JP3674755B2 - プーリ荷重測定方法およびプーリ荷重測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルトが巻き付けられてあるプーリにかかる荷重を測定するプーリ荷重測定方法およびこれに用いるプーリ荷重測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジン等においては、そのエンジンのクランクシャフトを駆動プーリとし、補機が装備するプーリを従動プーリとして、両プーリ間にプーリを巻き付け、駆動プーリの回転を従動プーリに伝達させるようになっている。このようなベルト系における従動プーリには軸受けが使用されているものがある。この軸受けはプーリ軸受けとも称されていて、例えば、内輪と、外輪と、両輪間の玉とで構成された玉軸受け構造のものがある。このようなプーリ軸受けでは、実際の条件に即してそれに作用する荷重（軸受け荷重ということにする）の変化を測定することでそれの設計を行うことが必要であるが、その一つとしてベルトの張力を実際に即して変化させ、このときの軸受け荷重の測定結果から、プーリ軸受けの設計を行うようにしている。このような軸受け荷重を測定する従来の測定方法においては、ベルトの張力＝プーリ軸受けに作用する荷重であるとして、プーリにラジアル荷重を作用させて測定していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、走行中のベルトはその張り側と緩み側で張力が異なるが、プーリ軸受けの設計では、このようなベルトの張り側張力と緩み側張力それぞれがいかなる値であるか、またそれらがどのように変化するかも考慮することが必要な場合がある。しかしながら、従来の測定方法では、単にラジアル荷重を変化させるものであるために、このような張り側張力と緩み側張力の測定は困難であるうえ、まして、それら張力の変化を測定することができず、プーリ軸受けを実際に即して正確に設計するえうでは不十分な測定方法であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のプーリ荷重測定方法においては、ベルトが巻き付けられてあるプーリにかかる荷重を測定するプーリ荷重測定方法において、プーリの回転中心を通りかつベルトの張り側巻き付け接線方向および緩み側巻き付け接線方向にそれぞれ直交する線上にプーリから荷重がかかる負荷点をそれぞれ設定し、ベルトを走行させた状態で該ベルトの張力により前記各負荷点それぞれにかかる負荷荷重を測定し、この測定した負荷荷重からプーリにかかる荷重の状態を測定するようにしたものであり、プーリ軸受けの設計を十分に行うことが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【０００７】
図１ないし図３を参照して本発明のプーリ荷重測定方法について説明する。図１はこの方法に用いるプーリ荷重測定装置とこれにより荷重が測定されるプーリ等の平面図であり、図２は図１のＡーＡ線に沿う断面図であり、図３は図１の要部の斜視図である。実施の形態の方法においては、駆動プーリと従動プーリとの間にベルトが巻き付けられて走行しているときのプーリに作用する荷重を測定する場合について説明するが、このプーリとしては、上述したように自動車などのエンジンのクランクシャフトを一方のプーリとし、補機が装備するプーリを他方のプーリとするなど、その用途はなんでもよい。また、プーリの数とそれに巻き付けられるベルトの巻き付け形態はなんでもよい。
【０００８】
