとは、転がり軸受２２の負荷率εで定まる定数であり、下記式（２）で表される。また、負荷率εは、下記式（３）で表される。 As shown in FIG. 6, when the estimated value of the contact angle α is acquired, the processing unit 28 then acquires the radial integral value Jr (step S5 in FIG. 6).
The radial integral value Jr is a constant determined by the load factor ε of the rolling bearing 22, and is represented by the following equation (2). The load factor ε is expressed by the following equation (3).

Figure 2021196320

なお、式（２），式（３）中、φ０は、転動体が荷重を受ける範囲である負荷圏の半分の角度を示す。
Figure 2021196320
In equations (2) and (3), φ 0 indicates an angle that is half of the load range in which the rolling element receives the load.

処理部２８は、転動体荷重の推定値、及び接触角αの推定値に基づいて負荷率εを求め、ラジアル積分値Ｊｒの推定値を求める。処理部２８が有する記憶部には、負荷率εと、ラジアル積分値Ｊｒとの関係を示すラジアル積分値データベースが記憶されている。
処理部２８は、このラジアル積分値データベースを参照し、負荷率εに基づいて、ラジアル積分値Ｊｒの推定値を求める。 The processing unit 28 obtains the load factor ε based on the estimated value of the rolling element load and the estimated value of the contact angle α, and obtains the estimated value of the radial integral value Jr. The storage unit of the processing unit 28 stores a radial integral value database showing the relationship between the load factor ε and the radial integral value Jr.
The processing unit 28 refers to this radial integral value database, and obtains an estimated value of the radial integral value Jr based on the load factor ε.

図１１は、ラジアル積分値データベースの一例を示す図である。図１１では、ラジアル積分値データベースをグラフとして示している。
図１１に示すラジアル積分値データベース５４において、横軸は負荷率ε、縦軸はラジアル積分値Ｊｒを示している。
よって、図１１中の線図Ｌ１４は、負荷率εと、ラジアル積分値Ｊｒとの関係を示している。 FIG. 11 is a diagram showing an example of a radial integral value database. In FIG. 11, the radial integral value database is shown as a graph.
In the radial integral value database 54 shown in FIG. 11, the horizontal axis represents the load factor ε and the vertical axis represents the radial integral value Jr.
Therefore, the diagram L14 in FIG. 11 shows the relationship between the load factor ε and the radial integral value Jr.

ラジアル積分値データベース５４は、他のデータベースと同様、ＣＡＥ等を用いた応力解析によって求めることで得られる。
すなわち、出力軸６、及び転がり軸受２２のモデルを用い、出力歯車８を介して与えられる荷重と同様の荷重を出力軸６に与えたときに、その荷重が出力軸６を介して転がり軸受２２へ伝達したときにおける転がり軸受２２の負荷率ε（負荷圏）を数値解析によって求め、上記式（２），式（３）に基づいてラジアル積分値Ｊｒを求める。さらに、負荷率εと、転動体荷重及び接触角との関係も数値解析によって求める。 The radial integral value database 54 can be obtained by stress analysis using CAE or the like, like other databases.
That is, when a load similar to the load applied via the output gear 8 is applied to the output shaft 6 using the model of the output shaft 6 and the rolling bearing 22, the load is applied to the rolling bearing 22 via the output shaft 6. The load factor ε (load zone) of the rolling bearing 22 at the time of transmission to is obtained by numerical analysis, and the radial integrated value Jr is obtained based on the above equations (2) and (3). Furthermore, the relationship between the load factor ε and the rolling element load and contact angle is also obtained by numerical analysis.

上記数値解析では、出力軸６に与える荷重を想定される所定の範囲内で変化させ、変化させた荷重ごとに、負荷率ε、ラジアル積分値Ｊｒ、転動体荷重、及び接触角αを求める。これによって、負荷率εと転動体荷重及び接触角との関係、及び、負荷率εとラジアル積分値Ｊｒとの関係を得ることができ、ラジアル積分値データベース５４を得ることができる。
なお、上記数値解析において出力軸６に与える荷重の条件は、転動体荷重データベース５０を求める場合と同様の条件とする。 In the above numerical analysis, the load applied to the output shaft 6 is changed within an assumed predetermined range, and the load factor ε, the radial integral value Jr, the rolling element load, and the contact angle α are obtained for each changed load. Thereby, the relationship between the load factor ε and the rolling element load and the contact angle, and the relationship between the load factor ε and the radial integral value Jr can be obtained, and the radial integral value database 54 can be obtained.
In the above numerical analysis, the load conditions applied to the output shaft 6 are the same as when the rolling element load database 50 is obtained.

