JPS62190443A - 転がり摩擦試験機のトラクシヨン係数測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、転がり摩擦試験機のトラクション係数測定
装置に関し、とくに３円筒式転がり摩擦試験機における
試験片のトラクション係数を高精度で測定できるように
したものである。

〔従来の技術〕

従来、３円筒式転がり摩擦試験機として、たとえば支持
軸受によって回転可能に支持された２個の駆動ディスク
の間に、駆動ディスクよりも小径の１個の試験片を配置
して、この試験片を摩擦力により回転させる形式の試験
機が使用されている。

この試験機においては、試験片の軸心を駆動ディスクの
軸心線に一致させて支持軸受により回転可能に支持し、
負荷装置による試験荷重を駆動ディスクと試験片との接
触部に与えて駆動ディスクを互いに異なる周速で同一方
向に回転させて、駆動ディスクの周速差による転がり滑
り摩擦力（トラクション力）を発生させ、試験片が高周
速側の駆動ディスクの回転方向に押圧されようとする荷
重を、試験片の支持部に設けられたロードセルで検出し
てトラクション力とし、また、駆動ディスクと試験片と
の接触部に与えられた試験荷重を駆動ディスクの軸心線
に設けられたロードセルで検出し、トラクション力と試
験荷重との比によりトラクション係数を求めている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の３円筒式転がり摩擦試験機は、駆動ディスクより
も小径の試験片を摩擦力によって回転させるので、駆動
ディスクを高回転数で回転させずに、試験片を高周速で
回転させることができ、また高面圧を得やすいほか、駆
動ディスクの構造も節単になる利点があるが、試験片の
トラクション係数の測定に当たっては、上記のように駆
動ディスクと試験片との接触部に生ずるトラクション力
と試験荷重とをロードセルによって検出した後、二つの
検出値の比を求める必要があるので、ロードセルの測定
誤差が二重に介入することになり、高精度の測定が困難
であるという問題がある。

この発明は、上記の問題を解決するためになされたもの
であり、トラクション力と試験荷重との検出誤差が介入
せず、高精度の測定値が得られるトラクション係数測定
装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明のトラクション係数測定装置が装着される３円
筒式転がり摩擦試験機は、回転可能に配置されたほぼ同
一直径の２個の駆動ディスクの間に、１個の試験片（中
央試験片）を支持軸受を介して回転可能に支持する構造
の試験機のほか、左右両側に２組並列して回転可能に配
置された上下一対の駆動ディスクに、それぞれほぼ同一
直径の主動試験片を挾持して、駆動ディスクの摩擦力に
より主動試験片を回転させ、２個の主動試験片の間に、
１個の従動試験片（中央試験片）を支持軸受を介して回
転可能に支持する構造の試験機についても適用される。

上記２個の駆動ディスクは、少なくとも一方を２個の駆
動ディスクの軸心を結ぶ基準線方向に移動可能に連結し
、上下一対の２組の駆動ディスクは、少なくとも一方を
２個の主動試験片の軸心を結ぶ基準線方向に移動可能に
連結する。

２個の駆動ディスク相互間、または上下一対の２組の駆
動ディスク相互間には、２個の駆動ディスクと中央試験
片との接触部、または２個の主動試験片と中央試験片と
の接触部に垂直方向の荷重を与える負荷装置を設ける。

中央試験片の支持軸受は、基準線に対して直交する方向
に移動可能な支持部材により支持し、支持部材の中間に
、中央試験片に作用する上下方向の力を検出するロード
セルを介装する。

〔作用〕

この発明のトラクション係数測定装置においては、中央
試験片を２個の駆動ディスクまたは２個の主動試験片の
軸心を結ぶ基準線よりも上方側または下方側で支持し、
中央試験片の軸心が基準線を底辺とする２等辺三角形の
頂点に位置するようにして試験を行う。

駆動ディスクまたは主動試験片の回転方向と周速とは、
中央試験片の駆動ディスクまたは主動試験片の基準線に
対する支持位置によって、それぞれ次のように設定する
。

（１）　　基準線よりも上方側に中央試験片を配置する
場合であって、駆動ディスクまたは主動試験片の回転方
向が時計回り方向であるときは、左側の駆動ディスクま
たは主動試験片を右側の駆動ディスクまたは主動試験片
よりも大きい周速で回転させ、駆動ディスクまたは主動
試験片の回転方向が反時計回り方向であるときは、右側
の駆動ディスクまたは主動試験片を左側の駆動ディスク
または主動試験片よりも大きい周速で回転させる。

