JP3358366B2

JP3358366B2 - 転がり軸受用荷重測定装置

Info

Publication number: JP3358366B2
Application number: JP02023495A
Authority: JP
Inventors: 浩道武村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1994-09-12
Filing date: 1995-02-08
Publication date: 2002-12-16
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JPH08136370A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る転がり軸受用荷重
測定装置は、玉軸受、ころ軸受、テーパころ軸受を含む
ラジアル転がり軸受に加わる荷重を、回転状態のまま精
度良く測定する為に利用する。

【０００２】

【従来の技術】例えば各種機械装置に組み込まれた転が
り軸受の耐久性を知りこれら機械装置の設計に役立てる
為、運転時に転がり軸受に加えられる荷重を測定する必
要がある。この為に使用する転がり軸受用荷重測定装置
として特公昭５２−１００２７号公報には、図７〜８に
示す様な測定装置が記載されている。

【０００３】筒状のハウジング１の内側には回転軸２
を、１対の転がり軸受３ａ、３ｂにより回転自在に支持
している。テーパころ軸受であるこれら各転がり軸受３
ａ、３ｂはそれぞれ、上記ハウジング１に内嵌固定され
た外輪４ａ、４ｂと、上記回転軸２に外嵌固定された内
輪５ａ、５ｂとを備える。そして、上記各外輪４ａ、４
ｂの内周面に設けた外輪軌道６ａ、６ｂと上記各内輪５
ａ、５ｂの外周面に形成した内輪軌道７ａ、７ｂとの間
に、それぞれ複数個ずつの転動体８、８（テーパころ）
を設けている。上記各外輪４ａ、４ｂの外周面には、図
８に示す様な形状の切り欠き９、９を設け、これら各切
り欠き９、９の底面に歪みゲージ１０、１０（ストレイ
ンゲージ）を添着している。これら各歪みゲージ１０、
１０の検出信号は、導線３９、３９により取り出され
る。

【０００４】上記各外輪４ａ、４ｂは、上記ハウジング
１と回転軸２との間に加わる荷重（ラジアル荷重及びス
ラスト荷重）に応じて弾性変形し、上記各歪みゲージ１
０、１０がこの弾性変形を検出する。そこで、上記導線
３９、３９によりこれら各歪みゲージ１０、１０の検出
信号を図示しない演算器に送れば、上記荷重を求める事
ができる。切り欠きを内輪５ａ、５ｂの内周面に形成
し、この切り欠きの底面に歪みゲージを添着すれば、外
輪４ａ、４ｂが回転する状態での荷重を測定できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様に
構成され作用する従来の転がり軸受用荷重測定装置で
は、必ずしも正確な測定を行なえない。即ち、外輪４
ａ、４ｂの外周面（或は内輪５ａ、５ｂの内周面）に形
成する切り欠き９、９は、あくまでも荷重測定用の歪み
ゲージ１０、１０を設置する為のものであって、転がり
軸受３ａ、３ｂに本来備わっているものではない。従っ
て、上記切り欠き９、９を形成して上記各外輪４ａ、４
ｂの肉厚が当該部分で薄くなった分だけ、これら各外輪
４ａ、４ｂの弾性変形状態が、（切り欠き９、９を設け
ない）本来の転がり軸受３ａ、３ｂとは異なって、測定
値に誤差を生じる。

【０００６】軸受用荷重測定装置としてはこの他にも、
特公昭５９−２５１６７号公報に記載されたものが知ら
れている。この公報に記載された測定装置は、軸受の外
周面に歪みゲージを添着したものであるが、軸受の弾性
変形に影響を及ぼす事なく、この歪みゲージに測定すべ
き荷重が加わる様にする具体的構造は記載されていな
い。本発明の転がり軸受用荷重測定装置はこの様な事情
に鑑みて、歪みゲージを設置する事が転がり軸受の弾性
変形に影響を及ぼす事をなくすべく発明したものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の転がり軸受用荷
重測定装置は何れも、外周面に内輪軌道を有する内輪と
内周面に外輪軌道を有する外輪と上記内輪軌道と外輪軌
道との間に設けられた複数の転動体とを備えた転がり軸
受に加わる荷重を、上記内輪が固定で外輪が回転する状
態で測定するものである。

