JPH06347201A - シャフトねじれ角度計測機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シャフトのねじれ角度を精度よく計測する。 【構成】 固定装置３７で測定対象のシャフト１の一端
部を固定し、他端部をトルク伝達部４に結合する。トル
ク伝達部４には結合したシャフト１と同一軸心を有する
計測部軸５が設けられ、軸受１８により軸支される。ト
ルク伝達部４にレバー７の一端を接続し他端にロードセ
ル１１を介してシリンダ１４より力を加えるトルク発生
装置１７と、計測部軸５に角度計測装置２０を設け、角
度計測装置２０を、計測部軸５に軸心を合わせて固定し
シャフト１より大きい直径を有する第１円板２１と、こ
の第１円板２１にベルトがけしたベルト２３と、ベルト
２３の移動量を計測する移動量計測器２９から構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシャフトのねじれ角度を
精度よく計測するシャフトねじれ角度計測機に関する。

【０００２】

【従来の技術】シャフトに一定のトルクを加えると一定
のねじれ角度を生じる。この関係を利用してねじれ角度
を計測して加えられたトルクを検出し、シャフトの安全
性の確認に利用することができる。このため、加えられ
るトルクと発生するねじれ角度を計測する必要がある。
船のプロペラシャフトのねじれ角度を計測する場合、シ
ャフトの表面に歪みゲージを張りスリップリングを用い
て歪み信号を取り出しねじれ角度を算出している。ま
た、シャフトにロータリエンコーダを取付けトルクを加
えてねじれ角度を計測する方法も広く用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ヘリコプタのロータシ
ャフトの場合、ロータシャフトに所定値以上のトルクが
加わった場合警報を出し安全性を確保している。トルク
の計測方法として各ロータシャフトごとにトルクとねじ
れ角度の関係を計測しておき、トルクが所定値となると
きのねじれ角度を求め、このねじれ角度を計測する。こ
のねじれ角度の計測は高精度を要求されるため、ロータ
リエンコーダでは要求精度を十分に満たすことが困難な
場合が多く、歪みゲージによる方法はそれぞれのロータ
シャフトに歪みゲージを張らなければならずその作業に
多くの工数がかかるという問題がある。

【０００４】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、シャフトのねじれ量を拡大すると共に直線移動量
に置換し、この直線移動量を計測することによりシャフ
トのねじれ角度を精度よく計測するシャフトのねじれ角
度計測機を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
本発明は、測定対象のシャフトの一端部を固定する固定
装置と、前記シャフトの他端部を一端に結合しトルクを
伝達するトルク伝達部と、該トルク伝達部の他端に、前
記シャフトと同一軸心となるよう結合された計測部軸
と、該計測部軸を軸支する軸受と、前記トルク伝達部に
トルクを加えるトルク発生装置と、前記トルク伝達部に
加えられたトルクにより前記計測部軸に発生するねじれ
角度を計測する角度計測装置とを備え、前記トルク発生
装置が、前記トルク伝達部に長さ方向を前記計測部軸の
半径方向となるようにして一端を取付けられたレバー
と、このレバーの他端に取付けられたロードセルと、こ
のロードセルに荷重を加える荷重出力装置とを備え、前
記角度計測装置が、前記計測部軸にその軸心に同心でか
つ直交するよう結合されるとともに前記シャフトより大
きな直径を有する円板と、該円板にベルト掛されたベル
トと、このベルトの移動量を計測する移動量計測器とを
備えたものである。

【０００６】

【作用】測定対象のシャフトは一端部を固定装置で固定
され、他端部にトルク伝達部より伝達されるトルクを受
けてねじれ角度を生じる。これによりトルク伝達部およ
び計測部軸はこのねじれ角度だけ回転する。計測部軸と
ともに回転する円板の半径をＲ、シャフトのトルク伝達
部における半径をｒ、Ｒ／ｒ＝ｎとし、ねじれ角度をα
とすると、ねじれ角度αによるねじれ量はシャフト外周
でαｒであるが、円板外周上ではｎαｒとなりｎ倍に拡
大される。円板にはベルトがベルト掛されているので、
ねじれ角度αによるねじれ量ｎαｒはベルトの移動量と
なる。そこでベルトの直線部分の移動量ｎαｒを高精度
の移動量計測器で測定することによりシャフトのねじれ
角度を精度よく測定することができる。このときのトル
クはロードセルに加わる力とロードセルから測定対象シ
ャフトの軸心までのレバーの長さより求めることができ
る。

