JPH05133826A - 負荷下にある駆動軸の連結部の力とモーメントとを測定する測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 負荷下にある駆動軸４の連結部の力とモーメ
ントとを測定するに際して、測定結果を損ねる連結部の
外側に存在する力を除く。 【構成】 一方の駆動軸４の第１の軸部分が測定軸４ａ
を構成し、測定軸４ａの一端部が回転およびねじれおよ
び軸方向動固定状に他方の駆動軸６との連結部２に連結
され、測定軸４ａの他端部が回転および半径方向動自由
状のクラッチ２０を介して、駆動軸の第２の軸部分４ｂ
に連結され、クラッチ２０が疑連結部として作用して、
力測定に必要な測定軸４ａの運動を吸収し、測定軸４ａ
の力測定のための力測定装置３１が、測定軸４ａの半径
方向に測定軸４ａの力を半径方向の力に反応する力吸収
体４０に伝達する測定軸受３２を有し、かつ測定軸４ａ
が測定軸受３２内に延在して、回転自由状にかつその軸
受ケース３４は固定状でしかも力測定装置３１内におい
て測定軸４ａの力により運動可能に配設されており、測
定軸４ａ内に作用する軸方向および／または半径方向力
を力吸収体４０に至る経路に伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は負荷下にある駆動軸の
連結部の力とモーメントとを駆動軸の相対回転運動中ま
たは後に測定する測定装置に関するものであり、さらに
詳しくは負荷下にある駆動軸の連結部の力とモーメント
とを回転数および／または回転モーメントを介して直接
に、またはこれに対応する力値を測定する装置に関する
ものであり、これにより対象とする力とモーメントの算
出を可能とするものである。

【０００２】

【従来の技術】さらにこの発明が応用される装置におい
ては、駆動軸の連結部の力とモーメント とが直接また
は間接に測定されるもので、この測定は駆動軸４がねじ
れ中心について異なる角度位置で相対的に偏心する間、
または偏心した後で行なわれるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】連結部の外側に存在す
る力は測定結果を損ねるので除くことが望ましいが、こ
れは非常に困難である。なぜならば連結部中の力は連結
部により伝達される回転モーメントに対して小さいから
である。

【０００４】この発明の目的は、負荷下にある駆動軸４
の連結部の力とモーメントとを測定するに際して、測定
結果を損ねる連結部の外側に存在する力を除くことを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このためこの発明の装置
においては、一方の駆動軸の第１の軸部分が測定軸を構
成しており、この測定軸の一端部が、回転およびねじれ
および軸方向動固定状に、他方の駆動軸との連結部に連
結されており、測定軸の他端部が、回転および半径方向
動自由状のクラッチを介して、駆動軸の第２の軸部分に
連結されており、このクラッチが疑連結部として作用し
て、力測定に必要な測定軸の運動を吸収し、測定軸の力
測定のための力測定装置が、少なくとも測定軸の半径方
向に測定軸の力を半径方向の力に反応する少なくとも１
個の力吸収体に伝達する測定軸受を、有しており、かつ
測定軸が測定軸受内に延在して、回転自由状にかつその
軸受ケースは固定状でしかも力測定装置内において測定
軸の力により運動可能に配設されており、測定軸内に作
用する軸方向および／または半径方向力を力吸収体に至
る経路に伝達することを要旨とするものである。

【０００６】

【作用】駆動軸の相対ねじれ回転により連結部に生じた
力とモーメントにより測定軸が運動すると、これに応じ
て測定軸を支承する測定軸受が動き、この動きが軸受ケ
ースに付設された力吸収体により検出されて、上記の力
とモーメントとが算出される。

【０００７】

【実施例】図１に示すのはこの発明の測定装置の第１の
実施態様であって、駆動軸４、６が連結部２のねじれ中
心８について相対回転する間負荷の掛かっている駆動軸
４、６の連結部２の力とモーメントとを回転数と回転モ
ーメントとを介して測定するものである。一方の駆動軸
４４は第１の軸部分４ａ（以下測定軸と呼ぶ）と第２の
軸部分４ｂとから構成されている。第２の軸部分４ｂは
軸受１０に支持されており、この測定軸４ａは基板１２
に固定されている。