【０００８】この様な本発明の転がり軸受用荷重測定装
置のうち、請求項１に記載した転がり軸受用荷重測定装
置は、片持ち式に支持されてその先端部に上記内輪を外
嵌固定する軸と、この軸の中間部に軸心と直角方向に形
成された貫通孔と、この貫通孔の内面に添着された歪み
ゲージと、この歪みゲージの検出信号に基づいて上記転
がり軸受に加わる荷重を算出する演算器とを備えてい
る。

【０００９】又、請求項２に記載した転がり軸受用荷重
測定装置は、片持ち式に支持されてその先端部に上記内
輪を外嵌固定する軸と、この軸の中間部に設けられた、
断面形状が四角形である四角柱部と、この四角柱部の外
周面を構成する四つの平面のうちの少なくとも互いに直
交する二つの面に添着された歪みゲージと、この歪みゲ
ージの検出信号に基づいて上記転がり軸受に加わる荷重
を算出する演算器とを備えている。

【００１０】

【作用】上述の様に構成される本発明の転がり軸受用荷
重測定装置による測定作業時に軸は、転がり軸受に加わ
る荷重により弾性変形し、この弾性変形量が貫通孔内面
（請求項１の場合）、或は四角柱部の外周面（請求項２
の場合）に設けられた歪みゲージにより検出される。そ
して、演算器が上記転がり軸受に加わる荷重を算出す
る。本発明の転がり軸受用荷重測定装置の場合には、歪
みゲージを転がり軸受に直接添着しない為、転がり軸受
の構成部品に、測定値に影響を及ぼす様な加工を施す必
要がない。この結果、信頼性の高い測定結果を得られ
る。

【００１１】

【実施例】図１〜２は、請求項１に対応する、本発明の
第一実施例を示している。この実施例は、プーリ１１を
支承した深溝型玉軸受１２にベルト３２から加えられる
荷重を測定するものである。転がり軸受の一種である上
記深溝型玉軸受１２は、外周面に深溝型の内輪軌道１３
を有する内輪１４と、内周面に深溝型の外輪軌道１５を
有する外輪１６と、上記内輪軌道１３と外輪軌道１５と
の間に設けられた、それぞれが転動体である玉１７、１
７とを備える。尚、玉１７、１７は、保持器１８により
転動自在に保持されている。この様な深溝型玉軸受１２
に加わる荷重を測定する際には、上記プーリ１１と共に
外輪１６を回転させる。上記内輪１４は固定のまま回転
しない。即ち、測定作業時には上記プーリ１１と図示し
ない駆動プーリとの間にベルト３２を掛け渡し、このプ
ーリ１１及び上記外輪１６を回転駆動する。

【００１２】この様な深溝型玉軸受１２に加わる荷重を
測定すべく構成された転がり軸受用荷重測定装置は、固
定の支持脚２０と、この支持脚２０に片持ち式に支持さ
れた軸２１とを有する。この軸２１は、基端部（図１〜
２の左端部）に取付フランジ２２を、先端部（図１〜２
の右端部）に雄ねじ部２３を、それぞれ有する。又、中
間部には四角柱部２４を設け、この四角柱部２４と上記
取付フランジ２２とを大径円柱部２５により、同じく四
角柱部２４と上記雄ねじ部２３とを小径円柱部２６によ
り、それぞれ連続させている。上記四角柱部２４の断面
形状は正方形である。そして、この断面形状（正方形）
の最大内接円の直径は上記小径円柱部２６の外径よりも
大きく、同じく最小外接円の直径は上記大径円柱部２５
の外径よりも小さい。