【０００７】

【実施例】以下本発明の好ましい実施例を図面を参照し
て説明する。図１は本実施例の平面図を示し、図２は側
面図を示す。図３は図１のＸ−Ｘ断面図、図４（ｂ）は
図１のＹ−Ｙ断面図、（ａ）は（ｂ）のＺ−Ｚ矢視図で
ある。測定対象のシャフト１は中空円筒で付け根部にト
ルクを伝達するフランジ２を有し、先端部３はスプライ
ンとなっている。トルク伝達部４は中空円筒で構成さ
れ、一端で先端部３とスプライン結合し他端で計測部軸
５と楔作用を用いたピン８で結合されている。計測部軸
５の外面にはスリーブ６が嵌合されている。トルク伝達
部４にはレバー７の一端をピン８で結合しこのピン８を
ボルト１０によりフランジ９で押さえる。レバー７の他
端にはロードセル１１が結合されている。計測部軸５に
一端を軸受１３により回動自在に取付け、他端にシリン
ダ１４により力を加えるアーム１２を設ける。シリンダ
ロッドの先端はピン１５によりアーム１２に取付けられ
た取り合い金具１６と回転自在に取り合う。取り合い金
具１６近傍にロードセル１１が取付けられ、シリンダ１
４からの力をレバー７に伝達する。レバー７、ロードセ
ル１１、アーム１２、シリンダ１４はトルク発生装置１
７を構成する。なお、シリンダ１４は空気圧を油圧に変
換し作動する。

【０００８】計測部軸５のトルク伝達部４近傍と端部に
軸受１８を設ける。軸受１８は基板３６に取付けられた
軸受支持材１９で支持される。軸受１８は回転とスラス
トを受けることのできる構造となっている。アーム１２
と端部の軸受１８の間の計測部軸５に角度計測装置２０
が図４に示すように設けられる。第１円板２１は計測部
軸５に取付けられたスリーブ６と嵌合し、第１円板２１
と同一直径の第２円板２２は基板３６より支持された支
持材２４に取付けられた軸２５により回転自在に支持さ
れる。第１円板２１と第２円板２２はベルト２３により
結合される。軸２５の位置は軸調整金具２６により上下
に調整可能であり、これにより第２円板２２を上下させ
ベルト２３に緩みを生じないよう調整することができ
る。

【０００９】支持材２４には計器支持材２７が接合さ
れ、計器支持材２７に取付けられた取付け金具２８によ
り移動量計測器２９を支持する。移動量計測器２９には
ロッド３１が取付けられベルト２３の移動量が伝達され
る。ベルト２３の直線部には移動金具３０が接合され、
ロッド３１に接続し、ベルト２３の移動量を電気マイク
ロメータを内蔵した移動量計測器２９に伝達する。第１
円板２１の両側のベルト２３の２箇所にそれぞれ移動量
計測器２９を設け、計測値を平均することにより精度を
向上させている。

【００１０】計測部軸５端部には、ロータリエンコーダ
３２がカップリング３３を介して接続され、支持材３４
により支持されている。トルク伝達部４のシャフト１の
先端部３との取り合い部には高さ調整台３５が設けら
れ、先端部３とトルク伝達部４の軸心合わせを容易とす
る。

【００１１】固定装置３７は基板３６に取付けられたブ
ラケット３８と、中心にシャフト１の外径より大きく、
フランジ２の外径より小さく上方に開いたＵ字型の開口
を有しブラケット３８に取付けられたフランジ固定板３
９と、ブラケット３８のシャフト１取付け中心回りに設
けられフランジ２を押しつける押圧シリンダを支持する
７本のボルト４０と、この押圧シリンダのロッド４２に
押圧されフランジ２をフランジ固定板３９に押圧する押
し付けピース４１から構成される。

