JP4837846B2 - Pulley for belt load measurement - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は超過密スペースに配されるベルト伝動装置のベルト荷重を測定する際にこの測定系に何らの影響を与えることなく、且つ、簡便にベルト荷重の測定を可能にする方法に係り、詳しくは自動車用エンジンに用いられる補機駆動用ベルト伝動装置のベルト荷重を測定するに際し、実機エンジンのプーリレイアウトに何ら影響を与えることなくベルト荷重を測定するプーリに関する。
【0002】
【従来の技術】
周知の通り、自動車エンジンに用いられる補機駆動用ベルト伝動装置は、自動車の高級化に伴って使用される補機が増加するとともに、車体の軽量化、コンパクト化が必要とされることから、この補機をエンジン回りに展開するレイアウトは超過密状態になっている。
【0003】
この補機駆動用ベルト伝動装置は図3に示すように、エンジンクランク軸の回りにエヤコン(A/C)、交流発電機(ACG)、パワーステアリング(P/S)、ウォータポンプ(W/P)、オイルポンプ(O/P)等の補機を配し、これらの補機プーリとクランクプーリにベルトを巻き掛け、このクランクプーリを駆動することによって各補機を運転する装置である。
【0004】
また、この補機駆動用ベルト伝動装置はベルト張力を介して補機に負荷を伝達するものであるから、ベルト伝動装置の動特性(動力伝達性能、耐発音性能等)、あるいはベルトの耐久性の評価に際し、ベルト張力の測定は必須条件である。
【0005】
このベルト張力を測定する方法としては、第1にエンジン停止時の静的ベルト張力の測定であれば、ベルトスパン間のベルト共振周波数を測定することによって所要のベルト張力を求めることができる。
【0006】
第2にエンジン走行時の動的ベルト張力の測定であれば、荷重測定機能(歪ゲージ等のセンサ)を内蔵したベルト荷重測定用プーリをベルトスパン間に仮配置する、あるいは新たに取付け用ベース台を設け、本格固定する等の方法が用いられていた。
【0007】
しかしながら、第1の方法では静的ベルト張力の測定しか行えず、前述したように動的特性を適切に評価することができない。また、第2の方法では動的ベルト張力の測定は可能であるが、この方法では既設プーリレイアウトに余分なプーリを追加することになるため、プーリレイアウトを実機とは異なる態様にしていた。この弊害は特にイナーシャが関係する動的特性の評価に悪影響をもたらした。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
そこで実機プーリレイアウトを変更することなく、ベルト荷重を測定する方法として、図6に示すベルト荷重測定用プーリ3’が用いられるようになった。ベルト荷重測定用プーリ3’は実機プーリと同一の外形寸法(プーリ外径、幅)を有し、その内側に軸受9を内蔵し、且つこの軸受9は所定の取付部材7に嵌め合わされて然るべく取付けベース台8に固定又は仮配置される。このとき、ベルト荷重測定用プーリ3’は実機アイドラープーリのダミーとして交換組付けられる。
【0009】
図示の通り、ベルト荷重測定用プーリ3’に巻き掛けられたベルト2によるベルト張力の合力が、ベルト荷重(外力)となってベルト荷重測定用プーリ3’のプーリ外径部に作用する。このベルト荷重は取付け用ベース台8を固定支点とする片持構造の取付部材7に曲げモーメントによる応力歪み発生させる。
【0010】
この取付部材7は図示の通り、ベルト荷重方向に90度交差する方向に薄肉部を形成されているからベルト荷重方向に撓み易い構造となっており、この薄肉部には歪ゲージ10が両面に貼付されている。
【0011】
この歪ゲージ10の貼付位置には曲げモーメントによる応力歪みが生じるから、この歪ゲージ10を図示しないホイートストンブリッジおよび動歪計に接続し、歪量を測定し、この歪みをベルト荷重に換算することによって最終的にベルト張力を測定することができる。
【0012】
しかしながら、上記の従来方法には以下の課題が残されていた。すなわち、図6で示したベルト荷重測定用プーリ3’を図3で示すプーリレイアウトに使用する場合に、交換対象となる実機アイドラ−プーリ6の周囲には隣接する補機の構成部材、エンジンカバー、あるいはエンジン本体等が超過密状態に配されているので、ベルト荷重測定用プーリ3’を組付けることは事実上困難であった。
【0013】
すなわち、前記ベルト荷重測定用プーリ3’は、図6に示すように取付部材7に歪ゲージ10を貼付するスペースが余分に必要となるため、必然的に幅方向の長さが大きくなり、取付スペースに制限があった。
【0014】
このため図2で示すように実機アイドラープーリ6を取外して、その跡にベルト荷重測定用プーリ3’を取付けようとしても、ベルト荷重測定用プーリ3’の取付部材7が取付け用ベース台8に干渉し、物理的にその取付けはできなかった。
【0015】
又、図6に示すように取付部材7の向きを180度変えて取付ける方法もあるが、この方法であっても、エンジン本体11と反対側の架台12に取付け用ベース台8を構築しなければならず、この取付け用ベース台8の構築は一般に困難であり、且つ、取付部材7のオーバーハングのため取付け自体が不安定となる欠点があった。