【００１３】上述の様な軸２１は、上記大径円柱部２５
を上記支持脚２０に形成された円孔２７に内嵌すると共
に、上記取付フランジ２２を上記支持脚２０にねじ止め
結合する事で、この支持脚２０に片持ち式に支持されて
いる。この状態で上記軸２１の先端部の小径円柱部２６
には、上記内輪１４を外嵌し、更に上記雄ねじ部２３に
螺合したナット２８により、この内輪１４を固定してい
る。

【００１４】一方、上記四角柱部２４には貫通孔２９
を、軸２１の軸心と直角方向であって上記四角柱部２４
の外面を構成する４面のうちの上下２面と平行に形成し
ている。図示の実施例の場合にこの貫通孔２９は、互い
に平行な１対の円孔部３０、３０同士をスリット状の連
通部３１により連通させて成る。この貫通孔２９は、前
記ベルト３２から上記軸２１に加わる荷重の方向（図１
の下向き）に対し捩れの位置関係となる方向（図１の表
裏方向）に形成している。尚、上記貫通孔２９を形成す
る為に軸２１の中間部に四角柱部２４を形成したのは、
軸２１の曲げ方向に亙る弾性変形が、そのまま貫通孔２
９内面の弾性変形に結び付く様にして、測定感度を良好
にする為である。

【００１５】上述の様な貫通孔２９の内面には歪みゲー
ジ３３ａ〜３３ｄを添着している。図示の実施例の場
合、歪みゲージ３３ａ、３３ｂをそれぞれ円孔部３０、
３０の軸方向（図１の表裏方向、図２の上下方向）に亙
って添着し、歪みゲージ３３ｃ、３３ｄをそれぞれ円孔
部３０、３０の円周方向（図１〜２の左右方向）に亙っ
て添着している。これら各歪みゲージ３３ａ〜３３ｄの
検出信号は、導線３４により演算器３５を含む制御器３
８に入力している。この演算器３５は、上記各歪みゲー
ジ３３ａ〜３３ｄから送り込まれる検出信号に基づい
て、前記深溝型玉軸受１２に加わる荷重を算出する。
尚、上記制御器３８はこの演算器３５の前に、動歪み増
幅器３６とＡ／Ｄ変換器３７とを設けている。上記検出
信号は、動歪み増幅器３６を通過する事で増幅され、Ａ
／Ｄ変換器３７を通過する事でディジタル信号に変換さ
れてから、上記演算器３５に送り込まれる。

【００１６】上述の様に構成される本発明の転がり軸受
用荷重測定装置による測定作業時に軸２１は、ベルト３
２の張力に基づきプーリ１１を介して深溝型玉軸受１２
に加わる荷重により弾性変形する。この際、変形量は荷
重の大きさに比例したものとなる。又、上記弾性変形
は、上記軸２１の下半部が圧縮され、上半部が伸長する
方向で発生する。従って、上記各円孔部３０、３０の上
半部内周面が、曲率半径が大きくなる方向に弾性変形す
る。そして、この内周面に添着された上記各歪みゲージ
３３ａ〜３３ｄが、上記荷重に対応した出力の検出信号
を惹起し、上記導線３４を通じて上記制御器３８にこの
検出信号を送る。そして、この制御器３８の演算器３５
が上記深溝型玉軸受１２に加わる荷重を算出する。

【００１７】特に、本発明の転がり軸受用荷重測定装置
の場合には、荷重検出用の歪みゲージ３３ａ〜３３ｄ
を、深溝型玉軸受１２を支承する軸２１に添着してお
り、この深溝型玉軸受１２に直接添着しない。この為、
内輪１４や外輪１６等、深溝型玉軸受１２の構成部品
に、切り欠き等、測定値に影響を及ぼす様な加工を施す
必要がない。この結果、信頼性の高い測定結果を得られ
る。