【０００８】測定軸４ａの一端部１４は回転固定、ねじ
れ固定および軸動固定状に連結部２のリンク部分１６に
連結されている。測定軸４ａの他端部１８は回転固定、
ねじれ自由かつ軸動自由なクラッチ２０を介して測定軸
４ａの第２の軸部分４ｂの同軸状の端部２２に連結され
ている。

【０００９】このクラッチ２０は両軸部分４ａ、４ｂ間
の相対回転は許さないが、第２の軸部分に対する測定軸
４ａのねじれおよび軸動運動は許すものである。このね
じれおよび軸動方向においてはクラッチ２０は測定軸４
ａには反力を作用させないようになっている。これによ
りクラッチ２０は疑連結部として作用し、この発明の力
測定に必要な測定軸４ａの軸方向および半径方向の運動
を可能としている。測定軸４ａのこのような軸方向およ
び半径方向に作用する力はそれぞれ連結部２のねじれ中
心８において同様に軸および半径方向に作用する力に対
応している。

【００１０】連結部２における半径方向の力は下記のテ
コの原理により容易に計算されるものである。

【００１１】

【数２】

【００１２】ここでＦ１は関連する半径方向における連
結部２のねじれ中心８における半径方向力であり、ｌ１
はクラッチ２０中のねじれ中心２４から連結部２中のね
じれ中心８までの距離であり、Ｆ２は回転軸２６に対し
て直交する半径方向面２８（連結部２のねじれ中心８を
通る半径方向面３０から距離３２の位置にある）中にお
ける測定軸４ａの半径方向力であり、かつｌ２はクラッ
チ２０中のねじれ中心２４と半径方向面２８（この面内
で測定軸４ａの半径方向力が測定される）からの距離で
ある。

【００１３】かくして測定軸４ａはクラッチ２０のねじ
れ中心２４について回転することができ、かつクラッチ
２０は半径方向に剛性であってクラッチ２０に連結され
た測定軸４ａの端部１８の半径方向の運動を許さないの
である。測定軸４ａはできることならその端部１４にお
いてこれと連結された部分１６とともにのみ半径方向に
運動でき、クラッチ２０のねじれ中心２４についての半
径方向運動のみを実行できるのがよい。今日は試験片を
測定装置に対して相対運動させることなしに試料の力を
測定できる力吸収体や力測定装置がないので、この回転
運動は必要ではあるが非常に小さいものである。

【００１４】測定軸４ａには回転モーメント測定装置３
１が一体に形成されており、これにより駆動軸４から伝
達された回転モーメントが測定される。測定軸４ａは測
定装置３１の軸受３２内に延在しており、その軸受ケー
ス３４は弾性要素３６を介して支持体３８に架設されて
いる。軸受ケース３４は測定軸４ａとともに支持体３８
に対して半径方向および軸方向に運動することができ
る。弾性要素３６はこの運動に対して一切の反力を作用
しないことが望ましい。支持体３８は基板１２に固定さ
れている。

【００１５】軸受ケース３４と支持体３８との間には半
径方向の力Ｆ２を測定する力吸収体４０が介設されてお
り、この半径方向の力Ｆ２は軸受３２および力吸収体４
０を介して測定軸４ａから支持体３８に伝達されるもの
である。力吸収体４０は、駆動軸４の軸方向の力も測定
するものであり、この力は軸受３２を介して測定軸４ａ
から力吸収体に伝達される。

【００１６】軸方向の力Ｆ３の測定のためには別の力吸
収体が使われている。この場合クラッチ２０は疑連結部
として機能し、これが力吸収のために必要な全ての運動
を許す。クラッチ２０や弾性要素３６による測定の影
響、特にこれらの部分の反力モーメントの影響は力吸収
体４０のキャリブレーションにより補正することができ
る。

