JPH0477861B2 - - Google Patents

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JPH0477861B2
JPH0477861B2 JP59173180A JP17318084A JPH0477861B2 JP H0477861 B2 JPH0477861 B2 JP H0477861B2 JP 59173180 A JP59173180 A JP 59173180A JP 17318084 A JP17318084 A JP 17318084A JP H0477861 B2 JPH0477861 B2 JP H0477861B2
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JP
Japan
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rotating shaft
cylindrical body
oblique flat
oblique
flat plate
Prior art date
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JP59173180A
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English (en)
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JPS6151533A (ja
Inventor
Ryuji Takada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority to JP17318084A priority Critical patent/JPS6151533A/ja
Publication of JPS6151533A publication Critical patent/JPS6151533A/ja
Publication of JPH0477861B2 publication Critical patent/JPH0477861B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/1407Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs
    • G01L3/1428Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers
    • G01L3/1435Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving springs using electrical transducers involving magnetic or electromagnetic means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、同一線上に配設された一対の回転軸
の間に伝達されるトルクを検出するトルクセンサ
に関する。
〔発明の背景〕
回転軸を備えた機械において、回転軸と該回転
軸に連結される他の回転軸との間に伝達されるト
ルクを検出することは、当該機械の望ましい制御
を実現させる上で重要である。
従来、このようなトルクの検出に際して用いら
れるトルクセンサとしては、両回転軸の連結部分
における回転軸の外周面に、回転軸のねじれ変形
量を信号に変換する信号変換手段としてひずみゲ
ージを貼付け、回転体に付与されるトルクをこの
ひずみゲージにより検出するものが知られてい
る。
しかし、かかるひずみゲージを用いたトルクセ
ンサにあつては、ひずみゲージが回転軸と一体に
回転するため、ひずみゲージからの信号をスリツ
プリングやFM発振器などを介して外部に取出す
必要がある。そのため、例えばスリツプリングを
用いて信号を取出す場合は、スリツプリングによ
りノイズが発生し、信頼性に欠けるという不具合
があり、また、FM発振器を用いて信号を取出す
場合は、高価なトルクセンサになるという不具合
がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を除
き、安価で故障が少なく、しかも正確な測定が可
能なトルクセンサを提供するにある。
〔発明の概要〕
この目的を達成するために、本発明は、本体に
第1の回転軸と第2の回転軸とを互いの軸心が一
致するように回転自在に支承し、該第1の回転軸
と第2の回転軸との間に伝達されるトルクを検出
するトルクセンサにおいて、前記第1の回転軸と
第2の回転軸とを軸方向の移動不能に係止する係
止部材を設け、前記第1の回転軸の一方の端部と
前記第2の回転軸の一方の端部のそれぞれが収納
される円筒状体を設け、前記第1の回転軸の軸心
に対して所定角度傾斜し、該軸心を中心に放射状
に配置される複数枚の第1の斜平板を介して、前
記第1の回転軸の一方の端部と前記円筒状体とを
結合するとともに、該円筒状体と前記第2の回転
軸の前記一方の端部とを、前記第1の斜平板と傾
斜角度の絶対値が等しく傾斜方向が反対で、しか
も前記第2の回転軸の軸心を中心に放射状に配置
される複数枚の第2の斜平板を介して結合し、前
記円筒状体の端面に該円筒状体のスラスト方向の
変位を検出可能な非接触形変位計を対向配置した
ことを特徴とする。
まず、本発明の実施例に先立つて、本発明によ
るトルクセンサの基本原理について第2図ないし
第5図により説明する。
第2図は検出部の断面図、第3図は検出部の側
面図であり、これらの図において、1は回転軸、
2は該回転軸1に3枚の斜平板3を介して連結さ
