JPS6013453B2 - トルク測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転軸線に対しほぼ直角に延びる円板状測定
素子が、所定の半径方向位置で周囲にわたって均一に分
布して同じ円形輪郭の多数の穴をもち、これらの穴が、
それらの間にほぼ半径方向に延びるスポーク状橋渡し片
を、測定すべき力を受けかつひずみ測定条片を張り付け
られる所定の位置、形状および表面仕上げの変形区域と
して残し、測定素子の軸線方向に測った肉厚が、少なく
とも穴または橋渡し片の半径方向範囲で橋渡し片の最も
狭い個所において周方向に測った幅より著しく大きい、
トルク測定装置に関する。

このようなトルク測定装置では、橋渡し片の藤線方向肉
厚をその周方向幅より著しく大きくすることによって、
外乱として作用する鞠線方向力の影響をかなり除去でき
るが、外乱としての車輪荷童による影響は除去できない
。

本発明の課題は、このような軸線方向力または車輪荷重
によりトルクの測定結果に及ぼされる影響を除去するこ
とにある。

この課題を解決するため本発明によれば、円板状測定素
子が、４で割り切れる数の穴をもつトルク測定素子とし
て構成され、ひずみ測定条片が半径に関して橋渡し片の
中０より外方で偶数の測定橋渡し片に設けられ、これら
のひずみ測定条片が０ブリッジ接続され、測定橋渡し片
の伸びまたは圧縮を測定する第１ひずみ測定条片が、２
つの対向する第１ブリッジ辺へ分布して設けられ、測定
橋渡し片の圧縮または伸びを測定する第２ひずみ測定条
片が、両方の第１ブリッジ辺の間にあって互いに対向し
ている２つの第２ブリッジ辺へ均一に分布して設けられ
、直径上で互いに対向する２つの測定橋渡し片の第１ま
たは第２ひずみ測定条片が同じブリッジ辺に設けられ、
しかも第１ひずみ測定条片が第１ブリッジ辺の一方の辺
および他方の辺へ分布され、また第２ひずみ測定条片が
第２ブリッジ辺の一方の辺および他方の辺へ分布され、
各ブリッジ辺のひずみ測定条片が橋渡し片のなす環の周
囲にわたって均一に分布して設けられ、しかもひずみ測
定条片が両方の第１ブリッジ辺および両方の第２ブリッ
ジ辺へ分布されている。

こうして本発明によれば、まず軸線方向力の影響の除去
は、橋渡し片の軸線方向肉厚をその間方向幅より著しく
大きくすることによって行なわれる。

すなわち橋渡し片は軸線方向力に変形しないので、この
ような鶴線方向力はひずみ測定条片の変形に対して何の
影響も及ぼさない。しかもこの鞠線方向力の影響の除去
は、橋渡し片の麹線方向に特に変形し難い個所、すなわ
ち半径に関してひずみ測定条片の中心より外方で最大曲
げ応力を受ける個所にひずみ測定条片を設けることによ
っても行なわれるので、ひずみ測定条片は橋渡し片へ軸
線方向に作用する力には感応しなくなる。半径方向すな
わち垂直方向における橋渡し片の半径方向圧縮または伸
びは、車輪荷重によっておこり、特に車輪中心より上ま
たは下で垂直に延びる橋渡し片が圧縮されるか伸ばされ
る。車輪ボスとほぼ同じ高さで水平になっている橋渡し
片は、トルクによる荷重によっても垂直な車輪荷重自体
によつても曲げ応力を受け、しかも車輪周囲の一方の側
では反対側とは逆の曲げ応力を受ける。橋渡し片のこれ
ら圧縮および伸びと車輪荷重による曲げのあまり簡単で
ない影響の除去は、ブリッジ回路内におけるひずみ測定
条片の本発明による配置によってはじめて可能となる。
図面に示された実施例について本発明を以下に説明する
。

第１図および第２図に示すトルク測定装置は、車輪リム
１とこれに溶接された車輪円板２を示しＺており、車輪
円板２はトルク測定円板６を介して制動可能な駆動され
る車輪フランジ３と結合されている。