図１１に示すように、ラジアル積分値データベース５４は、転動体荷重と接触角に基づいて定まる負荷率εとに対応するラジアル積分値Ｊｒを示している。例えば、取得した転動体荷重の推定値及び接触角αの推定値に基づいて定まる負荷率εが「２」である場合、処理部２８は、ラジアル積分値データベース５４を参照し、負荷率ε「２」に対応するラジアル積分値Ｊｒ「０．１７５」をラジアル積分値Ｊｒの推定値として取得する。
このように、処理部２８は、負荷率ε（転動体荷重及び接触角αの推定値）に基づいて、ラジアル積分値Ｊｒの推定値を求めることができる。 As shown in FIG. 11, the radial integral value database 54 shows the radial integral value Jr corresponding to the rolling element load and the load factor ε determined based on the contact angle. For example, when the load factor ε determined based on the acquired estimated value of the rolling element load and the estimated value of the contact angle α is “2”, the processing unit 28 refers to the radial integral value database 54 and the load factor ε “. The radial integral value Jr "0.175" corresponding to "2" is acquired as an estimated value of the radial integral value Jr.
In this way, the processing unit 28 can obtain an estimated value of the radial integral value Jr based on the load factor ε (estimated value of the rolling element load and the contact angle α).

図６に示すように、ラジアル積分値Ｊｒの推定値を取得すると、処理部２８は、次に、転がり軸受２２のラジアル荷重の推定値を取得する（図６中、ステップＳ６）
ラジアル荷重Ｆｒは、下記式（４）によって求めることができる。
Ｆｒ ＝ Ｊｒ・Ｚ・Ｑ・ｃｏｓα ・・・・（４）
上記式（４）中、Ｚは転がり軸受２２の転動体３４の個数、Ｑは転動体荷重である。 As shown in FIG. 6, when the estimated value of the radial integral value Jr is acquired, the processing unit 28 next acquires the estimated value of the radial load of the rolling bearing 22 (step S6 in FIG. 6).
The radial load Fr can be obtained by the following equation (4).
Fr = Jr ・ Z ・ Q ・ cosα ・ ・ ・ ・ (4)
In the above equation (4), Z is the number of rolling elements 34 of the rolling bearing 22, and Q is the rolling element load.

処理部２８は、図６中のステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５で求めた転動体荷重の推定値、接触角αの推定値、及びラジアル積分値Ｊｒと、上記式（４）とを用いてラジアル荷重Ｆｒの推定値を求め、処理を終える。
以上のように、処理部２８は、ひずみセンサ２６の出力に基づいて転がり軸受２２に作用するラジアル荷重Ｆｒの推定値を求めることができる。 The processing unit 28 uses the estimated value of the rolling element load obtained in steps S3, S4, S5 in FIG. 6, the estimated value of the contact angle α, the radial integral value Jr, and the radial load by the above equation (4). The estimated value of Fr is obtained, and the processing is completed.
As described above, the processing unit 28 can obtain an estimated value of the radial load Fr acting on the rolling bearing 22 based on the output of the strain sensor 26.

〔処理部の構成について〕
図１２は、処理部２８の構成例を示すブロック図である。
図１２に示す処理部２８は、上述したようにコンピュータであり、ＣＰＵ等からなる演算部６０と、メモリやハードディスク等からなる記憶部６２と、入出力部６４とを備える。入出力部６４は、キーボードや、マウス、タッチパネルといった入力デバイスと、ディスプレイやプリンタといった出力デバイスとを含む。 [About the configuration of the processing unit]
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of the processing unit 28.
As described above, the processing unit 28 shown in FIG. 12 is a computer, and includes a calculation unit 60 including a CPU and the like, a storage unit 62 including a memory, a hard disk, and the like, and an input / output unit 64. The input / output unit 64 includes an input device such as a keyboard, a mouse, and a touch panel, and an output device such as a display and a printer.

記憶部６２には、演算部６０が実行するためのコンピュータプログラム等が記憶されている。演算部６０は、記憶部６２に記録された前記コンピュータプログラムを読み込むことで、演算部６０が有する各機能を実現する。
また、記憶部６２には、上述の転動体荷重データベース５０、接触角データベース５２、及びラジアル積分値データベース５４が記憶されている。 The storage unit 62 stores a computer program or the like for execution by the arithmetic unit 60. The calculation unit 60 realizes each function of the calculation unit 60 by reading the computer program recorded in the storage unit 62.
Further, the storage unit 62 stores the above-mentioned rolling element load database 50, contact angle database 52, and radial integral value database 54.