れた円筒状体である。各斜平板3は回転軸1の軸
心に対して同じように角度θをもつて傾斜してお
り、それぞれの両端は回転軸1の外周面と円筒状
体2の内周面とに強固に固着されている。
このように構成された検出部において、回転軸
1と円筒状体2との間でトルクM0が伝達される
場合を想定し、回転軸1の半径をr、斜平板3の
枚数をn、斜平板3の長さと幅と厚さをそれぞれ
l、b、tとすると、1枚の斜平板3には、回転
軸1の軸心と直交する方向にM0/nrの力が作用し、 この力M0/nrによつて各斜平板3は板の薄肉方向に たわむ。
第4図および第5図は、この時の斜平板3に作
用する力とたわみ量との関係を説明するためのも
ので、第5図は第4図に示す斜平板3を矢印A方
向から見た概念図である。
今、第5図に示すように、一端が完全固定さ
れ、他端が垂直な壁に規制されて滑動する完全固
定〜垂直滑動支点のはりを想定し、このはりを斜
平板3に見立て、該はりの滑動部に下向きにWな
る力が作用した場合を考えると、滑動部から任意
の距離xでのモーメントMは、 M=−Wx+M1 ……(1) となる(ただし、M1はx=0における未知のモ
ーメントである)。
はりの無荷重状態からのたわみをv、はりの弾
性係数をE、はりの断面2次モーメントをIとす
ると、任意点xにおけるはりの曲率d2v/dx2は、 d2v/dx2=−M/EI=1/E(Wx−M1) ……(2) であるから、(2)式を積分してたわみ角dv/dxを求め ると、 dv/dx=1/EI(W/2x2−M1x+C1)……(3) となる(ただしC1は定数)。
たわみ角はx=0の点、およびはりの固定端
(すなわちx=l)でともに0であるから、(3)式
にx=0を代入してC1=0が求められ、同じく
(3)式にx=lを代入してM1=Wl/2が求められる。
これらを(3)に代入すると、 dv/dx=1/EI(W/2x2−W/2x)=W/2EI(x
2−lx)……(4) となり、この(4)式を積分してたわみvを求める
と、 v=W/2EI(x3/3−l/2x2+C2)……(5) となる(ただしC2は定数)。
はりは右端で完全固定であるから、(5)式におい
てx=lでのvは0であり、 C2=−l3/3+l3/2=l3/6 ……(6) が求められる。従つて、これを(5)式に代入して、 v=W/2EI(x3/3−l/2x2+l3/6) ……(7) が求められる。
この(7)式にx=0を代入してはりの滑動端部の
たわみ量v1を求めると、 v1=Wl3/12EI ……(8) となる。ここで、Wは斜平板3に作用する力M0/nr の斜平板3に垂直な方向の成分であるから、W=
M0/nrcosθであり、また、斜平板3の断面形状は長 方形であるから、I=bt3/12であり、これらを(8)式 に代入すると、 v1=M0cosθ・l3・12/nr・12E・bt3=M0l3cosθ/En
rbt3……(9) となる。
円筒状体2は、はり(すなわち斜平板3)の滑
動端部に固着されているものと考えられるため、
円筒状体2のスラスト方向の変位量をδとする
と、(9)式より、 δ=v1・sinθ=M0l3cosθ・sinθ/Enr
bt3=M0l3sin2θ/2Enrbt3…(10) となる。この(10)式において、b、t、l、r、
E、nはいずれも既知であるから、円筒状体2の
スラスト方向の変位量δを測定することにより、
回転軸1と円筒状体2との間に伝達されるトルク
M0を測定することができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図に基づいて説明
する。
第1図において、4は本体であつて、該本体4
には軸受5,6を介して第1の回転軸7と第2の
回転軸8がそれぞれ回転自在に支承されている。
これら回転軸7,8の軸心は同一線上にあり、ま
た両回転軸7,8はいずれもスラスト方向へ変位
しないようスナツプリング等の係止部材5a,5
b,6a,6bを介して規制されている。
第1の回転軸7の左端部には該第1の回転軸7
の軸心を中心に放射状に配置される3枚の第1の
斜平板9を介して円筒状体10が結合され、該円
筒状体10には3枚の第2の斜平板11を介して
第2の回転軸8の右端部が結合されている。な
お、第2の斜平板11も第2の回転軸8の軸心を
中心に放射状に配置してある。該第1の斜平板9
はいずれも回転軸7,8の軸心に対して所定角度
θをもつて傾斜しており、また、第2の斜平板1
1は、いずれも第1の斜平板9と傾斜角度の絶対
値が等しく傾斜方向が反対、すなわち回転軸7,
8の軸心に対して−θなる角度をもつて傾斜して
おり、各斜平板9,11の両端は溶接やボルトな
どの手段を用いて回転軸7,8の外周面と円筒状
体10の内周面とに強固に固着されている。
12は磁気式あるいは光学式などの非接触形変
位計であつて、該変位計12は検出部12aが円
筒状体10の端面と対向するように前記本体4の
内部に取付けられている。前記円筒状体10のス
ラスト方向の微少変位は変位計12によつて検出
され、変位計12への入出力動作はコード13を
介して本体4の外部から行われる。
このように構成されたトルクセンサにおいて、
今、第1の回転軸7が図示しない回転機(例えば
モータ)によつて回転駆動され、第1の回転軸7
と第2の回転軸8との間でトルクM0が伝達され
るものとすると、該トルクM0は、第1の回転軸
7→第1の斜平板9→円筒状体10→第2の斜平板
11→第2の回転軸8へと伝達される。この時、
第1の斜平板9のたわみによる円筒状体10のス
ラスト方向変位と、第2の斜平板11のたわみに
よる円筒状体10のスラスト方向変位とは、両斜
平板9,11が互いに角度が同じで逆向きに対向
しているため、同一方向に同一量となる。
従つて、両回転軸7,8の間でトルクM0が伝