トルク測定装置は、鞠荷重４およびトルク５を受ける。
．介在せしめられるトルク測定円板６は藤線方向には狭
いので（幅Ｔ）、トルク測定Ｚ円板６の介在により車軸
の輪距はほとんど変らない。トルク測定円板６は、２組
のボルトによってトルク伝達経略へ関係せしめられてい
る。すなわち第１組のボルト７は測定円板６を車輪フラ
ンジ３へ取付けるのに用いられ、また第２組のボルト２
８により車輪１，２が測定板６へ取付けられる。トルク
測定円板６の内部には、回転するトルク測定円板６から
静止している端子へ測定値を伝送する公知の構造の回転
伝送器９も設けられている。トルク測定円板６は、溶接
継手１７により外周２を永続的に互いに結合されている
２つの円板体からできている。本来のトルク測定素子と
しての測定区板１４はボルト７により車輪フランジ３へ
止められ、トルク測定する変形区域をもっている。他方
の区板１５は半径方向外方の比較的離れた個所から、車
輪円板２を測定円板１４へ取付ける個所へ動力を半径方
向へ戻すのに用いられる。半径方向内方にある点へこの
ように動力を戻すため、特別なリムないこ車輪でトルク
測定を行なうことが可能である。トルク測定素子１４は
変形区域内に所定の一定な肉厚ｔをもっている。

この範囲では、環状配置の穴１０が所定の位置と所定の
寸法で設けられている。これら穴１０の間に残る橋渡し
片１１は、所定の半径方向位置、所定の寸法および所定
の表面仕上げをもっている。これらの橋渡し片１１の軸
線方向における断面（第１図における寸法ｔ）は周方向
における断面（第２図における寸法ｓ）より著しく大き
い。それにより橋渡し片１ １は軸線方向荷重を吸収す
ることができる。これに反し橋渡し片１１は周万向に比
較的軟らかい。それにより変形区域はトルクに対しての
み感応する。１つおきの橋渡し片１１がひずみ測定条片
１８を張り付けられており、これらの張り付けられた橋
渡し片が測定橋渡し片１２である。

ひずみ測定条片１８は、測定橋渡し片１２の両側の最大
応力を受ける個所１３に設けられている。これらの最大
応力個所は橋渡し片の中央以外の所にある。すべて０の
ひずみ測定条片１８は電気的にブリッジにまとめられ、
このブリッジの導入端子および導出端子は溝２０（接続
ケーブル１９）により回転伝送器９へ導かれている。橋
渡し片は中心軸線に対して垂直な水平力およ夕び垂直力
を受ける。

しかし張り付けられたひずみ測定条片へ作用する橋渡し
片の等しい変形は、ひずみ測定条片のトルクによっての
み生ずる変形が外部へ表示されるように、測定ブリッジ
内でひずみ測定条片を適当に配置することによって、な
く０すことができる。周方向に均一に分布される多数の
測定橋渡し片は、あらゆる周方向位置におけるトルク測
定信号特に均一な高さの測定信中を得るのに必要である
。すなわち測定橋渡し片が少数であると、半径方向荷重
のため最大半径方向応力ま夕たは最大曲げ応力の周個所
を測定橋渡し片が通ることによって生ずる波状信号がト
ルク測定信号に重畳されることになる。橋渡し片および
トルク測定円板を中実材料から一体に作ることによって
、場合によっては縦付けられる変形橋渡し片の緒付０け
ヒステリシスが回避される。第３図および第４図から、
トルク測定素子１４に設けられるひずみ測定条片ａない
しｐおよびＡないしＰが第３図に示す測定ブリッジ内で
電気的に接続されて、鞠線方向荷重のため垂直方向にお
夕げる橋渡し片の伸びおよび圧縮がなくなり、さらに半
径方向荷重のため橋渡し片の下方への曲げがなくなるこ
とがわかる。