【００１２】次に、測定対象のシャフト１のねじれ角度
計測について説明する。まず、押圧シリンダのロッド４
２を縮め、測定対象シャフト１のフランジ２側をフラン
ジ固定板３９のＵ字型開口から入れ、先端部３を高さ調
整台３５に乗せてトルク伝達部４と心合わせしスプライ
ン結合する。次にロッド４２により押し付けピース４１
を押圧してフランジ２をフランジ固定板３９に押圧し固
定する。つぎに、シリンダ１４を駆動するとロードセル
１１を介してレバー７に力が加わり、トルク伝達部４に
トルクが加わる。これによりシャフト１にトルクが加わ
りねじれが発生し、計測部軸５にねじれ角が伝達して第
１円板２１がねじれ角度α回転する。第１円板２１の半
径をＲ、測定対象シャフト１の先端部３の半径をｒ、Ｒ
／ｒ＝ｎとすると、ベルト２３の移動量はｎαｒとな
る。本実施例ではｎとして３〜４の値を用いている。移
動量ｎαｒは移動量計測器２９により角度に換算して秒
の単位まで正確に測定される。また、このとき加えられ
たトルクの値はロードセル１１の値とレバー７のスパン
から正確に算出される。なお、移動量計測器２９、ロー
ドセル１１、ロータリエンコーダ３２からの計測値はパ
ーソナルコンピータを用いてリアルタイムにデータを収
集し、数値解析してねじれ角度を算出する。なお、ロー
タリエンコーダ３２の計測値は参考値とする。

【００１３】本実施例は付け根部にフランジ２を有し先
端部３にスプライン加工した測定対象のシャフト１のね
じれ角度を計測する装置としたが、トルク伝達部４、固
定装置３７の取り合い部をシャフト１の取り合い部に合
わせることにより、他のとり合い部を有するシャフト１
のねじれ角度を計測することができる。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は測定対象のシャフトのねじれを拡大して取り出しこれ
を直線移動量として計測するので、ねじれ角度を精度よ
く計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図 １】本実施例の構成を表す平面図である。

【図 ２】本実施例の構成を表す側面図である。

【図 ３】図１のＸ−Ｘ断面図である。

【図 ４】角度計測器の構成を示し、（ｂ）は図１のＹ
−Ｙ断面図、（ａ）は（ｂ）のＺ−Ｚ矢視図である。

【符号の説明】

１ シャフト ２ フランジ ３ 先端部 ４ トルク伝達部 ５ 計測部軸 ７ レバー １１ ロードセル １２ アーム １４ シリンダ １７ トルク発生装置 １８ 軸受 ２０ 角度計測装置 ２１ 第１円板（円板） ２２ 第２円板 ２３ ベルト ２９ 移動量計測器 ３０ 移動金具 ３１ ロッド ３２ ロータリエンコーダ ３５ 高さ調整台 ３６ 基盤 ３７ 固定装置 ３８ ブラケット ３９ フランジ固定板 ４０ ボルト ４１ 押し付けピース ４２ 押し付けシリンダのロッド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象のシャフトの一端部を固定する
   固定装置と、前記シャフトの他端部を一端に結合しトル
   クを伝達するトルク伝達部と、該トルク伝達部の他端
   に、前記シャフトと同一軸心となるよう結合された計測
   部軸と、該計測部軸を軸支する軸受と、前記トルク伝達
   部にトルクを加えるトルク発生装置と、前記トルク伝達
   部に加えられたトルクにより前記計測部軸に発生するね
   じれ角度を計測する角度計測装置とを備え、 前記トルク発生装置が、前記トルク伝達部に長さ方向を
   前記計測部軸の半径方向となるようにして一端を取付け
   られたレバーと、このレバーの他端に取付けられたロー
   ドセルと、このロードセルに荷重を加える荷重出力装置
   とを備え、 前記角度計測装置が、前記計測部軸にその軸心に同心で
   かつ直交するよう結合されるとともに前記シャフトより
   大きな直径を有する円板と、該円板にベルト掛されたベ
   ルトと、このベルトの移動量を計測する移動量計測器と
   を備えたことを特徴とするシャフトねじれ角度計測機。