また、演算部６０は、転動体荷重演算処理６０ａと、ラジアル荷重演算処理６０ｂとを実行する機能を有する。
演算部６０は、転動体荷重演算処理６０ａとして、転動体荷重データベース５０を用いて、ひずみセンサ２６の出力から転動体荷重の推定値を求める処理（図６中、ステップＳ３）を実行する機能を有する。
このように、処理部２８は、数値解析によって得た転動体荷重データベース５０を備えるので、転動体荷重の推定値を容易に求めることができる。 Further, the calculation unit 60 has a function of executing the rolling element load calculation process 60a and the radial load calculation process 60b.
The calculation unit 60 has a function of executing a process (step S3 in FIG. 6) of obtaining an estimated value of the rolling element load from the output of the strain sensor 26 using the rolling element load database 50 as the rolling element load calculation process 60a. Have.
As described above, since the processing unit 28 includes the rolling element load database 50 obtained by numerical analysis, the estimated value of the rolling element load can be easily obtained.

また、演算部６０は、ラジアル荷重演算処理６０ｂとして、転動体荷重の推定値に基づいて、ラジアル荷重Ｆｒの推定値を求める処理を実行する機能を有する。
より詳細には、演算部６０は、ラジアル荷重演算処理６０ｂとして、接触角データベース５２を用い、転動体荷重の推定値に基づいて接触角αの推定値を求める処理（図６中、ステップＳ４）を実行する機能を有する。
このように、処理部２８は、数値解析によって得た接触角データベース５２を備えるので、ラジアル荷重を求めるために必要な接触角の推定値を容易に求めることができる。この結果、転動体荷重の推定値から転がり軸受のラジアル荷重の推定値を容易に求めることができる。 Further, the calculation unit 60 has a function of executing a process of obtaining an estimated value of the radial load Fr based on the estimated value of the rolling element load as the radial load calculation process 60b.
More specifically, the calculation unit 60 uses the contact angle database 52 as the radial load calculation process 60b to obtain an estimated value of the contact angle α based on the estimated value of the rolling element load (step S4 in FIG. 6). Has the ability to execute.
As described above, since the processing unit 28 includes the contact angle database 52 obtained by numerical analysis, the estimated value of the contact angle required for obtaining the radial load can be easily obtained. As a result, the estimated value of the radial load of the rolling bearing can be easily obtained from the estimated value of the rolling element load.

また、演算部６０は、ラジアル荷重演算処理６０ｂとして、ラジアル積分値データベース５４を用い、転動体荷重の推定値、及び接触角αの推定値に基づいてラジアル積分値Ｊｒの推定値を求める処理（図６中、ステップＳ５）を実行する機能、及び、転動体荷重の推定値、接触角αの推定値、及びラジアル積分値Ｊｒに基づいてラジアル荷重Ｆｒを求める処理（図６中、ステップＳ６）を実行する機能を有する。 Further, the calculation unit 60 uses the radial integral value database 54 as the radial load calculation process 60b, and obtains the estimated value of the radial integral value Jr based on the estimated value of the rolling element load and the estimated value of the contact angle α ( In FIG. 6, the function of executing step S5), and the process of obtaining the radial load Fr based on the estimated value of the rolling element load, the estimated value of the contact angle α, and the radial integral value Jr (step S6 in FIG. 6). Has the function of executing.

演算部６０は、求めたラジアル荷重Ｆｒを入出力部６４に含まれるディスプレイやプリンタ等の出力デバイスによって出力する。 The calculation unit 60 outputs the obtained radial load Fr by an output device such as a display or a printer included in the input / output unit 64.

〔その他〕
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。
例えば、上記実施形態において、ひずみセンサ２６を一対の転がり軸受２２の一方のみに設けた場合を例示したが、両方に設けてもよい。
また、ひずみセンサ２６を周方向のひずみを検出するように設けたが、軸方向のひずみを検出するように設けてもよいし、周方向及び軸方向に交差する方向のひずみを検出するように設けてもよい。
また、入力軸２を支持する一対の転がり軸受１４にひずみセンサを設けてもよい。この場合、転がり軸受１４のラジアル荷重Ｆｒの推定値を求めることができる。 〔others〕
The embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not restrictive.
For example, in the above embodiment, the case where the strain sensor 26 is provided on only one of the pair of rolling bearings 22 is illustrated, but it may be provided on both.
Further, although the strain sensor 26 is provided so as to detect the strain in the circumferential direction, it may be provided so as to detect the strain in the axial direction, or to detect the strain in the circumferential direction and the direction intersecting the axial direction. It may be provided.
Further, a strain sensor may be provided on the pair of rolling bearings 14 that support the input shaft 2. In this case, the estimated value of the radial load Fr of the rolling bearing 14 can be obtained.