本実施の形態のプーリ荷重測定方法の説明に先だって、この方法に用いられるプーリ荷重測定装置を説明する。不図示の基台上には駆動プーリ２が回転可能に配備されている。また、基台上には摺動レール４が固定されている。この摺動レール４上にはこれに沿って摺動可能に摺動台６が取り付けられている。摺動台６は摺動溝６ａを有し、この摺動溝６ａに摺動レール４が入り込んだ状態で摺動レール４に沿って摺動可能であるとともに、不図示の手段により摺動レール４上の所要の摺動位置で固定し得るようになっている。摺動台６上には適宜のネジあるいは溶接等の固定手段でもってプーリ支持テーブル８が固定されている。プーリ支持テーブル８は、それぞれが円柱形の大径部８ａとこの大径部８ａ上の小径部８ｂとで構成されている。プーリ支持テーブル８はその小径部８ｂの外周で従動プーリ（プーリ軸受け）１２を支持するが、摺動台６と共に摺動レール４上に沿って移動することでプーリ１２にかかる荷重を調整できる機構としても機能するようになっている。駆動プーリ２と従動プーリ１２との間にベルト１４が巻き付けられている。従動プーリ１２は、基本構造として内輪１６と外輪１８と両輪間の玉２０とを有する玉軸受け構造となっているが、このような軸受け構造に限定されない。内輪１６はプーリ支持テーブル８の外周に不図示の適宜の手段で固定される。ベルト１４はこの外輪１８の外周に巻き付けられることになる。なお、従動プーリ１２はこの外輪１８だけを指しても構わず、要するにベルト１４が巻き付けられる回転体構造であればよい。ベルト１４はエンジンのクランクシャフト等の駆動プーリ２の回転により駆動されることで補機内のプーリ等の従動プーリ１２を回転駆動する。
【０００９】
プーリ荷重測定装置は、プーリ支持テーブル８の大径部８ａの外周に備えられた負荷体としての一対の突出体２２，２４を有している。第１突出体２２は、従動プーリ１２の回転中心Ｏを通りかつベルト１４の張り側巻き付け接線方向に直交する線Ｌ１上に位置している。第２突出体２４は、従動プーリ１２の回転中心Ｏを通りかつベルト１４の緩み側巻き付け接線方向に直交する線Ｌ２上に位置している。この場合、ベルト１４の従動プーリ１２に対する巻き付け角度θは１８０度であり、したがって、両突出体２２，２４は、従動プーリ１２の回転中心Ｏから１８０度方向に対向されているので、両線Ｌ１，Ｌ２は一致することになる。またこれら突出体２２，２４は、具体的には、プーリ支持テーブル８と一体物であってプーリ支持テーブル８の大径部８ａ外周から径方向外方に突出した突出構造であるとか、プーリ支持テーブル８とは別体物でプーリ支持テーブル８の大径部８ａ外周に接着剤とかネジ等で固定装着した突出構造となっている。
【００１０】
プーリ荷重測定装置はまた、従動プーリ１２の回転に伴い第１突出体２２に当接可能であるとともに当接によりそれから負荷荷重を受ける第１荷重測定器２６と、第２突出体２４に当接可能であるとともに当接によりそれから負荷荷重を受ける第２荷重測定器２８とを有している。これら荷重測定器２６，２８はいずれも後述の負荷点に当接する測定子３０，３２をそれぞれ有し、測定子３０，３２が荷重を受けて押し込まれた物理変位量を電気量に変換し、この電気量を出力可能となっている。荷重測定器２６，２８はその他の構造を有するものでもよく、例えば測定子３０，３２を感圧構造とし各突出体２２，２４から受ける圧力に応じた電気信号を出力するものなどなんでもよい。
【００１１】
プーリ支持テーブル８には摺動台６の移動方向に沿う形状の開口３４が形成されており、両荷重測定器２６，２８それぞれは、基台上に固定されこの開口３４を介して対応する各突出体２２，２４それぞれに相対向するようになっている。ここで、第１および第２突出体２２，２４それぞれは、対応する荷重測定器２６，２８の測定子３０，３２と当接する箇所をそれぞれ第１および第２負荷点として有する。
【００１２】
作用を説明する。
【００１３】
まず、測定条件を設定する。
【００１４】
ベルト１４の従動プーリ１２への巻き付け角度は１８０度である。プーリ支持テーブル８を摺動台６と共に摺動レール４上に沿って所定距離移動させることで静止状態でのベルト１４にかかる張力つまり従動プーリ１２の初期荷重を設定する。こうして測定条件を設定した後、次の（１）（２）でそれぞれ従動プーリ１２への荷重を測定する。
【００１５】
（１）ベルト１４の静止状態
