JPS6156451B2 - - Google Patents

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JPS6156451B2
JPS6156451B2 JP56188127A JP18812781A JPS6156451B2 JP S6156451 B2 JPS6156451 B2 JP S6156451B2 JP 56188127 A JP56188127 A JP 56188127A JP 18812781 A JP18812781 A JP 18812781A JP S6156451 B2 JPS6156451 B2 JP S6156451B2
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JP
Japan
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thrust
torque
gap
circumferential direction
annular portion
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JP56188127A
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JPS5888632A (ja
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Yotaro Hatamura
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/12Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring axial thrust in a rotary shaft, e.g. of propulsion plants

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転軸にかかるスラストとトルクを変
位量に変換し、これを非接触で外部に取り出す圧
力変換検出装置に関するものである。
回転軸にかかるスラストとトルクを求めたい場
合としては、切削力を測定する切削動力計とか、
粘度を計る回転式粘度計、さらには工業用ロボツ
トに代表されるマテリアル・ハンドリング機器用
センサー等枚挙にいとまがない。工作機械の主軸
に切削動力計を取付ける場合を例にとつて説明す
ると、回転側に切削動力計を取付けても主軸部分
の剛性を低下させることがなく、しかも検出感度
が良好であり、また検出したスラストとトルクは
これを非接触で外部に取り出せるものであること
が最も望ましい。検出したスラストとトルクを非
接触で外部に取り出す一つの方法としては無線に
よることが考えられる。すなわち主軸側に増幅器
や送信機およびこれに関する電源等を装着し、歪
ゲージを使用してスラストによるひずみ、トルク
によるひずみを検出したならば、これらの信号を
電波として送信し、外部で受信する。しかし、こ
の方法は大きさの制約、調節の不便といつた欠点
を伴うことになる。
本発明は、より簡単な構成でもつて検出したひ
ずみを外部に取り出すことができる装置を提供す
ることを目的としてなされたものである。
本発明を添付した図面に示す実施例によつて説
明すると、つぎのとおりである。
始めに軸方向と周方向にスラストとトルクに比
例した変位を生じさせる第1図に示す二重環構造
の圧力変換器について説明する。これは内側環状
部分1をトルク変形部とし、外側環状部分2をス
ラスト変形部としたものであつて、両部分1,2
は両部分1,2の展開図である第2−A図と第2
−B図において点線で斜線を施して示した四つの
連結個所3で一体的に結合されている。第2−A
図と第2−B図の展開図から明らかなように、何
れも円周方向に四つの単位変形部を形成する点で
共通しているが、前者の単位変形部は、細長い縦
孔4,4間の二つの角孔5,5を上下に穿設する
ことで、角孔5,5に挾まれた中間部6の四隅を
軸方向の弾性支持部7で支持する構造となつてい
る。前記した連結個所3は中間部6に包含され
る。そこで連結個所3にトルクTが働くと、第2
−C図の如く各中間部6は変形可能であり、しか
もスラストに対しては充分な剛性を示す。一方、
後者の単位変形部は、細長い横孔8,8間に二つ
の角孔9,9を左右に穿設することで、角孔9,
9間に挾まれた中間部10の四隅を円周方向の弾
性支持部11で支持する構造となつている。前記
した連結個所3は中間部10に包含される。そこ
で連結個所3にスラストPが働くと、第2−D図
の如く各中間部10は変形可能であり、しかもト
ルクに対しては充分な剛性を示す。したがつて内
側環状部分1の前端にチヤツク(図示せず)を取
付けるためのテーパー状取付部12を形成し、外
側環状部分2の後端を主軸(図示せず)に適宜固
定することによつて、例えばチヤツクに保持した
ドリルで穿孔する際の切削力をテーパー状取付部
12を介して内側環状部分1に伝達できることは
勿論、四個所の連結個所3を介して外側環状部分
2にも伝達し、そのときのトルクに比例した変位
を内側環状部分1に、またスラストに比例した変
位を外側環状部分2にそれぞれ生じさせることが
できるものである。
第1図の例では何れの弾性支持部7,11も平
行平板状となすために加工が面倒な角孔5,9の
穿設を必要としたが、弾性支持部7,11は平行
平板状に限定されるものではない。例えば第2−
E図のような加工が簡単な丸孔13とか、或いは
第2−F図のような小さな二つの丸孔間を切除し
て連絡した孔13′により得られる弾性支持部
7,11であつてもよい。同じ歪出力を得る場
合、第2−A図よりも第2−E図、第2−E図よ
りも第2−F図の変形部構造の方が変形を小さく
できるという利点がある。また二重環構造の内側