説明のため、右の周囲に記入されたハッチングにより示
すように、トルク測定素子１４の外側部分が固定され、
トルク測定ひ素子１４の内側部分が時計方向にトルク５
を受けるものと仮定する。このトルクにより、大文字で
示すひずみ測定条片が伸ばされ、橋渡し片の反対側に設
けられ小文字で示すひずみ測定条片が圧縮される。全体
として３２個のひずみ測定条片があり、そのうち一方の
半分すなわち１針固のひずみ測定条片が伸ばされ、他の
１母固のひずみ測定条片が圧縮される。伸ばされるひず
み測定条片は第３図の測定ブリッジの２つの引張りブリ
ッジ辺２１および２２に設けられ、これに反し圧縮され
るひずみ測定条片は２つの圧縮ブリッジ辺２３および２
４に設けられる。ここでは偶数の測定橋渡し片があるの
で、各周個所で２つの測定橋渡し片が直径上で精確に対
向している。さて垂直方向において隣接しかつひずみ測
定条片Ａ，ａおよび１， ｉを張り付けられている２つ
の測定橋渡し片に着目する。車輪荷重４により上の測定
橋渡し片は引張られ、下の測定橋渡し片は圧縮される。
この影響により、トルクの影響で伸ばたれるひずみ測定
条片Ａはさらに伸ばされ、これに反しトルクの影響で同
様に伸ばされるひずみ測定条片１は車輪荷重により再び
若干圧縮される。この影響すなわち上のひずみ測定条片
の付加的な伸びと伸ばされた下のひずみ測定条片の重畳
される圧縮を相殺するために、対向する測定橋渡し片に
設けられているこれら両方の対応するひずみ測定条片が
測定ブリッジの同じ辺２１に設けられている。これによ
り荷重のため生ずる抵抗変化が互いに打消し合い、トル
クにより生ずる抵抗変化のみが外部に対して有効になる
。他のすべての測定橋渡し片の伸ばされたひずみ測定条
片と、他おすべての測定橋渡し片の圧縮されたひずみ測
定条片についても同じようになる。さて水平面内に隣接
しておりかつ直径上で対向する２つの測定橋渡し片、す
なわちひずみ測定条片Ｅ，ｅおよびＭ，ｍを張り付けら
れている測定橋渡し片に着目する。これら両方の測定橋
渡し片は車輪荷重４により下方へ曲げられる。これによ
りトルクにより伸ばされたひずみ測定条片Ｅはさらに伸
ばされ、これに反しトルクにより同様に伸ばされたひず
み測定条片Ｍには圧縮が重畳される。したがって水平面
内における車輪荷重４の影響は垂直面内における影響と
同じである。すなわちトルクにより伸ばされたひずみ測
定条片は一方の側では付加的に伸ばされ、反対側では圧
縮が重畳される。圧縮されるひずみ測定条片でも、事４
情は同じであり、逆なだけである。したがって水平面を
通る測定橋渡し片については、垂直面を通る測定橋渡し
片に対するのと同じ考察があてはまる。すなわち水平面
内にある測定橋渡し片の曲げ応力の点からも、直径上で
対向する測定橋渡し片の常に同種のひずみ測定条片を測
定ブリッジの同じ辺に設けねばならない。最後になお考
慮すべきことは、測定ブリッジの各辺に橋渡し片環の全
周夕が表わされており、それにより車輪の１回転にわた
ってトルク測定信号が一定なことである。この考察に基
づいて、第３図および第４図に示されたひずみ測定条片
の分布が得られる。このように構成されたトルク測定素
子は、全周にわたって一定０で車輪荷重の影響を受けな
い一定のトルク測定信号を供孫合する。第５図には、ト
ルク測定円板の他の実施例が示されている。