【0016】
そこで本発明者は上記欠点を改善した新たな構造を有するベルト荷重測定用プーリを発明した。
【0017】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項1の発明は、複数のプーリにベルトを巻き掛けてなるベルト伝動装置のベルト荷重を検出するプーリにおいて、外周に円筒状のベルト懸架部を有し、軸受を内蔵する円筒状の外側ユニットと、外側ユニットを内側で支承するとともにベース台に固定する円筒状の内側ユニットと、外側ユニットの側方へ延設された円筒状の外延設部材と、内側ユニットの側方へ延設された円筒状の内延設部材と、外延設部材と内延設部材を一体に連結する接続手段と、外延設部材又は内延設部材のいずれか一方に貼付された歪ゲージと、で構成したベルト荷重測定用プーリである。
【0018】
請求項2の発明は、外延設部材又は内延設部材のいずれか一方には、薄肉部が形成され、この薄肉部に歪ゲージが貼付されている請求項1に記載のベルト荷重測定用プーリである。
【0019】
請求項3の発明は、歪ゲージが貼付された外延設部材又は内延設部材には、切欠き部が設けられている請求項1乃至2に記載のベルト荷重測定用プーリである。
【0020】
請求項4の発明は、内側ユニットは、ベース台に突設された取付部材と切離し可能に嵌合固定される請求項1乃至3に記載のベルト荷重測定用プーリである。
【0021】
請求項5の発明は、接続手段は、外延設部材および内延設部材の端部に形成したフランジ部をネジ止めする請求項1乃至4記載のベルト荷重測定用プーリである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて詳細に説明する。図1は実施例に係るベルト荷重測定用プーリを示す一部断面図であり、図2は本発明に係るアイドラ−プーリを示す一部断面図である。図3は本発明に係るプーリレイアウトを示す概略図である。また、図4は実施例に係る時系列観測波形を示すグラフ図であり、図5は実施例に係るベルト張力のRPMトラッキング分析結果を示すグラフ図である。図6は従来例に係るベルト荷重測定用プーリを示す一部断面図である。
【0023】
図1において、本発明に係るベルト荷重測定用プーリ3は、軸受9を内蔵した外側ユニット5と、この外側ユニット5を内側に支承するとともにベース台8に固定する内側ユニット4の2つに大きく区分される構造となっている。
【0024】
外側ユニット5は、外周にベルトを巻き掛ける円筒部と内周に軸受9を支承する円筒状のスリーブ5cを有し、このスリーブ5cは一方の側へ延設されて円筒状の外延接部材5bを形成する。
【0025】
また、内側ユニット4は、ベース台8上に突設した取付部材7に嵌め合わされて位置決めされるスリーブ4cと、このスリーブ4cから一方の側へ延設されて円筒状の内延設部材4bを形成する。
【0026】
上記の外側ユニット5と内側ユニット4は、円筒状の外延設部材5b、および円筒状の内延設部材4bを連結することによって一体化する。具体的には外延設部材5bおよび内延設部材4bの端部にフランジ5aおよびフランジ4aを形成し、これを連結することによって行う。
【0027】
このとき、このフランジ5aおよびフランジ4aは図示の通り、ボルトによって取外し可能に2枚重ねに連結される。連結された外延設部材5b又は内延設部材4bのいずれか一方の中間部には薄肉部が形成されて、その部位に歪ゲージ10が貼付される。
【0028】
ここで、上記外延設部材5b又は内延設部材4bのいずれか一方の中間部に形成された薄肉部はこのままでは全体として薄肉のリングを形成するが、このようなリング構造は変形し難い構造であるから、ゲージ感度を低下させるとともに応力―歪み線図の直線性が歪める欠点がある。
【0029】
そこで上記外延設部材5b又は内延設部材4bのいずれか一方に薄肉部を形成するとともに、薄肉部に位置する円筒状部材に切欠き部を設け、略、板バネ構造とすることによってゲージ感度を適正に維持する。
【0030】
尚、本実施例では歪ゲージは内延設部材4bに貼付していることから、この切欠き部は図3で示すように内延設部材4bに作用する曲げモーメントの方向と直角に交差する方向に所定の幅Hを切欠くことによって行われる。
【0031】
これによって内延設部材4bは、図3の矢印で示す曲げモーメントの方向に変形し易くなり歪ゲージ感度をあげることができる。一方、切欠き部を設けたことによりスペースが広くなり、歪ゲージの貼付作業が容易になる利点がある。
【0032】
尚、上記ベース台8及び取付部材7には、図2に示すように実機エンジンのエンジン本体11に設けられたオリジナルベース台8をそのまま使用するものであるから、図2に示した実機アイドラ−プーリ6を、図1に示した実施例のベルト荷重測定用プーリ3に交換することは極めて容易である。
【0033】
