JPS5928847B2 - 力測定用ジャ−ナル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はねじりを発生させる力及びその反力の作用を
受ける２つのねじり棒状測定素子を有して偶力を電気的
測定可能な応力に変換するための力測定用ジャーナルに
関する。

従来の力測定用ジャーナルは装置の形状寸法が大型であ
り、力の伝達効率が低く、且つ測定精度が低いという欠
点をもっていた。

この発明は上記したような従来の力測定用ジャーナルの
欠点を取除くと共に構造が簡単でありかつ容易に製作し
得る力測定用ジャーナルを提供することを目的とする。

この発明の構成は２つのねじり棒状測定素子のねじり軸
線が互いに平行でありかつねじりを発生させる力の影響
線及び反力の影響線によって決定される平面の両側に対
称的にかつ力測定用ジャーナルの幾何学的な軸線に対し
て偏心的に配置され、かつそれらの影響線によって決定
される平面が反力及びねじりを発生させる力によって決
定される平面に直角であるように測定素子のそれぞれの
一端を中央体に固定し、かつ測定素子のそれぞれの他端
を２つの接続素子のそれぞれに固定し、これら接続素子
を軸線方向に同軸状に配置し、前記力及び反力をそれぞ
れの接続素子の周囲に対称的に作用させることを特徴と
する特 この発明の効果はジャーナルの特性を利用して簡単な構
造により偶力を電気的測定可能なねじり応力に変換し、
寸法公差が構成部品の平行配置に影響を与えず、測定す
べき力と発生応力との間に一次関数関係が成立ち、それ
以外の外力に対して完全な剛性を発揮し、クレーンなど
の機械に容易に取付けて使用し得るなどである。

このようにして電気式の力及び重量測定装置において測
定技術上も機械的構造上も有利な装置が得られる。

この発明のその他の詳細事項は図面に示した構成例にお
いて説明される。

この発明による測定用ジャーナルの具体的な構造模型は
第１図から第３図までに示されている。

基本的フレーム構造は長い測定素子１、短い測定素子２
、及び中央体３からなっている。

測定素子１及び２は接続素子１２及び１５により構造ユ
ニットに接続されている。

この具体例では接続素子１５は測定用ジャーナルの軸受
部分として形成されているが、この接続素子１５は測定
素子１に対応する切欠部１６を備えた円板状のものであ
って、軸受ブラケット４のブツシュ９にはめ込まれてい
る。

接続素子１２を保持する軸受ブラケット１１は基台１０
に固定され、又ブツシュ９を保持する軸受ブラケット４
はスペーサ６及び７を介して荷重軸受機構８に固定され
ている。

測定素子はケーブル１７により測定用計器に接続されて
いる。

測定素子１及び２は円筒形を呈しており、測定用ジャー
ナルの幾何学的な軸線５の両側に偏心的に配置されてい
る。

中央体３はブツシュ９の内径よりも小さい直径をもった
円板として形成されており、測定素子１及び２の端部に
堅く固定されている。

中央体は二つの部分から適当に作られており、ある部分
は測定素子１及び２とともに機械加工されている。

製作のさいは長い測定素子１を接続素子１２及び中央体
３の下方部分と一体に製作してもよく、その場合その他
の部分は短い測定素子２、接続素子１５及び中央体３の
上方部分を構成する。

機械加工の後二つの部分は適当に永久接合により強固に
結合されている。

接続素子１２及び１５は別々の部分として製作すること
もできるが、その場合にはそれらは望ましくは焼きばめ
により測定素子１及び２に接続される。

ここで示した構造はもちろん可能な具体例の一つにすぎ
ず、その他の種々の構造模型も可能である。

接続素子は例えば角柱形のものでもよく、文中尖体３は
適当な剛性をもった素子でもよい。

第１図から第３図までに示した構造模型の概略的説明図
が第４図に示されている。

測定されるべき力Ｐは、ブツシュ９を介して接続素子１
５に作用し、取付は場所において偶力Ｐ１．Ｐ２を発生
する。

力Ｐ２が内部反作用として偶力の腕らに作用し、従って
反作用モーメントが発生してブツシュ９の位置を幾何学
的な軸線５と平行に保ち、反力Ｐが偏心距離ｅ１に対応
して偶力の腕上の測定素子１にねじりモーメントを発生
させる。