また、上記実施形態では、１種類の転がり軸受２２のラジアル荷重Ｆｒを求める場合を例示したが、サイズ等が異なる複数種類の転がり軸受に対応するデータベース５０，５２，５４のセットを処理部２８が有していれば、測定装置３６は、複数種類の転がり軸受のラジアル荷重Ｆｒを求めることができる。
また、上記実施形態では、転がり軸受２２のラジアル荷重Ｆｒの推定値を求める場合を例示したが、上記と同様の方法によって転動体荷重の推定値を求め、転動体荷重の推定値に基づいてアキシャル荷重の推定値を求めてもよい。 Further, in the above embodiment, the case where the radial load Fr of one type of rolling bearing 22 is obtained is illustrated, but the processing unit 28 processes a set of databases 50, 52, 54 corresponding to a plurality of types of rolling bearings having different sizes and the like. If it has, the measuring device 36 can obtain the radial load Fr of a plurality of types of rolling bearings.
Further, in the above embodiment, the case where the estimated value of the radial load Fr of the rolling bearing 22 is obtained is exemplified, but the estimated value of the rolling element load is obtained by the same method as described above, and the axial load is obtained based on the estimated value of the rolling element load. An estimated load may be obtained.

本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。 The scope of rights of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes all modifications within the scope equivalent to the configuration described in the claims.

１ 歯車機構 ４ 入力歯車（他の歯車） ４ｂ１ 歯面
６ 出力軸（回転軸） ８ 出力歯車（歯車） ８ｂ１ 歯面
２２ 転がり軸受 ２６ センサ ２８ 処理部
３０ 内輪 ３２ 外輪 ３４ 転動体
３６ 測定装置 ５０ 転動体荷重データベース
５２ 接触角データベース ５４ ラジアル積分値データベース
Ａ１ 中心軸 Ｌ１ 直線 Ｌ２ 共通法線
1 Gear mechanism 4 Input gear (other gear) 4b1 Tooth surface 6 Output shaft (rotary shaft) 8 Output gear (gear) 8b1 Tooth surface 22 Rolling bearing 26 Sensor 28 Processing unit 30 Inner ring 32 Outer ring 34 Rolling element 36 Measuring device 50 Rolling Dynamic load database 52 Contact angle database 54 Radial integrated value database A1 Central axis L1 Straight line L2 Common normal line

Claims (5)