次にベルト荷重の測定原理を図1に基づいて詳細に説明する。図1に示すようにベルト荷重測定プーリ3には、ベルト2によるベルト荷重が図面矢印方向に作用する。このベルト荷重による外力は、外側ユニット5の軸受9を介してスリーブ5cに伝達され、更に外延設部材5bを経てフランジ5aに伝わる。このフランジ5aと内側ユニット4のフランジ4aは、ボルトによって分離可能に連結されているから、上記外力は、更に内延設部材4bを経てスリーブ4cに伝わる。このスリーブ4cはエンジン本体11のベース台8にボルトによって固定されているので、上記外力はこのベース台8で反力を受けてバランスする。
【0034】
上述した力の伝達経路内であれば、どの部位においてもベルト荷重の測定は可能であるが、本実施例では軸受9を強固に支承するために外延設部材5bには薄肉部を設けず、内延設部材4bに薄肉部を形成し、この薄肉部に歪ゲージ10を貼付した。
【0035】
尚、外側ユニット5の外延設部材5bおよび内側ユニット4の内延設部材4bは共に回転しない構造であるから、スリップリングを設ける必要はなく、内延設部材4bに貼付された歪ゲージ10のリード線をそのまま、図示しないホイートストンブリッジ、動歪計に接続することによって好適にベルト荷重を測定することができる。
【0036】
【実施例】
以下、実施例に係るベルト荷重測定用プーリ3、およびこれを用いて行った実験結果を詳細に説明する。
【0037】
実験に用いたエンジンは直列4気筒1000ccのエンジンであり、測定対象とするベルト伝動装置は、図3に示したエンジン補機駆動用ベルト伝動装置であった。また、実験に用いたベルトは三ツ星ベルト製4PK1704(リブ数4、周長1704mm)のVリブドベルトであった。
【0038】
また、ベルト荷重測定用プーリ3の外形寸法は実機アイドラ−プーリ6と同一寸法とし、プーリ幅は25mm、プー外径は88mmとした。
【0039】
また、軸受9には♯6008の玉軸受を用い、内延設部材4cに形成した薄肉部の寸法は、外径33mm、幅10mm、肉厚1.0mmとし、ベルト荷重方向180度対向位置2ヶ所に表裏計4枚の歪ゲージに貼付した。切欠き部の開口幅Hは、18mmとし、外側ユニット5のフランジ5aにネジ孔部4ヶ所を設け、内側ユニット4のフランジ4aをボルトにより2枚重ねに固定した。
【0040】
上記の通りに組立てられたベルト荷重測定用プーリ3を、実機エンジンのベース台8の取付部材7にスリーブ4cを介して固定した。結果、ベルト荷重測定用プーリ3はプーリレイアウトを何ら変更することなく、且つ実機エンジンと干渉することなく、極めて容易にアイドラープーリ6をベルト荷重測定用プーリ3に交換することが可能になった。
【0041】
以下、ベルト荷重測定用プーリ3を用いて、好適に測定したベルト荷重の測定例を図4、図5に基づいて説明する。
【0042】
図4のグラフの縦軸は定常運転状態でのベルト張力(Kgf/4リブ)を示し横軸は時間軸を示す。また、グラフ図中のパルス波形はクランク軸の回転周期を示し、1パルスはクランク軸1回転に同期している。
【0043】
図5のグラフはエンジンを加減速走行させたときのベルト荷重データを用いてベルト張力変動のRPMトラッキング分析を行った結果を示す。
【0044】
以上の通り、本発明に係るベルト荷重測定用プーリ3を用いることによって、実機アイドラ−プーリ6の外形寸法を変更することなく、又、プーリレイアウトに一切影響を与えることなく実機と同一条件でベルト荷重を測定することを可能にした。
【0045】
しかも、本発明に係るベルト荷重測定用プーリ3は内側ユニット4と外側ユニット5が容易に分離できること、また、内延設部材4bには切欠き部が設けられていることから歪ゲージ10の貼付作業、プーリの交換作業を極めて容易にすると共に歪ゲージ10のゲージ感度を改善する効果がある。
【0046】
尚、上記ベルト荷重測定用プーリ3は自動車エンジンに使用される補機駆動ベルト装置に限られることはなく、要はスペースの制約のある超過密スペースにおいてベルト荷重を実機状態のままで測定しなければならないケースに好適に用いられるものである。
【0047】
【発明の効果】
請求項1の発明は、これによってエンジンで代表される超過密なプーリレイアウトを有する補機駆動用ベルト伝動装置であっても、プーリレイアウト(すなわち、測定系)に影響を与えることなくベルト荷重を測定できる顕著な効果がある。
【0048】
請求項2の発明は、これによって歪ゲージの貼付作業を容易にし、且つ、歪ゲージの歪感度を改善する効果がある。
【0049】
請求項3の発明は、これによって歪ゲージの感度を改善する効果がある。
【0050】
請求項4の発明は、これによってベルト荷重測定用プーリを容易に実機プーリと交換することができる。
【0051】
請求項5の発明は、これによってベルト荷重測定用プーリを容易に組立てることが可能になるとともに歪ゲージの貼付作業を容易にし、且つ部品をモデュール化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に係るベルト荷重測定用プーリを示す一部断面図である。
【図2】本発明に係るアイドラ−プーリを示す一部断面図である。
【図3】本発明に係るプーリレイアウトを示す概略図である。
【図4】実施例に係る時系列観測波形を示すグラフ図である。
【図5】実施例に係るベルト張力のRPMトラッキング分析結果を示すグラフ図である。
【図6】従来例に係るベルト荷重測定用プーリの一部断面図である。
【符号の説明】