達されると、円筒状体10は、先に説明した(10)式
で示される変位量δ、すなわち、 δ=l3sin2θ/2Enrbt3・M0 ただし 〔r:回転軸7,8の半径 l:斜平板9,11の長さ b:斜平板9,11の幅 t:斜平板9,11の厚さ n:斜平板9,11のそれぞれの枚数 E:斜平板9,11の弾性係数 θ:斜平板9,11と回転軸7,8の軸心と
のなす角度〕 だけスラスト方向に変位することになり、かかる
変位量δを変位計12で測定することによりトル
クM0を検出できる。
この一実施例にあつては、円筒状体10がスラ
スト方向に変位するだけで、両回転軸7,8はス
ラスト方向に変位しないため、例えば第2の回転
軸8に歯車を結合し、さらに該歯車に他の歯車を
噛合した場合も、両歯車の互いの歯面にスラスト
方向の力は作用せず、それ故、回転軸7,8にス
ラスト方向の摩擦力が作用する回転体を連結した
場合において特に有効である。
また、トルク検出に係る機構、すなわち、円筒
状体10と該円筒状体10のスラスト方向変位を
検出する変位計12とを本体4の内部に配置した
ため、故障の少ないトルクセンサを提供できる。
なお、上記実施例では第1および第2の斜平板
9,11をそれぞれ3枚用いたものについて説明
したが、斜平板9,11の枚数はこれに限定され
ることはなく、それぞれ2枚以上あれば良い。
また、上記実施例では第1の回転軸7に接続さ
れる回転体の一例としてモータを挙げたが、第1
の回転軸7に他の回転体を接続しても良く、同様
に、第2の回転軸8にも歯車やプーリ、あるいは
チエーンのギヤなどの回転体を接続することがで
きる。
〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、同一軸
線上に配設された2つの回転軸に伝達されるトル
クを、両回転軸に第1および第2の斜平板を介し
て結合された円筒状体のスラスト方向の変位とし
て非接触形の変位計で測定することができるた
め、安価で故障が少なく、しかも正確な測定が可
能なトルクセンサを提供できる。また、2つの回
転軸はスラスト方向の荷重を受けてもそれぞれの
軸方向に変位しないので、特にこのようなスラス
ト方向の荷重を受ける場合にも精度の良いトルク
の測定を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるトルクセンサの概略構成
を示す断面図、第2図ないし第5図は本発明によ
るトルクセンサの基本原理を示す原理図であり、
第2図は検出部の断面図、第3図は検出部の側面
図、第4図は斜平板に作用する力と変位との関係
を示す説明図、第5図は斜平板のたわみ状態を説
明する概念図である。 4……本体、5,6……軸受、5a,5b,6
a,6b……係止部材、7……第1の回転軸、8
……第2の回転軸、9……第1の斜平板、10…
…円筒状体、11……第2の斜平板、12……変
位計、12a……検出部、13……コード。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 本体に第1の回転軸と第2の回転軸とを互い
    の軸心が一致するように回転自在に支承し、該第
    1の回転軸と第2の回転軸との間に伝達されるト
    ルクを検出するトルクセンサにおいて、前記第1
    の回転軸と第2の回転軸とを軸方向の移動不能に
    係止する係止部材を設け、前記第1の回転軸の一
    方の端部と前記第2の回転軸の一方の端部のそれ
    ぞれが収納される円筒状体を設け、前記第1の回
    転軸の軸心に対して所定角度傾斜し、該軸心を中
    心に放射状に配置される複数枚の第1の斜平板を
    介して、前記第1の回転軸の一方の端部と前記円
    筒状体とを結合するとともに、該円筒状体と前記
    第2の回転軸の前記一方の端部とを、前記第1の
    斜平板と傾斜角度の絶対値が等しく傾斜方向が反
    対で、しかも前記第2の回転軸の軸心を中心に放
    射状に配置される複数枚の第2の斜平板を介して
    結合し、前記円筒状体の端面に該円筒状体のスラ
    スト方向の変位を検出可能な非接触形変位計を対
    向配置したことを特徴とするトルクセンサ。
JP17318084A 1984-08-22 1984-08-22 トルクセンサ Granted JPS6151533A (ja)

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JP17318084A JPS6151533A (ja) 1984-08-22 1984-08-22 トルクセンサ

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JP17318084A JPS6151533A (ja) 1984-08-22 1984-08-22 トルクセンサ

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JPS6151533A JPS6151533A (ja) 1986-03-14
JPH0477861B2 true JPH0477861B2 (ja) 1992-12-09

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JP17318084A Granted JPS6151533A (ja) 1984-08-22 1984-08-22 トルクセンサ

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JPS6151533A (ja) 1986-03-14

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