このトルク測定円板２８では、動力を車輪取付けボルト
２９の半径位鷹へ戻す戻し円タ板が設けられていない。
車輪リム２６には、車輪円板の代りとして環２７が溶接
されており、その外周に測定円板２８をボルト３０‘こ
より取付けることができる。この構成の利点は、測定装
置が通常の車輪よりほんのわずかしか重くならず、対向
０する２つの車輪の輪距変化が測定装置の組込みによっ
て生じないことである。この測定装置は、大きい車輪重
量および輪距変化が測定に誤差を生ずるような条件でト
ルク測定を行なうとき特に有利である。これは特に高い
速度および（あるいは）タ車両の路面保持の遂行の場合
である。本発明によるトルク測定円板の利点は、トルク
分路が完全に回避され、車輪の周囲に作用する駆動トル
クあるいは制動トルクが誤りなく非常に精確に測定可能
なことである。

これによりたとえば０排気ガス検査の走行サイクルを著
しく精確に再現可能である。トルク測定円板の第６図に
示す別の実施例は、巻付き伝動装置特にＶベルト伝動装
置を実験するタンデム配置の測定円板を示している。

軸３５上に中実材料から旋盤加工された２つのトルク測
定円板１４′が所定の鞄線方向間隔をおいて設けられ、
その所定の肉厚の円板状部分の特定直径の所に多数の穴
が環状に設けられて、所定の位置および形状の測定橋渡
し片１ １′を形成している。これらの測定橋渡し片は
ひずみ測定条片を設けられている。２つのトルク測定円
板の間には、完全な環を形成する２つの半殻状結合片３
６が、熱のもち込みを回避するため電子溶接継手として
構成されている溶接継手１７′により溶接されている。

この結合片３６の溝状凹所には、同機に半殻状の挿入片
３７が遊びなく挿入され、摺動スリーブ４１により半径
方向位置を規定されている。挿入片３７はフヱザキー３
９により周方向に動かないようにされている。挿入片３
７にはＶ字状溝４０が加工され、この溝へＶベルト３８
が入ることができる。第６図によるトルク測定装置で異
なる輪郭および異なる種類のベルトを検査して測定でき
るようにするため、挿入片３７は異なる形状をとること
ができる。２つのトルク測定円板をタンデム配置するた
め、トルク測定円板のそばに設けられているＶ字状溝は
比較的小さい直径をもつことができ、また結合片３６が
両側を支持されているので、ベルト張力による頭斜力が
トルク測定円板にほとんど加わらない。

なお２つのトルク測定円板の１つのみにひずみ測定条片
を設ければよいが、タンダム配置の場合両方のトルク測
定円板が周方向に特定値だけ榛むように構成することが
必要である。巻付き伝動装置の測定のために第６図のも
のを使用する場合、場合によってはベルト張力のため軸
に作用する半径方向力を測定するものもよい。これは、
橋渡し片１１′の最も細い個所の両側にひずみ測定条片
を張り付けることによって行なわれる。ひずみ測定条片
をこのように位置させると、トルクにより生ずる伸びは
かなりなくなる。別の実施例を第７図に示す。