接続素子１５は一端が固定されたホルダとして作用する
が、その幾何学的寸法のためにそれを完全に剛体とみな
してもよい。

中央体３及び接続素子１５と剛体接続されている短い測
定素子２には曲げモーメントも発生する。

その方向は測定素子２の長手方向軸線に直角であって、
力Ｐを通過する平面によってねじり測定素子２から切り
取られた平面においては値が０である。

その最大値は接続点において現れる。

この曲げモーメントは測定素子２の接続点において中央
体３に関するねじりモーメントとして現れ、そしてその
反作用は測定素子１の接続点において現れる。

測定用ジャーナルの幾何学的寸法を正しく選択すること
によって、中央体３の完全な剛性を達成することができ
る。

他方、測定素子のねじりモーメントは中央体における一
方の端部を幾何学的な軸線５に直角な方向に曲げて、測
定素子２の軸線と交わる長手方向軸線と直角に作用する
。

中央体３の他方の端部には対立する反作用モーメントが
発生して測定素子１にねじりを発生させる。

発生する応力は、測定素子１及び２の横断面Ｓｏ、慣性
モーメント■。

、赤道断面係数Ｋｅｏ、極断面係数ＫＰｏ、並びに材料
特性の関数である。

これら因子は測定素子１及び２の強さ特性をも決定する
。

長い測定素子１の他端は接続素子１２に結合されていて
、これに偏心距離ｅ１に対応して反力Ｒを生じさせる。

この素子の幾何学的な軸線５に対する平行性は、偶力の
腕ｌ□における偶力Ｒ１゜Ｒ２によってひき起こされる
運動量によって確保される。

これは又、フレーム構造のすべての素子を通過する力の
流れの外側にあって力Ｐ、Ｒ間で終わる運動量である。

剛体フレーム構造は偶力の腕ｌ。

に作用する偶力としての力Ｐ及びＲのために測定素子１
，２及び幾何学的な軸線５によって定められた平面にあ
りかつこれに直角な軸線のまわりに回転しようとする。

この回転はフレーム構造に生じて偶力の腕ｌＲに沿って
作用する力ＰＲ及びＲＲからなる反作用モーメントとし
ての偶力によって阻止される。

第５図は第１図ないし第３図に示した構造模型に適した
測定用ジャーナルに配置された第４図による設計を示す
ものである。

力Ｐがブツシュ９の外周（外径ＤＰを有する）に作用す
ることは明らかである。

測定素子１及び２と中央体３はフレーム構造内に配置さ
れかつ接続素子１２及び１５によりフレーム構造の他の
部分に接続されている。

反力Ｒはジャーナル部分として形成された接続素子１２
の直径り凡の外周に作用する。

第１図ないし第５図に示した構造においては力Ｐ及び反
力Ｒの影響線は一致しない。

これはこの構造が力Ｐの影響線に対して対称でないとい
うことに等しい。

この欠点はいくつかの基本的フレーム構造を対に連結す
ることによって取除かれる。

その例は第６図、第７図、第８図及び第９図に示されて
いる。

この連結は中央体３において（第６図参照）、測定素子
１に連結された接続素子１２において（第７図参照）、
又は測定素子２に連結された接続素子１５において（第
８図参照）行われる。