【００１６】軸方向の力Ｆ３に代えて測定軸４ａ中に反
対軸方向の力Ｆ３’が存在することもあるし、さらに半
径方向の力Ｆ２に代えて反対半径方向の力Ｆ２’が存在
することもある。また他の半径方向に作用する力も測定
軸４ａ中に存在している。相互に反対方向の力であるＦ
２とＦ２’との測定のためには、図１の実施態様の場合
には、２この直径方向反対側の力吸収体４０がそれぞれ
軸受ケース３４と支持体３８との間に介設されている。

【００１７】２個の駆動軸４、６とは好ましくは連結部
２のねじれ中心８について相対回転することができ、こ
れにより力Ｆ２、Ｆ２’、Ｆ３およびＦ３’は、駆動軸
４、６の回転および回転モーメント伝達中に力吸収体４
０により測定できるだけではなく、駆動軸４、６間の異
なる角度においても測定できるのである。

【００１８】このようにこの発明によれば好ましくは駆
動軸４、６の回転中であっても測定を行なうことができ
るのである。このためには駆動軸４、６のうちの一方が
他方に対してねじれ中心８について回転できるように設
定されていることが必要である。このためには例えば一
方の駆動軸６を図中点線で示したような軸受８０に架設
して、これに対して基板１２が駆動軸４とともに回転で
きるようにする。この場合基板１２の回転軸は連結部２
のねじれ中心８を通って半径方向面３０内に延在してい
る。必要な場合には基板１２の回転軸をねじれ中心８に
もってくるには、測定軸４ａとこれに連結された連結部
２の部分１６との間に適宜なアダプターを介設してもよ
い。さらにこのためには測定軸４ａの回転軸２６と平行
に移動できるように基板を基体上に設定してもよい。

【００１９】さらにこの発明の装置は種々の異なる半径
方向の力を同様にして測定するのにも適している。以下
図２および図３などにより種々の異なる実施態様を説明
する

【００２０】以下図２、図３および図４に示す種々の実
施態様はいずれも駆動軸４の測定軸４ａを支持するため
に基板１２上に設けられた軸受１０と回転および半径方
向動固定状で軸動自由状のクラッチ２０とを有してお
り、該クラッチ２０の一端側には第２の軸部分４ｂの端
部２２がまた他端側には測定軸として作用する駆動軸４
４測定軸４ａの端部１８がそれぞれ固定されている。測
定軸４ａはクラッチ２０のねじれ中心２４について回転
できる。このねじれ中心２４についての測定軸４ａの回
転は非常に小さく測定する連結部２の部分の間の遊びに
より左右される。この連結部２は駆動軸４を他方の駆動
軸６に回転固定状かつねじれ変化状に連結している。測
定軸４ａには回転モーメント測定装置３０が一体に形成
されている。

【００２１】測定軸として作用する駆動軸４の第１の軸
部分４ａは軸受ケース３４内に架設されている。この軸
受ケース３４は可撓状に懸架されており、回転軸２６の
の長手方向（ｘ方向および反ｘ方向）および図１の力Ｆ
２の方向に水平半径方向さらにはこれと反対の図１中の
Ｆ２’の方向（ｙ方向および反ｙ方向）に測定軸４ａと
ともにクラッチ２０中のねじれ中心２４について回転で
きる。この回転を可能とするために、軸受ケース３４は
その下側を板バネ対５０を介してＵ字形支持体５２に機
械的に連結されている。板バネ対５０の板バネは回転軸
２６が配置されている垂直面内に配置されており、回転
軸５４に対してヒンジ状の角度を有している。この回転
軸５４は回転軸２６と平行に延在し、これについて軸受
ケース３４は支持体５２に対して回転できるようになっ
ている。板バネ対５０は回転軸５４に対して軸動および
半径方向動固定状になっていて、軸受ケース３４の軸方
向運動が支持体５２に伝達され、両者がそれぞれ一体に
運動するのである。

【００２２】支持体５２の垂直シャンク５６と軸受ケー
ス３４との間にはその相反する側に力吸収体４０が設け
られており、これがｙ方向の力Ｆ２と反ｙ方向の力Ｆ
２’とを測定する。かくしてＵ字形支持体５２は、測定
軸４ａから軸受ケース３４と力吸収体４０とをを介して
支持体５２に作用する力のための、反力要素として作用
する。支持体５２のブリッジ５８は２個の板バネ６０を
介して基板１２に機械的に連結されている。これらの板
バネ６０は板バネ対５０のそれらに対して同一面内で直
交状に配置されている。また回転軸２６と直交状に交差
し、かつ図４に示すようにこの面内に相互間側方に離間
している。これにより回転軸６２に対して第２のヒンジ
状の角度を形成している。