このような測定条件下において、かつ、ベルト１４が静止状態にあるときでは、第１荷重測定器２６の測定子３０が第１突出体２２の負荷点から受ける第１負荷荷重（Ｒ１０）と、第２荷重測定器２８の測定子３２が第２突出体２４の負荷点から受ける第２負荷荷重（Ｒ２０）とが等しくＲ１０＝Ｒ２０であり、ベルト１４の張り側張力（Ｔ１０）と緩み側張力（Ｔ２０）とが等しくＴ１０＝Ｔ２０であり従動プーリ１２には回転モーメントは作用しない。このようなベルト１４が静止状態にあるときのベルト１４の張り側接線方向の従動プーリ１２への荷重とベルト１４の緩み側接線方向の従動プーリ１２への荷重は共に等しい。
【００１６】
（２）ベルト１４の走行状態
次いで、駆動プーリ２を所定の回転数で回転させてベルト１４を走行させ、これによって、従動プーリ１２を図中矢印方向に回転駆動させる。このようにして走行中のベルト１４ではその張り側と緩み側とで張力（Ｔ１＞Ｔ２）が異なってくるので、それに対応して第１荷重測定器２６の測定子３０は第１突出体２２の負荷点から第１負荷荷重（Ｒ１１）を受け、第２荷重測定器２８の測定子３２は第２突出体２４の負荷点から第２負荷荷重（Ｒ２１）を受ける。そうすると、ベルト１４の張り側張力（Ｔ１１）により従動プーリ１２にかかる回転モーメント（Ｍ１）とベルト１４の緩み側張力（Ｔ２１）により従動プーリ１２にかかる回転モーメント（Ｍ２）とのモーメント差（Ｍ１−Ｍ２）と、第１負荷荷重（Ｒ１１）による第１負荷点での回転モーメント（Ｍ１’）と第２負荷荷重（Ｒ２１）による第２負荷点での回転モーメント（Ｍ２’）とのモーメント差（Ｍ１’−Ｍ２’）とが釣り合う。また両張力の合計（Ｔ１１＋Ｔ２１）と両負荷荷重の合計（Ｒ１１＋Ｒ２１）とが等しい。
【００１７】
したがって、ベルト１４の張り側張力（Ｔ１１）、緩み側張力（Ｔ２１）、第１負荷荷重（Ｒ１１）、第２負荷荷重（Ｒ２１）との間には、従動プーリ１２の半径をｒ１、従動プーリ１２の回転中心Ｏから第１および第２負荷点それぞれまでの距離が共に等しくｒ２とすると、次に示す不等式（１）と等式（２）（３）が成立することになる。
【００１８】
Ｔ１１＞Ｔ２１ … （１）
（Ｍ１−Ｍ２）−（Ｍ１’−Ｍ２’）＝０ … （２）
Ｔ１１＋Ｔ２１＝Ｒ１１＋Ｒ２１ … （３）
ここで、Ｍ１ −Ｍ２ ＝ｒ１（Ｔ１１−Ｔ２１）、
Ｍ１’−Ｍ２’＝ｒ２（Ｒ１１−Ｒ２１）である。
【００１９】
これら式に対しｒ１，ｒ２は既知の値であるから、各荷重測定器２６，２８それぞれで測定した負荷荷重（Ｒ１１，Ｒ２１）それぞれを用いることで、ベルト１４の張り側張力（Ｔ１１）と緩み側張力（Ｔ２１）それぞれを求めることができる。なお、実施の形態では図示していないが、各荷重測定器２６，２８それぞれにマイクロコンピュータ等の演算手段を接続し、マイクロコンピュータに各荷重測定器２６，２８それぞれから負荷荷重を入力させ、この入力した負荷荷重をマイクロコンピュータ内で前記式に対応した演算を行わせることでベルト１４の張り側張力と緩み側張力それぞれを測定することができる。
【００２０】
このような測定により、張り側張力であるベルトの張り側巻き付き接線方向に作用する荷重、および緩み側張力であるベルトの緩み側巻き付き接線方向に作用する荷重を求めることができる。
【００２１】
このような測定方法では、ベルトの従動プーリに対する巻き付け角度とか初期荷重あるいは従動プーリの回転数等の測定条件をどのように変えても、それぞれの測定条件に対応して従動プーリ１２にかかるベルト１４の張り側巻き付け接線方向に作用する荷重、緩み側巻き付け接線方向に作用する荷重をそれぞれ測定することができるから実際の条件に即してプーリ軸受けを設計することができる。
【００２２】