1 ベルト伝動装置
2 ベルト
3、3’ ベルト荷重測定用プーリ
4 内側ユニット
4a フランジ
4b 内延設部材
4c スリーブ
5 外側ユニット
5a フランジ
5b 外延設部材
5c スリーブ
6 アイドラ−プーリ
7 取付部材
8 ベース台
9 軸受
10 歪ゲージ
11 エンジン本体
12 架台[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for easily measuring a belt load without affecting the measurement system when measuring the belt load of a belt transmission device arranged in an overcrowded space. Relates to a pulley that measures the belt load without affecting the pulley layout of the actual engine when measuring the belt load of a belt drive for driving an auxiliary machine used in an automobile engine.
[0002]
[Prior art]
As is well known, the belt drive device for driving auxiliary equipment used in automobile engines increases the number of auxiliary equipment used in conjunction with the upgrading of automobiles, and it is necessary to reduce the weight and size of the vehicle body. The layout of deploying this auxiliary machine around the engine is overcrowded.
[0003]
As shown in FIG. 3, the auxiliary drive belt transmission device includes an air conditioner (A / C), an AC generator (ACG), a power steering (P / S), a water pump (W / P) around the engine crankshaft. ), An auxiliary machine such as an oil pump (O / P), etc., a belt is wound around the auxiliary pulley and the crank pulley, and each auxiliary machine is operated by driving the crank pulley.
[0004]
In addition, since this belt drive device for driving auxiliary equipment transmits the load to the auxiliary equipment through belt tension, the dynamic characteristics (power transmission performance, soundproofing performance, etc.) of the belt drive, or the durability of the belt In the evaluation, the belt tension is an indispensable condition.
[0005]
As a method for measuring the belt tension, first, if the static belt tension is measured when the engine is stopped, the required belt tension can be obtained by measuring the belt resonance frequency between the belt spans.
[0006]
Secondly, for dynamic belt tension measurement when the engine is running, a belt load measurement pulley with a built-in load measurement function (a sensor such as a strain gauge) is temporarily placed between the belt spans, or a new mounting base A method such as providing a stand and fixing it in earnest was used.