【００１８】次に、図１〜２に示した転がり軸受用荷重
測定装置により、実際に深溝型玉軸受１２に加わる荷重
を測定できるか否かを確認する為に本発明者が行なった
実験（第一の実験）に就いて説明する。この第一の実験
を開始するに当たり、先ず、動歪み増幅器３６の調整作
業を行なった。この調整作業は、内輪１４を固定すべく
ナット２８を緊締した後、プーリ１１にベルト３２を掛
けない状態で、このプーリ１１を介して上記深溝型玉軸
受１２に所定の大きさの荷重を付与し、この荷重と演算
器３５の算出値を一致させる事で行なった。この際に合
わせて、上記各歪みゲージ３３ａ〜３３ｄの検出信号
が、０〜５００kgf の範囲で直線性を有する事を確認し
た。

【００１９】上記の初期設定を終了した後、上記プーリ
１１にベルト３２を掛け渡し、このベルト３２によりプ
ーリ１１に所定のラジアル荷重を付与した。尚、実験に
使用した深溝型玉軸受は、出願人会社製で呼び番号が６
３０３（外径＝４７mm、内径＝１７mm、幅＝１４mm）の
ものを使用した。又、上記ラジアル荷重の大きさとして
は、１００kgf と２００kgf との２通りに就いて実施し
た。この結果を次の表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】この表１中、条件１、２は、プーリ１１と
して偏心プーリを使用する事により上記深溝型玉軸受１
２に加わるラジアル荷重を変動させたもの、条件３、４
は回転速度を１０秒を１周期として１０００〜５０００
r.p.m.の範囲で変化させる事により上記ラジアル荷重を
変動させたもの、条件５、６は加振器でベルト３２に振
動を加える事により上記ラジアル荷重を変動させたもの
である。この様な実験結果を示す上記表１の記載から明
らかな通り、本発明の転がり軸受用荷重測定装置によ
り、実際に深溝型玉軸受１２に加わる荷重並びにその変
動を測定できる。尚、条件１での測定結果をグラフに表
すと図３に示す様になる。この図３に示された荷重の変
動の周期は、偏心プーリの回転の周期と完全に一致し
た。

【００２２】次に、図４〜６は、請求項２に対応する、
本発明の第二実施例を示している。この実施例は、プー
リ１１を支承した深溝型玉軸受１２にベルト３２から斜
め方向に加えられる荷重を測定するものである。固定の
支持脚２０に片持ち式に支持された軸２１ａの中間部
に、断面形状が正方形である四角柱部２４ａを有する。
上述した第一実施例の場合とは異なり、この四角柱部２
４ａには貫通孔２９（図１〜２）を形成せず、単なる
（充実体の）四角柱部２４ａとしている。この様な四角
柱部２４ａを構成する４面のうちの２面は鉛直方向に配
置し、残りの２面は水平方向に配置している。

【００２３】この様な四角柱部２４ａのうちの上面及び
片側面には、それぞれ４個ずつの歪みゲージ３３ａ〜３
３ｄ、３３ａ´〜３３ｄ´を添着している。図示の実施
例の場合、各歪みゲージ３３ａ、３３ａ´３３ｂ、３３
ｂ´を各面の幅方向に亙って添着し、各歪みゲージ３３
ｃ、３３ｃ´、３３ｄ、３３ｄ´をそれぞれ各面の長さ
方向（図４〜５の左右方向）に亙って添着している。こ
れら各歪みゲージ３３ａ〜３３ｄ、３３ａ´〜３３ｄ´
の検出信号は、前述した第一実施例と同様に、導線３４
により演算器３５を含む制御器３８に入力している。本
実施例が前述した第一実施例と異なる点は、傾斜方向に
加わる荷重を測定すべく、各歪みゲージ３３ａ〜３３
ｄ、３３ａ´〜３３ｄ´を四角柱部２４ａのうちの上面
及び片側面に添着した点にある。その他、多くの点では
前述した第一実施例と同様である為、同等部分には同一
符号を付して重複する説明を省略する。