連結は前述の基本的変更例の組合せによっても実施する
ことができる。

中央体３及び測定素子２が接続素子１５で連結されてい
る例が第９図に示されている。

二つの基本的フレーム構造が第６図に従って中央体に連
結されている場合には、中央体３′及び３“の剛体接続
が実現されるはずである。

継手１８を実際に使用してもよく、又溶接継手を使用し
てもよい。

中央体３′及び３“は一つの部材から機械加工してもよ
く、この方法によると最も好都合な特性が得られる。

既述のようにして開発された装置は二つの集中力Ｐ′及
びＰ“によって荷重を受け、両端が支持又は固定された
ホルダとして作用する。

力Ｐ′及びＰ“は先糸の合力であってもよく、これの外
に反力Ｒ′及びＲ“も又先糸に発生する。

二つのフレーム構造は測定素子１′及び１“に取り付け
られた接続素子１２′及び１２“により連結してもよい
。

この変更例は第７図に示されている。ここでは接続素子
１２′及び１２“は継手１８及び（又は）接続用ブツシ
ュ１９により相互に固定されている。

接続素子１２′及び１２“は単一の部材から機械加工す
るのが最もよい。

二つの基本的フレーム構造の連結は短い測定素子２′及
び２“の接続素子１５′及び１５“においても又実施す
ることができる（第８図参照）。

完全な剛体特性、及び摩擦のない状態を確保しなければ
ならないので、この方法の実現には特別の注意が必要で
ある。

接合は同様にブツシュ１９又は継手１８によって解決さ
れる。

この系は両端で支持又は固定された力、及び中心におけ
る一つ又はいくつかの集中又は分割した力によって荷重
をかけられることができる。

基本的フレーム構造の連結は前述の方法の組合せによっ
ても行うことができる。

第９図はこのような方法による設計を示すもので、連結
は中央体３′及び３“並びに測定素子２′及び２“にお
いて行われている。

ここに示した変更例においては中央体３′及び３“は継
手１８により固定されかつ測定素子２′及び２“は接続
用ブツシュ１９により相互に固定されている。

この方法では力Ｐの影響線に対して対称的又はほとんど
対称的な反力Ｒ′及びＲ“が得られるが、これはＲ′と
Ｒ“がほぼ等しい場合には、使用可能な支持構造を呈す
る。

第６図及び第８図に示した実施例は特別の問題を解決す
るためにのみ適当である。

第６図による構造では接続素子１５′及び１５“に荷重
を与えている力Ｐ′及びＰ“は異なった大きさのもので
もよＧ）。

プライム（′汲び二重プライム（“）を施した装置（系
統）は独立した測定装置として開発することができるの
で、この実施例は力Ｐ′及びＰ“の値を態別に決定しな
ければならないときに得策である。

反力Ｒ′及びＲ“の発生は中央体３′及び３“の連結に
よって影響されるが、これによっである種の補償が行わ
れる。

これ補償は系（フレーム構造）の対称関係に依存する。

従ってこの実施例はまず第一に特別の場合に対してのみ
適当である。

第８図に示した実施例も同様であるが、ここでは力Ｐの
配置が対称でないので、反力Ｒ′及びＲ″もまた対称で
ない。

この差異は系（フレーム構造）の寸法を決めるときに考
慮されるべきである。

第７図及び第９図に示した実施例は大低の場合に使用す
ることができる。

第７図の測定装置の実際的な構成は第１０図及び第１１
図に示されている。

この図示例はクレーンのホイストを示すものである。

基本的フレーム構造はクレーン・フック２０の両側に配
置されている。

ブツシュ９′及び９“を備えた接続素子１５′及び１５
“は第７図に示した設計のものにおける他の素子ととも
にクレーンのプライドル２１に埋設されている。

接続素子１２′及び１２“は接続素子１５′及び１５“
間のユニット２２において結合されている。

反力Ｒはクレーン・フック２０の中心線において作用す
るが力Ｐ′及びｐ／／はプライドル２１の対称面に現れ
る。

（巻上機械の場合には有効な力は正に持ち上げら９れた
重量の力、ここでは反力として現れる力であるので、既
述の動作は力Ｐと反力Ｒとが相互に取り換えられたとい
うことによって影響されない。