[0007]
However, in the first method, only the static belt tension can be measured, and the dynamic characteristics cannot be appropriately evaluated as described above. In the second method, the dynamic belt tension can be measured. However, in this method, an extra pulley is added to the existing pulley layout, so that the pulley layout is different from the actual machine. This detrimental effect had a particularly negative impact on the evaluation of dynamic properties involving inertia.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, as a method for measuring the belt load without changing the actual pulley layout, a belt
[0009]
As shown in the figure, the resultant tension of the belt tension by the
[0010]
As shown in the figure, the attachment member 7 is formed with a thin portion in a direction intersecting with the belt load direction by 90 degrees, and thus has a structure that is easily bent in the belt load direction. It is affixed.
[0011]
Since the strain strain due to the bending moment is generated at the position where the
[0012]
However, the following problems remain in the above conventional method. That is, when the belt
[0013]
That is, the
[0014]
Therefore, as shown in FIG. 2, even if the
[0015]
In addition, as shown in FIG. 6, there is a method of mounting by changing the direction of the mounting member 7 by 180 degrees. However, even with this method, the mounting base 8 must be constructed on the
[0016]
Therefore, the present inventor has invented a pulley for measuring a belt load having a new structure in which the above-described drawbacks are improved.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
That is, the invention of
[0018]
The invention according to
[0019]
The invention according to
[0020]
The invention according to
[0021]
The invention according to
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, it explains in detail using a drawing. FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a belt load measuring pulley according to an embodiment, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing an idler pulley according to the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram showing a pulley layout according to the present invention. FIG. 4 is a graph showing a time-series observation waveform according to the example, and FIG. 5 is a graph showing an RPM tracking analysis result of the belt tension according to the example. FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a belt load measuring pulley according to a conventional example.
[0023]
In FIG. 1, the belt
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
At this time, as shown in the figure, the flange 5a and the flange 4a are detachably coupled to each other by a bolt. A thin portion is formed in the intermediate portion of one of the connected outer extending member 5b and inner extending
[0028]
Here, the thin portion formed in the intermediate portion of either the outer extending member 5b or the inner extending
[0029]
Therefore, a gauge sensitivity is obtained by forming a thin portion in one of the outer extending member 5b and the inner extending
[0030]
In this embodiment, since the strain gauge is affixed to the inwardly extending
[0031]
As a result, the inwardly extending
[0032]
Since the base base 8 and the mounting member 7 use the original base base 8 provided in the engine body 11 of the actual engine as shown in FIG. 2, the actual idler shown in FIG. It is extremely easy to replace the
[0033]
Next, the principle of measuring the belt load will be described in detail with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the belt load due to the
[0034]
The belt load can be measured at any part as long as it is within the force transmission path described above. However, in this embodiment, the outer extension member 5b is not provided with a thin portion in order to firmly support the
[0035]
In addition, since both the outer extending member 5b of the
[0036]
【Example】
Hereinafter, the
[0037]
The engine used in the experiment was an in-line 4-
[0038]
The outer dimensions of the belt
[0039]
In addition, a # 6008 ball bearing is used as the
[0040]
The
[0041]
Hereinafter, a measurement example of a belt load that is suitably measured using the belt
[0042]
The vertical axis of the graph in FIG. 4 indicates the belt tension (Kgf / 4 rib) in the steady operation state, and the horizontal axis indicates the time axis. The pulse waveform in the graph shows the rotation period of the crankshaft, and one pulse is synchronized with one rotation of the crankshaft.
[0043]
The graph of FIG. 5 shows the result of RPM tracking analysis of belt tension fluctuations using belt load data when the engine is accelerated / decelerated.
[0044]
As described above, by using the belt
[0045]
Moreover, the belt
[0046]
The
[0047]
【The invention's effect】
Thus, the invention of
[0048]
The invention of
[0049]
The invention of
[0050]
Accordingly, the belt load measuring pulley can be easily replaced with the actual pulley.
[0051]
According to the fifth aspect of the present invention, the belt load measuring pulley can be easily assembled, the strain gauge can be easily applied, and the components can be modularized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a belt load measuring pulley according to an embodiment.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing an idler pulley according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a pulley layout according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing time-series observation waveforms according to an example.
FIG. 5 is a graph showing an RPM tracking analysis result of belt tension according to an example.
FIG. 6 is a partial sectional view of a belt load measuring pulley according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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JP2003042867A (en) | 2003-02-13 |
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