【００２４】上述の様に構成される本発明の転がり軸受
用荷重測定装置による測定作業時に軸２１ａは、ベルト
３２の張力に基づきプーリ１１を介して深溝型玉軸受１
２に加わる荷重により弾性変形する。この際、変形量は
荷重の大きさに比例したものとなる。図６に示す様に、
上記プーリ１１から左上方向にベルト３２を掛け渡した
状態で上記弾性変形は、上記軸２１ａの上半部及び左半
部が圧縮され、下半部及び右半部が伸長する方向で発生
する。そして、上記四角柱部２４ａの上面及び片側面に
添着された上記各歪みゲージ３３ａ〜３３ｄ、３３ａ´
〜３３ｄ´が、上記荷重に対応した出力の検出信号を惹
起し、上記導線３４を通じて上記制御器３８にこの検出
信号を送る。そして、この制御器３８の演算器３５が上
記深溝型玉軸受１２に加わるラジアル荷重Ｆを算出す
る。特に本実施例の場合には、水平方向に加わる荷重Ｆ
_x は、前記四角柱部２４ａの片側面に添着した歪みゲー
ジ３３ａ´〜３３ｄ´により検出し、鉛直方向に加わる
荷重Ｆ_y は上記四角柱部２４ａの上面に添着した歪みゲ
ージ３３ａ〜３３ｄにより検出する。そして、上記ラジ
アル荷重Ｆは、これら両方向の荷重Ｆ_x 、Ｆ_y の合力
（Ｆ＝√（Ｆ_x ²＋Ｆ_y ²））として算出する。

【００２５】本実施例の場合にも、荷重検出用の歪みゲ
ージ３３ａ〜３３ｄ、３３ａ´〜３３ｄ´を深溝型玉軸
受１２を支承する軸２１ａに添着しており、この深溝型
玉軸受１２には直接添着しない為、信頼性の高い測定結
果を得られる。特に、本実施例の転がり軸受用荷重測定
装置の場合には、ベルト３２から深溝型玉軸受１２に加
わる荷重の方向が四角柱部２４ａを構成する面の方向と
一致しなくても、この荷重を正確に測定できる。

【００２６】次に、図４〜６に示した転がり軸受用荷重
測定装置により、実際に深溝型玉軸受１２に加わる荷重
を測定できるか否かを確認する為に本発明者が行なった
実験（第二の実験）に就いて説明する。この第二の実験
を開始するに当たり、前述した第一の実験の場合と同様
に、動歪み増幅器３６の調整作業を行なうと共に、上記
各歪みゲージ３３ａ〜３３ｄ、３３ａ´〜３３ｄ´の検
出信号が、０〜５００kgf の範囲で直線性を有する事を
確認する初期設定を行なった。この初期設定を終了した
後、深溝型玉軸受１２に外嵌固定したプーリ１１とモー
タ４０により駆動される駆動プーリ４１との間にベルト
３２を掛け渡し、このベルト３２によりプーリ１１に所
定のラジアル荷重を付与した。尚、実験に使用した深溝
型玉軸受は、前述した第一の実験と同じものである。こ
の結果を次の表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】この表２中、条件１〜４は、プーリ１１と
して偏心プーリを使用する事により上記深溝型玉軸受１
２に加わるラジアル荷重を変動させたもので、条件１〜
２はプーリ１１の回転速度を１０００r.p.m.としたも
の、条件３〜４はプーリ１１の回転速度を５０００r.p.
m.としたものである。又、条件５、６は回転速度を１０
秒を１周期として１０００〜５０００r.p.m.の範囲で変
化させる事により、上記ラジアル荷重を変動させたもの
である。この様な試験結果を示す上記表２の記載から明
らかな通り、第二実施例の転がり軸受用荷重測定装置に
よっても、前述した第一実施例の場合と同様に、実際に
深溝型玉軸受１２に加わる荷重並びにその変動を測定で
きる。又、本実施例の場合も条件１〜４で荷重は、前記
図３に示す様に変動し、この変動の周期は偏心プーリの
回転の周期と完全に一致した。