【００２３】板バネ６０のヒンジ状角度により支持体５
２は回転軸２６に沿って第２の回転軸６２について回転
されることができ、これにより軸方向ｘおよび反ｙ方向
の力の測定に必要な運動を行なうのである。第２の回転
軸６２および回転軸２６は第１の回転軸５４の下側を直
交方向に延在している。回転軸２６が延在する水平面内
にはこの回転軸２６の両側に離間して連結部２の軸方向
力を測定するための力吸収体６６が設けられて、ｘ方向
に配置されている。各力吸収体６６は前方の連結バー６
８を介して支持体５２のシャンク５Ｆ６の上端５７に機
械的に連結されている。また後方の連結バー７０を介し
て基体１２に固定連結された支持体７４の上端７２に機
械的に連結されている。

【００２４】図２、図３および図４に場合は以上のよう
にして連結部２中の力をｘおよびｙ方向について測定す
ることができる。

【００２５】基板１２は基体７６に対しては軸方向に変
位可能に、回転軸７８に対しては測定軸４ａおよび第２
の軸部分４ｂとともに他の駆動軸６に対して相対回転可
能に、それぞれ配設されている。この駆動軸６は基体７
６上の軸受８０に架設されている。基帯１２の回転軸７
８は連結部２のねじれ中心８を通ってｚ方向に延在して
いる。この回転軸７８は基体７６中の通孔８４に係合す
るピン８２を有している。基体７６上で基板１２を回転
軸２６に並行に移動させるには、ピン８２を基体１２か
ら外して基体１２の他のいくつかあるネジ孔８６に螺入
してやればよい。測定軸４ａの一端部１４はアダプター
８８を介して連結部２に連結されている。他のアダプタ
ー８８に交換することにより、基体１２の軸方向調整の
場合と同じように、基体１２の回転軸７８が連結部２の
ねじれ中心８を通るように連結部２を位置付けることが
できる。半径方向の力Ｆ２とＦ２’とは力吸収体４０に
よりクラッチ２０のねじれ中心２４から軸方向距離ｌ２
に測定される。このねじれ中心２４は連結部２のねじれ
中心８からｌ１の距離にある。距離ｌ１とｌ２とは同じ
大きさであってもよく、図示のように異なる大きさであ
ってもよい。

【００２６】基体１２の回転軸７８は連結部２の半径方
向の力方向ｚと一線をなしている。このｚ方向はｘおよ
びｙ方向に対して直交延在している。ｙ方向は測定軸４
ａの回転軸２６に対して直交延在しており、ｘ方向は波
回転軸２６の方向に延在している。

【００２７】図示の例の場合には連結部２の力の測定は
ｘ、ｙ方向について行なわれる。さらに適宜な力吸収体
を追加することによりｘ、ｙおよびｚ方向についても問
題なく測定することができる。

【００２８】このように３方向ｘ、ｙ、ｚについて測定
を行なう実施態様を図５に示す。その作用原理は図２〜
図４の場合と同じであるので、特に異なる点についての
み説明する。この実施態様の場合には４辺状の支持体９
０が追加使用されており、この支持体９０が回転軸５４
の板バネ対５０を介してＵ字形支持体５２と回転可能に
連結されている。軸受３２の軸受ケース３４は、板バネ
対５０を介しては支持体５２に連結されてはいないが、
他のバネ対９２を介して第３の支持体９０に連結されて
いる。軸受ケース３４はこの支持体９０の内側に配設さ
れており、第３の板バネ対９２により構成される回転軸
９４について回転することができる。この回転は回転軸
２６に対して平行であり、したがって第１の板バネ対５
０の回転軸５４に対しても平行である。