例えば前記ベルトの巻き付け角度に関し、本実施の形態は、図４で示されるように、駆動プーリ２の半径を大きくし、これによって、測定条件として、従動プーリ１２に対するベルト１４の巻き付け角度θを大きく設定しても、第１および第２突出体２２，２４それぞれを従動プーリ１２の回転中心Ｏを通りかつベルト１４の張り側巻き付け接線方向および緩み側巻き付け接線方向にそれぞれ直交する線上に位置して従動プーリ１２の回転による負荷をかけられるように配置し、また、各荷重測定器も従動プーリ１２の回転に伴い前記両負荷点それぞれから負荷荷重を受け得るように配置することで、上述と同様にして従動プーリ１２に作用する荷重を測定することができる。
【００２３】
また、本実施の形態では、上述したような測定形態に限定されるものでは一切なく、例えば図５（ａ）（ｂ）（ｃ）で示されるようなプーリの関係およびベルトの巻き付け関係でも同様に実施できる。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）ではいずれも駆動プーリ２と、従動プーリ１２と、ベルトの巻き付け角度設定機構としてのプーリ３６とで構成されており、このプーリ３６により従動プーリ１２に対するベルト１４の巻き付け角度が図５（ａ）では６０度に設定され、図５（ｂ）では１２０度に設定され、図５（ｃ）では１８０度に設定されている。いずれの場合も例えば図６で示されるようなプーリ荷重測定装置を用いて従動プーリ１２に作用する荷重を測定することができる。図６では、駆動プーリ２と従動プーリ１２と巻き付け角度設定プーリ３６との間にベルト１４が巻き付けられている状態が示されており、基台３８と基台４０との間にプーリ３６を図中矢印で示すように上下左右方向に移動させる巻き付け角度設定用移動機構４２と、基台４０と基台４２との間にプーリ支持テーブル８を図中矢印で示すように左右方向に移動させる荷重設定用移動機構４４とが設けられている。詳細は省略するが巻き付け角度設定用移動機構４２によりプーリ３６を移動させて図５（ａ）（ｂ）（ｃ）のようにそれぞれ巻き付け角度を６０度、１２０度、１８０度に設定させるものである。荷重設定用移動機構４４は、ハンドル形態となっていてその回転操作でプーリ支持テーブル８を図中左右方向に摺動させることで従動プーリ１２への荷重を設定するものである。プーリ支持テーブル８には従動プーリ１２が設けられているとともに、負荷体としての複数の突出体４６ａ〜４６ｈが６０度間隔で配備されている。そして、これら突出体それぞれの間に荷重測定器４８ａ〜４８ｈが対向配備されている。ベルト１４の巻き付け角度θが６０度、１２０度、１８０度それぞれに対応する突出体とそれに対向する荷重測定器との組み合わせで、それぞれの荷重を測定するようになっている。このようにして、図６の装置も、負荷体としての突出体それぞれが、従動プーリ１２の回転中心Ｏを通りかつベルト１４の張り側巻き付け接線方向および緩み側巻き付け接線方向にそれぞれ直交する線上に位置し、荷重測定器それぞれが、従動プーリ１２の回転に伴い前記突出体それぞれから負荷荷重を受けることで従動プーリ１２に作用する荷重を測定することができるとともに、巻き付け角度が変化しても、それに対応する突出体および荷重測定器を選定することで従動プーリ１２への荷重を測定することができて便利である。
【００２４】
なお、上述の実施の形態でベルトはプーリ間に巻き付けられるが、このプーリの意味は狭く限定されるものではなく、ベルトが巻き付けられる回転体構造であればその形態および名称は何でもよい。
【００２５】
なお、上述の実施の形態では、従動プーリは、軸受けで構成されたプーリ軸受けとなっているが、これに限定されるものではなく、軸受けとは別体構成のプーリであっても構わない。
【００２６】