【００２９】尚、図４〜５に示した測定装置で、四角柱
部２４ａの１面にのみ歪みゲージを添着し、この１面に
対し直角方向に加わる荷重を測定する事も可能である
が、この様に１面に直角方向に加わる荷重を測定するの
であれば、図１〜２に示した装置の方が測定精度が良
い。又、本発明の測定装置により荷重を測定可能な転が
り軸受は、図示の様な単列深溝型玉軸受に限定されな
い。アンギュラ型玉軸受、ころ軸受、テーパころ軸受に
加わる荷重に就いても測定可能である。更に、単列の転
がり軸受に限らず、複列転がり軸受に就いても、転がり
軸受全体に加わる荷重を正確に測定可能である。

【００３０】

【発明の効果】本発明の転がり軸受用荷重測定装置は以
上に述べた通り構成され作用するので、次の様な効果を
得られる。転がり軸受本来の形状のまま測定を行なえるので、
実際の使用状態に合致する正確な測定結果を得られる。歪みゲージが軸の内部に組み込まれるので、装置全
体を小型且つ軽量に構成できる。歪みゲージは測定すべき荷重に応じて変形する以
外、特に拘束されない為、歪みゲージの検出値に基づく
測定値が正確になる。

【００３１】更に、請求項２に記載した転がり軸受用荷
重測定装置は、ラジアル荷重の方向が特定されなくても
測定可能である為、実際の使用状態に即した測定を容易
に行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定装置の第一実施例の全体構成を示
す図。

【図２】軸のみを取り出して図１の上方から見た図。

【図３】測定結果を示すグラフ。

【図４】本発明の測定装置の第二実施例の全体構成を示
す図。

【図５】軸のみを取り出して示す斜視図。

【図６】測定の為にモータ及び駆動プーリと組み合わせ
た状態を示す正面図。

【図７】従来の測定装置の１例を示す部分断面図。

【図８】外輪の部分拡大斜視図。

【符号の説明】

１ハウジング２回転軸３ａ、３ｂ転がり軸受４ａ、４ｂ外輪５ａ、５ｂ内輪６ａ、６ｂ外輪軌道７ａ、７ｂ内輪軌道８転動体９切り欠き１０歪みゲージ１１プーリ１２深溝型玉軸受１３内輪軌道１４内輪１５外輪軌道１６外輪１７玉１８保持器２０支持脚２１、２１ａ軸２２取付フランジ２３雄ねじ部２４、２４ａ四角柱部２５大径円柱部２６小径円柱部２７円孔２８ナット２９貫通孔３０円孔部３１連通部３２ベルト３３ａ、３３ａ′、３３ｂ、３３ｂ′、３３ｃ、３３
ｃ′、３３ｄ、３３ｄ′歪みゲージ３４導線３５演算器３６動歪み増幅器３７Ａ／Ｄ変換器３８制御器３９導線４０モータ４１駆動プーリ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外周面に内輪軌道を有する内輪と内周面
に外輪軌道を有する外輪と上記内輪軌道と外輪軌道との
間に設けられた複数の転動体とを備えた転がり軸受に加
わる荷重を、上記内輪が固定で外輪が回転する状態で測
定する転がり軸受用荷重測定装置であって、片持ち式に
支持されてその先端部に上記内輪を外嵌固定する軸と、
この軸の中間部に軸心と直角方向に形成された貫通孔
と、この貫通孔の内面に添着された歪みゲージと、この
歪みゲージの検出信号に基づいて上記転がり軸受に加わ
る荷重を算出する演算器とを備えた転がり軸受用荷重測
定装置。
【請求項２】外周面に内輪軌道を有する内輪と内周面
に外輪軌道を有する外輪と上記内輪軌道と外輪軌道との
間に設けられた複数の転動体とを備えた転がり軸受に加
わる荷重を、上記内輪が固定で外輪が回転する状態で測
定する転がり軸受用荷重測定装置であって、片持ち式に
支持されてその先端部に上記内輪を外嵌固定する軸と、
この軸の中間部に設けられた、断面形状が四角形である
四角柱部と、この四角柱部の外周面を構成する四つの平
面のうちの少なくとも互いに直交する二つの面に添着さ
れた歪みゲージと、この歪みゲージの検出信号に基づい
て上記転がり軸受に加わる荷重を算出する演算器とを備
えた転がり軸受用荷重測定装置。