【００２９】回転軸２６とｙ方向すなわち第３の回転軸
９４とは同一面内にある。回転軸２６とｚ方向すなわち
第１の回転軸５４とはこの面とは直交する他の面内にあ
る。これにより両面は回転軸２６中において交差する。
ｚ方向または軸受３２のｚ軸のある面内において軸受ケ
ース３４と支持体９０との間には、軸受ケース３４の直
径方向対向する位置に力吸収体４０が設けられていて、
測定軸４ａのｚおよび反ｚ方向の力を測定する。支持体
５２のシャンク５６と第３の支持体９０との間にはさら
に図２〜図４の場合と同じような力吸収体４０が設けら
れていて、ｙおよび反ｙ方向の力を測定するようになっ
ている。

【００３０】このように図５の実施態様によれば軸受３
２中の力をｘ、ｙおよびｚの３方向について測定するこ
とができるのである。距離ｌ１とｌ２とを考慮に入れれ
ばこの力はテスト対象である連結部２のねじれ中心Ｎ８
におけるｘ、ｙおよびｚ方向の力に対応するものであ
る。軸受３２の測定された力または距離ｌ１とｌ２とを
考慮に入れた連結部２の対応する力は力吸収体４０およ
び６６により直接に、またはこれらに接続されたコンピ
ューターなどにより光学的または音響的に表示され、発
音されまたはその他の方法により利用されるのである。

【００３１】

【発明の効果】駆動軸４の連結部２中の力が試験台上で
シミュレーションされかつ測定される。この測定は回転
モーメントの掛かっている駆動軸４について静止状態で
も回転中でも行なうことができる。さらに駆動軸４はそ
の相対角度位置に関連して同時に角度調整される。加え
てこの発明の装置によれば、２個の駆動軸４の一方の軸
方向に作用する連結部２の力をも測定することができ
る。この測定は連結部２の半径方向力作用線において直
接にまたは、好ましくは、そこから軸方向に変位した位
置において間接的に行なわれる。後者の場合連結部２中
の実際の半径方向の力は測定結果を用いてテコの原理に
より容易に算出できるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施態様を示す側面図である。

【図２】この発明の他の実施態様を示す側面図である。

【図３】その平面図である。

【図４】図２中面ＩＶに沿ってとった断面図である。

【図５】図２の変化実施態様の断面図である。

【符号の説明】

２ 連結部 ４、６ 駆動軸 ８ ねじれ中心 ４ａ 第１の
軸部分（測定軸） ４ｂ 第２の軸部分 １２ 基板 ２４ ねじれ中心 ２６ 回転
軸 ３１ 力測定装置 ３２ 測
定軸受 ３４ 軸受ケース ３８ 支持
体 ４０ 力吸収体 ５０ 板バ
ネ対 ５２ 支持体 ５４ 回転
軸 Ｆ１ 半径方向力 Ｆ２ 半径
方向力 Ｆ３ 軸方向力