と外側をトルク変形部とスラスト変形部に振り当
てる際、第1図とは逆の関係にしても一向差しつ
かえないし、これに伴つて主軸に固定する側やテ
ーパー状取付部12の形成側の関係においても逆
にしてもよい。それのみならず、二重環構造の内
側と外側をトルク変形部とスラスト変形部とに振
り当てねばならないこともなく、内側は専らチヤ
ツク等に受けた切削力が受承する部分となし、外
側をトルク変形部兼スラスト変形部とするような
構造にもできる。第3−A図にはこのような場合
の一例を示している。
第3−A図に示す力変換器は、第3−B図の断
面図からわかるように、内側環状部分14はチヤ
ツク等の軸が嵌合するテーパー状内面15を形成
するだけである。外側環状部分16の単位変形部
の展開図である第3−D図において点線で斜線を
施した個所17は内側環状部分14と外側環状部
分16との連結個所であつて、第1図の例と同
様、円周方向の四個所に配されており(第3−C
図参照)、その個所を除いては間隙18が形成さ
れ、基端側に設けた空所19と共に、チヤツク等
に受けた切削力で内側環状部分14はどの方向に
も変位可能としている。一方、回転軸側に連結保
持される外側環状部分16は、その胴部22より
大径とした前部20と後部21とがあつて、この
前部20と後部21で回転軸側との連結保持を行
ない、そして胴部22には第3−D図の如く各連
結個所17を中心として左右に縦孔23,23、
それよりも長い縦孔24,24、および長い縦孔
24,24の両端部間に上下に横孔25,25を
穿設する。これによつて、連結個所17を包含す
る中間部26は軸方向に向く四つの弾性支持部2
7と円周方向に向く四つの弾性支持部28とで支
持されることになる。したがつて連結個所17か
ら切削力が伝達されると、そのときのトルクとス
ラストに比例した変位が外側環状部分16に生ず
ることになる。
上述の如く、内側環状部分1,14と外側環状
部分2,16とを円周方向の複数の連結個所3,
17で連結し、何れか一方の環状部分1,14ま
たは2,16を回転軸への固定側、他の環状部分
2,16または1,14を被動体との結合側とな
し、上記連結個所3,17を包含する両環状部分
1,2の中間部6,10または一方の環状部分1
6の中間部26はその四隅を軸方向に向く弾性支
持部7,27と円周方向に向く弾性支持部11,
28により支持する構造とすることにより、これ
を回転軸側に直接取付ける軸搭載型として使用し
ても、回転軸部分の剛性を低下させることがな
く、しかも良好な検出感度を得ることが明瞭であ
る。
ところで本発明の一つの実施態様では、上記し
た両環状部分1,3または14,17に相対峙す
る鍔29,31を設け、両鍔面に形成した頂角90
゜のノツチ部30と頂角90゜の突起部32とで軸
方向に対し45゜傾く隙間33を形成するのであ
る。これは、つぎに述べるような理由によるもの
である。すなわち、無負荷時、45゜の方向に傾く
隙間個所の周方向の間隔がそれぞれa,bであつ
たとする(第4−A図参照)。受圧したトルクに
比例する周方向の変位D1を生じた際の周方向の
間隔a1,a2(第4−B図参照)は、 a1=a+D1 (1) b1=b−D1 (2) また受圧したスラストに比例する軸方向の変位
D2を生じた際の周方向の間隙a2,b2(第4−C図
参照)は、二つの隙間とも軸方向に対して45゜傾
いているために、軸方向の変位即周方向の変位で
あるから、 a2=a−D2 (3) b2=b−D2 (4) したがつてトルクとスラストが同時に負荷された
場合の周方向の間隔a3,b3(第4−D図参照)
は、 a3=a+D1−D2 (5) b3=b−D1−D2 (6) 上式からトルク、スラストに比例した変形量
D1,D2は、 D1=1/2{(a3−b3)−(a−b)} (7) D2=1/2{−(a3+b3)+(a+b)} (8) と、きわめて簡単な演算式で表わすことができ
る。これは二つの隙間とも軸方向に対して45゜傾
かせたことにより、軸方向の変位即周方向の変位
として扱えるからである。
本発明では上記の如く隙間33間隔でもつてそ
のときの変位D1,D2を検出するものであるか
ら、例えば工具からの熱的影響等で隙間33間隔
は左右されない構造であることが望ましい。第3
−A図の鍔部29は低熱膨脹金属製とし、しかも
内側環状部分14からも或る間隔離し、連結個所
17の一端に連結しているのは、この為である。
頂角90゜のノツチ部30と突起部32の数につい
ては、第1図の例では各2個としたけれども、こ
れに限定されるものではない。それのみならず、
ノツチ部30と突起部32の頂角については必ず
しも90゜に限られるものではない。頂角が90゜以
外の場合のスラスト・トルクによる軸方向、周方
向の隙間33の変化量は頂角90゜の場合とは多少
異なるけれども、比較的簡単な演算で求めること
ができるからである。これを更に敷衍していえ
ば、ノツチブ30と突起部32とで作る隙間33
の周方向の間隔が軸方向について一定となつてい
る隙間個所を少なくとも2個所形成することとい
える。つまり、ノツチ部30や突起部32の先端
部や根本部の形状はどうでもよいし、左右対称の
形状であろうと非対称であろうと問う所ではな
く、また第6図の如き平行な二つの隙間33,3
3であつてもよい。第6図の如くすると、温度変
化による誤差を打消すことも可能になる。
隙間33の無負荷時と負荷時の間隔a,b,
a3,b3を回転状態にあつても外部から測定するた
めには、適宜の手段によつて行なうことができ
る。第5図には、その一例として外部から与えた
反射光によつて測定する光学的手段による場合を
示している。第5図中、符号34は第1図に示し
た圧力変換器であり、何れか一方の環状部分を回
転軸35に取付けたならば他の環状部分はドリル
39を取付けたチヤツク38の結合側となすこ
と、前記したとおりで、第1図の取付部12およ