なお、上述の実施の形態のプーリ荷重測定装置は、これをベルト張力測定装置に応用することができる。すなわち、従動プーリ１２等のプーリに巻き付けられて走行状態にあるベルト１４の張力を測定する装置であって、従動プーリ１２の回転中心を通りかつベルト１４の張り側巻き付け接線方向および緩み側巻き付け接線方向にそれぞれ直交する線上に位置する負荷体としての突出体２２，２４それぞれと、従動プーリ１２の回転に伴いこれら突出体２２，２４それぞれから負荷荷重を受け得る位置に配置される荷重測定器２６，２８それぞれとでベルト張力測定装置を構成しても構わない。このようなベルト張力測定装置の場合、ベルト１４が走行状態であっても容易にベルト１４の張り側張力と緩み側張力を正確に測定でき、また、簡単な構造でありながら、ベルト１４の従動プーリ１２に対する巻き付け角度が変化しても、また、従動プーリ１２の回転数が変化しても、従動プーリ１２への荷重が変化しても、正確に走行状態にあるベルト１４の張力を測定することができる。この場合、従動プーリ１２への荷重は図６の荷重設定機構で、巻き付け角度は図６の巻き付け角度設定機構で設定調整してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ベルトが走行しベルトの張力が張り側と緩み側とで異なり、また両張力が変化しても、これによるプーリに作用する荷重の変化を測定できるから、これに対応したプーリの設計が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプーリ荷重測定方法に用いられるプーリ荷重測定装置等の構成を示す平面図
【図２】図１のＡーＡ線に沿う断面図
【図３】図１の要部の斜視図
【図４】本発明の実施形態に係るプーリ荷重測定方法に用いられるプーリ荷重測定装置等の構成を示す平面図
【図５】本発明の実施形態に係るプーリ荷重測定方法で荷重が測定されるプーリ等の構成を示す平面図
【図６】図５の方法の実施に用いるプーリ荷重測定装置を示す側面図
【符号の説明】
２ 駆動プーリ
４ 摺動レール
６ 摺動台
８ プーリ支持テーブル
１０ 軸受け
１２ 従動プーリ
１４ ベルト
２２，２４ 突出体
２６，２８ 荷重測定器
３０，３２ 測定子

Claims (4)

1. ベルトが巻き付けられてあるプーリにかかる荷重を測定するプーリ荷重測定方法において、
   プーリの回転中心を通りかつベルトの張り側巻き付け接線方向および緩み側巻き付け接線方向にそれぞれ直交する線上にプーリから荷重がかかる負荷点をそれぞれ設定し、
   ベルトを走行させた状態で該ベルトの張力により前記各負荷点それぞれにかかる負荷荷重を測定し、
   この測定した負荷荷重からプーリにかかる荷重の状態を測定する、
   ことを特徴とするプーリ荷重測定方法。
2. 請求項１に記載のプーリ荷重測定方法において、
   ベルトのプーリに対する張り側と緩み側それぞれの張力とその張り側と緩み側それぞれの接線方向の負荷荷重とによる所定の回転モーメントの釣り合いの等式と、前記張り側と緩み側それぞれの張力の合計値と前記両負荷荷重の合計値とが等しいことを示す等式とを用いる、ことを特徴とするプーリ荷重測定方法。
3. ベルトが巻き付けられてあるプーリにかかる荷重を測定するプーリ荷重測定装置において、
   プーリの回転中心を通りかつベルトの張り側巻き付け接線方向および緩み側巻き付け接線方向にそれぞれ直交する線上に位置してベルトの張力によりプーリにかかる負荷を受けるための負荷体それぞれと、
   前記両負荷体それぞれから負荷荷重を受け得る位置に配置される荷重測定器それぞれと、
   プーリにかかる荷重を設定する荷重調整機構と、
   を具備したことを特徴とするプーリ荷重測定装置。
4. ベルトが巻き付けられてあるプーリにかかる荷重を測定するプーリ荷重測定装置において、
   プーリの回転中心を通りかつベルトの張り側巻き付け接線方向および緩み側巻き付け接線方向にそれぞれ直交する線上に位置してベルトの張力によりプーリにかかる負荷を受けるための負荷体それぞれと、
   前記両負荷体それぞれから負荷荷重を受け得る位置に配置される荷重測定器それぞれと、
   ベルトのプーリに対する巻き付け角度を設定する巻き付け角度設定機構と、
   を具備したことを特徴とするプーリ荷重測定装置。

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