【数１】 ｌ１ｘＦ１＝ｌ２ｘＦ２

【数２】 ｌ１ｘＦ１＝ｌ２ｘＦ２

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨハン シユクレチユアー ドイツ連邦共和国、8901 コニングスブル ーン、シンパートストラツセ 10 (72)発明者 フベルト ウイルヘラー ドイツ連邦共和国、8900 アウグスブル グ、レハールストラツセ ２アイ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の駆動軸の第１の軸部分が測定軸を構
   成しており、 この測定軸の一端部が、回転およびねじれおよび軸方向
   動固定状に、他方の駆動軸との連結部に連結されてお
   り、 測定軸の他端部が、回転および半径方向動自由状のクラ
   ッチを介して、駆動軸の第２の軸部分に連結されてお
   り、 このクラッチが疑連結部として作用して、力測定に必要
   な測定軸の運動を吸収し、 測定軸の力測定のための力測定装置が、少なくとも測定
   軸の半径方向に測定軸の力を半径方向の力に反応する少
   なくとも１個の力吸収体に伝達する測定軸受を、有して
   おり、かつ測定軸が測定軸受内に延在して、回転自由状
   にかつその軸受ケースは固定状でしかも力測定装置内に
   おいて測定軸の力により運動可能に配設されており、測
   定軸内に作用する軸方向および／または半径方向力を力
   吸収体に至経路に伝達することを特徴とする負荷下にあ
   る駆動軸の連結部の力とモーメントとを測定する測定装
   置 。
2. 【請求項２】測定軸受（３２）がクラッチ（２０）およ
   び連結部（２）からそれぞれ距離ｌ１およびｌ２の位置
   に配置されており、半径方向の力が等式 【数１】（ただしＦ１は関連する半径方向における連結
   部２のねじれ中心８における半径方向力であり、ｌ１は
   クラッチ２０中のねじれ中心２４から連結部２中のねじ
   れ中心８までの距離であり、Ｆ２は回転軸２６に対して
   直交する半径方向面２８（連結部２のねじれ中心８を通
   る半径方向面３０から距離３２の位置にある）中におけ
   る測定軸４ａの半径方向力であり、かつｌ２はクラッチ
   ２０中のねじれ中心２４と半径方向面２８（この面内で
   測定軸４ａの半径方向力が測定される）からの距離であ
   る）により算出されることを特徴とする請求項１に記載
   の装置。
3. 【請求項３】各半径方向（ｙ、ｚ、反ｙおよび反ｚ）の
   力の測定機構としてＫ吸収体（４０）と半径方向に作用
   する反力要素（３８；５２；９０）とが設けられてお
   り、測定軸受（３２）の軸受ケース（３４）が第１のチ
   ェーンリンクとしてまた反力要素が第２のチェーンリン
   クとして連結部材（５０、６０）を介して相互に連結さ
   れており、反力要素は回転軸（５４；９４）について相
   互に相対運動可能であり、これらの回転軸は測定軸（４
   ａ）の回転軸（２６）に対してそれぞれ平行に延在しか
   つ回転軸（２６）から互いに離間して設けられているこ
   とを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】全ての半径方向（ｙ、ｚ、反ｙおよび反
   ｚ）の全ての力（Ｆ２、Ｆ２’）が同一の理論的な面に
   おいて測定され、この面が測定軸（４ａ）の回転軸（２
   ６）に対して直交していることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれかひとつに記載の装置。
5. 【請求項５】測定軸（４ａ）の軸方向力の測定のための
   少なくとも１個の軸方向力吸収体（４０）が測定軸の近
   傍に軸平行に配置されており、測定軸（４ａ）の軸方向
   力（Ｆ３、Ｆ３’）が測定軸受（３２）を介して力吸収
   体（４０）に伝達されることを特徴とする請求項１〜４
   のいずれかひとつに記載の装置。
6. 【請求項６】最後の反力要素（５２）が連結部材（６
   ０）を介して軸方向に作用する反力要素に連結されてお
   り、かつ回転軸（６２）についてこれと相対回転し、該
   回転軸は測定軸（４ａ）の回転軸（２６）および半径方
   向力吸収体（４０）のための回転軸（５４；９４）と直
   交して延在し、それぞれこれに対して半径方向に離間し
   ていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 【請求項７】反力要素（９０、５２、７４）の連結のた
   めの連結部材（５０、６０）と第１の反力要素（９０）
   と軸受ケース（３４）との回転連結のための連結部材
   （９２）とが、軸受ケース（３４）の半径方向（ｙ、
   ｚ）の運動を許す連結部材（５０、９０）が他の方向へ
   の運動を許さず、しかもこの他の方向については軸受ケ
   ース（３４）の軸方向運動を後方の反力要素から力吸収
   体（６６）および軸方向反力要素（７４）まで伝達する
   ように固定されていることを特徴とする請求項５または
   ６に記載の装置。
8. 【請求項８】測定軸（４ａ）には測定軸から伝達される
   回転モーメントを測定するための回転モーメント測定装
   置（３１）が一体に形成されていることを特徴とする請
   求項１〜７のいずれかひとつに記載の装置。
9. 【請求項９】２個の駆動軸（４、６）が連結部（２）の
   ねじれ中心（８）について角度変更可能（回転軸７８に
   ついて）に配置されていることを特徴とする請求項１〜
   ８のいずれかひとつに記載の装置。