び二つの鍔部29,31は、第5図では符号37
と36を付しており、鍔部36に画かれた一本の
線は隙間33を示している。鏡面仕上げを施した
鍔部36円筒面に光源40から出た光を二枚のレ
ンズ41,41を使つて直径約0.1mm程度に絞
り、その光点の描く軌跡が丁度45゜傾いた隙間3
3部を横切るように設定すると、光点が鍔部36
円筒面に当つているときには光の反射が行なわれ
るが、隙間33に当る間は反射が行なわれないこ
とになる。反射光をフオトトランジスタ42で検
出し、フオトトランジスタ42からの出力信号を
タイミングパルス発生器43に送つて、反射光が
なくなつた時間だけゲート44を開かせる。ゲー
ト44が開くと、水晶発振器45により発生した
11MHzの基準クロツクパルスがカウンター46に
流れて計数され、マイクロコンピユーター47の
主記憶に書き込まれていく。計数が終つたカウン
ター46は再度クリアーされ、つぎの隙間33に
光点が至るまで待機する。このように反射光がな
くなる時間からa,b,a3,b3が求められ、演算
によつて次々にD1,D2の大きさが求められてい
く。
以上は光反射法により二つの変位D1,D2を検
出する場合について述べたが、例えば磁気センサ
ー等の技術を応用することによつても可能であ
る。
本発明は上述したところから明らかなように、
軸搭載型として使用しても主軸部分の剛性を低下
させず、それでいて検出感度がよいという相反す
る要求を充足させるだけでなく、スラストやトル
クで生じた変位を非接触で外部に取り出す構造が
極めて簡単である点で、その及ぼす便益は甚だ大
なるものがある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る力変換検出装置の第1実
施例を示す分解斜視図、第2−A図と第2−B図
は第1図の内側環状部分と外側環状部分の展開
図、第2−C図と第2−D図は変形時の状態を示
す図、第2−E図と第2−F図は弾性支持構造の
変形例を示す図、第3−A図から第3−D図まで
はそれぞれ第2実施例を示す斜視図、A−O−B
に沿つた縦断面図、I−I線に沿い矢印方向に見
た断面図、並びに単位変形部の平面図である。第
4−A図から第4−D図までは45゜傾いた隙間の
働きを説明する説明図、第5図は光反射法によつ
て隙間間隔を測定する場合の説明図、第6図はノ
ツチ部と突起部の他の実施例を示す平面図であ
る。 1,4……内側環状部分、2,16……外側環
状部分、3,17……複数の連結個所、6,10
……両環状部分の中間部、7,27……軸方向に
向く弾性支持部、11,28……円周方向に向く
弾性支持部、26……一方の環状部分の中間部、
29,31,36……鍔部、30……ノツチ部、
32……突起部、33……隙間。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 内側環状部分と外側環状部分とを円周方向の
    複数の連結個所で連結し、何れか一方の環状部分
    を回転軸への固定側、他の環状部分を被動体との
    結合側となし、上記連結個所を包含する両環状部
    分の中間部または一方の環状部分の中間部はその
    四隅を軸方向に向く弾性支持部と円周方向に向く
    弾性支持部により支持する構造となすと共に、両
    環状部分に相対峙する個所を設け、該個所に形成
    したノツチ部と突起部とで作る隙間の周方向の間
    隔が軸方向について一定となつている隙間個所を
    少なくとも2個所形成したことを特徴とするスラ
    スト・トルク変換検出装置。
JP56188127A 1981-11-24 1981-11-24 スラスト・トルク変換検出装置 Granted JPS5888632A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56188127A JPS5888632A (ja) 1981-11-24 1981-11-24 スラスト・トルク変換検出装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56188127A JPS5888632A (ja) 1981-11-24 1981-11-24 スラスト・トルク変換検出装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5888632A JPS5888632A (ja) 1983-05-26
JPS6156451B2 true JPS6156451B2 (ja) 1986-12-02

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ID=16218185

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP56188127A Granted JPS5888632A (ja) 1981-11-24 1981-11-24 スラスト・トルク変換検出装置

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3434951A1 (de) * 1984-06-01 1985-12-05 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Schubmesseinrichtung
JPH0615993B2 (ja) * 1984-08-04 1994-03-02 洋太郎 畑村 軸力センサ

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Publication number Publication date
JPS5888632A (ja) 1983-05-26

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