）ブツシュ９′及び９″は接続素子１５′及び１５″と
、中央体３′及び３“によってともに支持されかつ結合
された測定素子１′、１″及び２′、２“とを有してい
る。

測定素子１′、１“及び２′、２“並びに中央体３′及
び３“は剛体接続のために単一体として作用する。

従って第１０図及び第１１図における二重式測定用ジャ
ーナルはフック・プライドルとして作用しかつ同時に発
生する力の検出を行う。

第９図に示した設計による実用的構造模型は第１２図及
び第１３図に示されている。

この実施例においては、測定素子１′及び１“、接続素
子１２’及び１２“と１５′及び１５“は中央体３′及
び３“の両側に互いに対称的に配置されている。

別の構造模型が第１４図に示されている。

ここでは測定用ジャーナルは多条より線による荷重巻上
機構に組み込まれている。

高荷重支持容量の巻上機械における荷重巻上機構は多く
のより線を通してケーブル・ドラムに接続されている。

有料荷重はプライドルでつるされる。

反力Ｒ及びＲ２はプライドル２１に生じるが、力Ｐ１．
Ｐ２及びＲ３は種々のケーブルめ力に１ｊ Ｋ２７ Ｋ
３． Ｋ４．に５゜Ｋ６ｊ Ｋ７及びに８の合力である
。

これらの力はジャーナル部分２３を介して測定素子に伝
達され、そこから接続素子に伝達される。

ケーブル滑車が接続素子に埋設されていて荷重をケーブ
ル対に伝達する。

この基本的フレーム構造の組立構造は第１５図から容易
に理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による測定用ジャーナルの構成例の取
付けを示す図である。 第２図は第１図に示した基本的フレーム構造部の縦断面
図である。 第３図は第２図に示した構成例の線３−３による断面図
である。 第４図は第１図から第３図までに示した測定用ジャーナ
ルを用いた具体例の線図である。 第５図は機械的模型による測定用ジャーナルの説明図で
ある。 第６図は基本的フレーム構造の別の具体例を示す線図で
ある。 第７図は基本的フレーム構造の更に別の具体例を示す線
図である。 第８図は基本的フレーム構造の更に別の具体例を示す線
図である。 第９図は基本フレーム構造の更に別の具体例を示す線図
である。 第１０図は第７図に示した具体例の取付けを示す図であ
る。 第１１図は第１０図に示した構造部の線１１−１１によ
る断面図である。 第１２図は第９図に示した具体例の構造模型の部分断面
図である。 第１３図は第１２図に示した構造部の線１３−１３によ
る断面図である。 第１４図はより線ケーブルにより動作する荷重持上げ構
造部への取付けを説明するための図である。 第１５図は第１４図に示したものに使用される基本的フ
レーム構造の組立方法を説明するための図である。 これらの図面において、１は長い測定素子、２は短い測
定素子、３は中央体、５は幾何学的な軸線、１２は接続
素子、１５は接続素子、Ｐはねじりを発生させる力、Ｒ
はその反力を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 偶力を電気的測定可能な応力に変換するための力測
   定用ジャーナルであって、ねじりを発生させる力及びそ
   の反力の作用を受ける２つのねじり棒状測定素子を備え
   た力測定用ジャーナルにおいて、測定素子のねじり軸線
   が互いに平行でありかつねじりを発生させる力の影響線
   及び反力の影響線によって決定される平面の両側に対称
   的にかつ力測定用ジャーナルの幾何学的な軸線に対して
   偏心的に配置され、かつそれらの影響線によって決定さ
   れる平面が反力及びねじりを発生させる力によって決定
   される平面に直角であるように測定素子のそれぞれの一
   端を中央体に固定し、かつ測定素子のそれぞれの他端を
   ２つの接続素子のそれぞれに固定し、これら接続素子を
   軸線方向に同軸状に配置し、前記力及び反力をそれぞれ
   の接続素子の周囲に対称的に作用させることを特徴とす
   る力測定用ジャーナル。 ２ 中央体に近い方の接続素子がブツシュの中に取付け
   られた円板部材であり、前記円板部材に他方の接続素子
   から延びる測定素子が通る切欠部を設けていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の力測定用ジャーナ
   ル。 ３ 中央体に近い接続素子から延びる測定素子が他方の
   測定素子より短いことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の力測定用ジャーナル。 ４ 同等に作られた第２の対の測定素子、中央体及び接
   続素子を前記測定素子、中央体及び接続素子に対して鏡
   像関係に同軸状に配置し、それぞれの中央体及び／又は
   接続素子を互いに連結固定したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記載の力測
   定用ジャーナル。