ここでは橋渡し片１１″をもつトルク測定円板１４″が
、かじ取り軸４６上に取付けられているハンドル４５の
ボス４７に取付けられている。このトルク測定装置は、
最初にあげたドイツ連邦共和国特許出願公開第２５０１
５２１号明細書による装置に比較して次の利点をもって
いる。すなわちこの測定装置によってもハンドルの高さ
は実際上変らず、非常に大きい半径方向および軸線方向
の力をハンドルへ及ぼすことができ、しかもそれにより
トルク測定円板を破壊する危険も生じない。このような
大きい軸方向および半径方向の力は、車両へ黍込む際運
転者によってハンドルへ及ぼされることがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は車輪に取付けられたトルク測定装置の軸線に対
して平行にとった断面図、第２図は第１図のローロ線に
沿うトルク測定装置の断面図、第３図は使用されるひず
み測定条片を電気的に配置したブリッジ回路の接続図、
第４図はひずみ測定条片のトルク測定円板における配置
を示す正面図、第５図、第６図および第７図はトルク測
定円板の別の異なる実施例の断面図である。 ．１０・・…・穴、１１，１２・・・・・・橋渡し片、
１４，１４′，１４″，２８・・・・・・トルク測定素
子（測定円板）、１８，Ａ〜Ｐ，ａ〜ｐ……ひずみ測定
条片、２１〜２４……ブリッジ辺、ｓ……周万向幅、ｔ
・・・・・・軸線方向肉厚。 々り〆 打り７ 〇は２ 布野夕 〃夕‐ア 〃咳３ 仇．６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸線に対しほぼ直角に延びる円板状測定素子が
   、所定の半径方向位置で周囲にわたつて均一に分布して
   同じ円形輪郭の多数の穴をもち、これらの穴が、それら
   の間にほぼ半径方向に延びるスポーク状橋渡し片を、測
   定すべき力を受けかつひずみ測定条片を張り付けられる
   所定の位置、形状および表面仕上げの変形区域として残
   し、測定素子の軸線方向に測つた肉厚が、少なくとも穴
   または橋渡し片の半径方向範囲で橋渡し片の最も狭い個
   所において周方向に測つた幅より著しく大きいものにお
   いて、円板状測定素子が、４で割り切れる数の穴１０を
   もつトルク測定素子１４，１４′，１４″，２８として
   構成され、ひずみ測定条片１８が半径に関して橋渡し片
   の中心より外方で偶数の測定橋渡し片１２に設けられ、
   これらのひずみ測定条片１８がブリツジ接続され、測定
   橋渡し片１２の伸びまたは圧縮を測定する第１ひずみ測
   定条片（ＡないしＰ）が、２つの対向する第１ブリツジ
   辺（２１および２２）へ分布して設けられ、測定橋渡し
   片１２の圧縮または伸びを測定する第２ひずみ測定条片
   （ａないしｐ）が、両方の第１ブリツジ辺（２１と２２
   ）の間にあつて互いに対向している２つの第２ブリツジ
   辺（２３および２４）へ均一に分布して設けられ、直径
   上で互いに対向する２つの測定橋渡し片１２の第１また
   は第２ひずみ測定条片（たとえばＡとＩあるいはａとｉ
   ）が同じブリツジ辺（２１または２３）に設けられ、し
   かも第１ひずみ測定条片（ＡないしＰ）が第１ブリツジ
   辺２１，２２の一方の辺２１および他方の辺２２へ分布
   され、また第２ひずみ測定条片（ａないしｐ）が第２ブ
   リツジ辺２３，２４の一方の辺２３および他方の辺２４
   へ分布され、各ブリツジ辺（たとえば２１）のひずみ測
   定条片（たとえばＡ，Ｃ，Ｅ，Ｇ，Ｉ，Ｋ，Ｍ，Ｏ）が
   橋渡し片のなす環の周囲にわたつて均一に分布して設け
   られ、しかもひずみ測定条片（ＡないしＰまたはａない
   しｐ）が両方の第１ブリツジ辺２１，２２および両方の
   第２ブリツジ辺２３，２４へ分布されていることを特徴
   とする、トルク測定装置。 ２ ひずみ測定条片１８が半径に関して測定橋渡し片１
   ２の最大曲げ応力の場所１３に張り付けられていること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の測定装置
   。 ３ ８により割り切ることのできる数の穴１０がトルク
   測定素子１４，２８に設けられていることを特徴とする
   、特許請求の範囲第１項に記載の測定装置。 ４ 周方向に均一に分布して設けられるが選ばれる少な
   くとも４つの異なる測定橋渡し片１２にひずみ測定条片
   １８が張り付けられていることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項に記載の測定装置。 ５ ひずみ測定条片１８が選択された測定橋渡し片１２
   の両側に張り付けられていることを特徴とする、特許請
   求の範囲第４項に記載の測定装置。 ６ トルク測定素子２８の橋渡し片環の半径方向外側お
   よび内側に、動力経路中のトルク測定素子２８を取付け
   るねじの通し穴または取付け穴が設けられていることを
   特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の測定装置（第
   ５図）。 ７ トルク測定素子１４に第２の円板１５がわずかな間
   隔をおいて永続的に結合されており、ねじの通し穴ある
   いは取付け穴が、トルク測定素子１４および第２の円板
   １５に、回転軸線から同じ距離の所に設けられているこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の測定装
   置（第１図）。