他の歯車に噛み合う歯車を支持する転がり軸受に作用する荷重を測定する測定装置であって、
前記転がり軸受は、内輪、外輪、及び内外輪間に介在する複数の転動体を有し、前記歯車に一体回転可能に設けられた回転軸に前記内輪が外嵌されることで、前記回転軸及び前記歯車を回転自在に支持し、
前記外輪に設けられたひずみセンサと、
前記ひずみセンサの出力に基づいて前記荷重を算出する処理部と、を備え、
前記転がり軸受を軸方向から見たときに、前記ひずみセンサは、前記歯車の歯面と前記他の歯車の歯面とが接触したときの前記両歯面の共通法線に対して平行であるとともに前記回転軸の中心軸を通過する直線上に設けられている
測定装置。 A measuring device that measures the load acting on rolling bearings that support gears that mesh with other gears.
The rolling bearing has a plurality of rolling elements interposed between the inner ring, the outer ring, and the inner and outer rings, and the inner ring is externally fitted to a rotating shaft provided so as to be integrally rotatable on the gear. And the gears are rotatably supported
The strain sensor provided on the outer ring and
A processing unit that calculates the load based on the output of the strain sensor is provided.
When the rolling bearing is viewed from the axial direction, the strain sensor is parallel to the common normal of both tooth surfaces when the tooth surface of the gear and the tooth surface of the other gear come into contact with each other. A measuring device provided on a straight line passing through the central axis of the rotating shaft. 前記処理部は、
前記ひずみセンサの出力と、前記複数の転動体に作用する転動体荷重との関係を示す転動体荷重データベースと、
前記ひずみセンサの出力に基づいて前記荷重を求める演算部と、を備え、
前記演算部は、
前記転動体荷重データベースを用いて、前記ひずみセンサの出力から前記転動体荷重の推定値を求める転動体荷重演算処理と、
前記転動体荷重の推定値に基づいて、前記荷重の推定値を求める荷重演算処理と、を実行する
請求項１に記載の測定装置。 The processing unit
A rolling element load database showing the relationship between the output of the strain sensor and the rolling element load acting on the plurality of rolling elements.
A calculation unit that obtains the load based on the output of the strain sensor is provided.
The arithmetic unit
Using the rolling element load database, rolling element load calculation processing for obtaining an estimated value of the rolling element load from the output of the strain sensor, and
The measuring device according to claim 1, wherein the load calculation process for obtaining the estimated value of the load based on the estimated value of the rolling element load is executed. 前記歯車は、所定のねじり角を有し、
前記処理部は、
前記転動体荷重と、前記転がり軸受の接触角との関係を示す接触角データベースをさらに備え、
前記荷重演算処理において、前記接触角データベースを用いて、前記接触角の推定値を求め、前記転動体荷重の推定値、及び前記接触角の推定値に基づいて前記転がり軸受に作用するラジアル荷重の推定値を求める
請求項２に記載の測定装置。 The gear has a predetermined torsion angle and has a predetermined torsion angle.
The processing unit
Further provided with a contact angle database showing the relationship between the rolling element load and the contact angle of the rolling bearing.
In the load calculation process, the contact angle database is used to obtain an estimated value of the contact angle, and the radial load acting on the rolling bearing is obtained based on the estimated value of the rolling element load and the estimated value of the contact angle. The measuring device according to claim 2, wherein an estimated value is obtained. 他の歯車に噛み合う歯車を支持する転がり軸受の荷重測定方法であって、
前記転がり軸受は、内輪、外輪、及び内外輪間に介在する複数の転動体を有し、前記歯車に一体回転可能に設けられた回転軸に前記内輪が外嵌されることで、前記回転軸及び前記歯車を回転自在に支持し、
前記外輪に設けられたひずみセンサの出力を取得するステップと、
前記ひずみセンサの出力に基づいて前記転がり軸受に作用する荷重を算出するステップと、を含み、
前記転がり軸受を軸方向から見たときに、前記ひずみセンサは、前記歯車の歯面と前記他の歯車の歯面とが接触したときの前記両歯面の共通法線に対して平行であるとともに前記回転軸の中心軸を通過する直線上に設けられている
荷重測定方法。 It is a load measurement method for rolling bearings that support gears that mesh with other gears.
The rolling bearing has a plurality of rolling elements interposed between the inner ring, the outer ring, and the inner and outer rings, and the inner ring is externally fitted to a rotating shaft provided so as to be integrally rotatable on the gear. And the gears are rotatably supported
The step of acquiring the output of the strain sensor provided on the outer ring, and
Including the step of calculating the load acting on the rolling bearing based on the output of the strain sensor.
When the rolling bearing is viewed from the axial direction, the strain sensor is parallel to the common normal of both tooth surfaces when the tooth surface of the gear and the tooth surface of the other gear come into contact with each other. A load measuring method provided on a straight line passing through the central axis of the rotating shaft. 互い噛み合う一対の歯車と、
前記一対の歯車のうちの一方歯車に一体回転可能に設けられた回転軸と、
内輪、外輪、及び内外輪間に介在する複数の転動体を有し、前記内輪に前記回転軸が外嵌され、前記回転軸及び前記一方歯車を回転自在に支持する転がり軸受と、
前記外輪に設けられたひずみセンサと、
前記転がり軸受に作用する荷重を算出する処理部と、を備え、
前記転がり軸受を軸方向から見たときに、前記ひずみセンサは、前記歯車の歯面と前記他の歯車の歯面とが接触したときの前記両歯面の共通法線に対して平行であるとともに前記回転軸の中心軸を通過する直線上に設けられている
歯車機構。
A pair of gears that mesh with each other and
A rotation shaft provided so as to be integrally rotatable on one of the pair of gears,
A rolling bearing having a plurality of rolling elements interposed between the inner ring, the outer ring, and the inner and outer rings, the rotating shaft being externally fitted to the inner ring, and rotatably supporting the rotating shaft and the one gear.
The strain sensor provided on the outer ring and
A processing unit for calculating the load acting on the rolling bearing is provided.
When the rolling bearing is viewed from the axial direction, the strain sensor is parallel to the common normal of both tooth surfaces when the tooth surface of the gear and the tooth surface of the other gear come into contact with each other. A gear mechanism provided on a straight line passing through the central axis of the rotating shaft.
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