（２）基準線よりも下方側に中央試験片を配置する場合
であって、駆動ディスクまたは主動試験片の回転方向が
時計回り方向であるときは、右側の駆動ディスクまたは
主動試験片を左側の駆動ディスクまたは主動試験片より
も大きい周速で回転させ、駆動ディスクまたは主動試験
片の回転方向が反時計回り方向であるときは、左側の駆
動ディスクまたは主動試験片を右側の駆動ディスクまた
は主動試験片試験片よりも大きい周速で回転させる。

次いで基準線に対する中央試験片の支持位置を変更して
、駆動ディスクまたは主動試験片の軸心と中央試験片の
軸心とによって形成される二等辺三角形の底角θを変化
させる。

駆動ディスクまたは主動試験片と中央試験片との接触部
には、負荷装置により押圧力Ｆｎ＝Ｆｒ／ｃｏｓ　θ（
Ｆｒは負荷装置の荷重）が駆動ディスクまたは主動試験
片の軸心と中央試験片の軸心とを結ぶ方向に作用し、ま
たこの方向と直交する切線方向には、周速差によるトラ
クション力Ｆｔが作用する。

このため、中央試験片は、押圧力Ｆｎの分力により基準
線から遠ざかる方向に２Ｆｎｓｉｎθの力を受け、また
トラクション力Ｆｔにより基準線に近づく方向に２Ｆｔ
ｃｏｓ　θの力を受ける。

この反対方向に作用する２Ｆｎｓｉｎ　θと２Ｆｔｃｏ
ｓ　θとの差を、ロードセルによって検出し、検出値が
零になったとき、すなわち中央試験片に垂直上下方向の
力が作用せず、平衡状態に達したときの二等辺三角形の
底角θを測定する。このとき、２　Ｆ　ｎ５ｉｎ　θ＝
２Ｆｔｃｏｓ　θＦｔ／Ｆｎ＝ｓｉｎ　θ／ｃｏｓ　θ となるから、中央試験片のトラクション係数μは、μ＝
Ｆｔ／Ｆｎ＝ｓｉｎ　θ／ｃｏｓ　ｅ　＝ｔａｎ　θに
よって求めることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例について、図面を参照して説明
する。

第１図は、この発明の実施例を示す正面図である。

駆動ディスク１０．１２は、はぼ同一直径のものを軸心
を平行にして水平方向に配設し、駆動ディスク１０の回
転軸１１はフレーム２０により、駆動ディスク１２の回
転軸１３はフレーム２１によりそれぞれ回転自在に支持
されている。

右側のフレーム２０は、左側のフレーム２１の上下両端
部に一端が固着された水平案内部材２２ａ、２２ｂに摺
動自在に嵌合されて、左右方向に移動できるようになっ
ている。この案内部材２２ａ、２２ｂの他端の連結部材
２３には、負荷装置、たとえば油圧シリンダ２４を駆動
ディスク１０゜１２の軸心を結ぶ基準線Ｕ＋Ｕｚと同一
直線上に取り付け、油圧シリンダ２４のロッド２４ａを
中間ニロードセル２５を介装して右側のフレーム２０に
固定している。

また、案内部材２２ａ、２２ｂには、左右両側のフレー
ム２０．２１の間に、試験片（中央試験片）３０の支持
軸受３１が取り付けられた支持部材２６を、支持軸受３
１の上下両側にロードセル２８．２９を介装して垂直方
向に挿通し、支持部材２６の上下両端のねじ部２６ａ、
２６ｂに螺合したナソ）２７ａ、２７ｂをそれぞれ案内
部材２２ａ、２２ｂに当接させ、支持部材２６が上下方
向に移動できるようにしている。

試験片３０は、駆動ディスク１０．１２よりもごく小径
の円筒状または円盤状のものを使用する。

上記構成の試験機による試験を行うときは、右側の駆動
ディスク１０を右方に離隔しておき、試験片３０の支持
部材２６の上下両端のねじ部２６ａ、２６ｂに螺合され
たナツト２７ａ、２７ｂを介して、試験片３０の軸心０
３を駆動ディスク１０．１２の軸心を結ぶ基準線Ｕ＋Ｕ
ｚよりも上方側または下方側に移動させる。

先ず最初にナツト２７ａ、２７ｂを回して試験片３０の
位置をほぼ基準線Ｕ、Ｕ２上にあるように調節し、次い
で油圧シリンダ２４を作動して、右側の駆動ディスク１
０を左側の駆動ディスク１２に近接させ、駆動ディスク
１０．１２と試験片３０とを接触させるとともに、接触
部に押圧力を与える。

このとき、試験片３０の軸心０３が基準線Ｕ。

Ｕ２上にあれば、試験片３０には押圧力による上下方向
の分力を生じないから、ロードセル２８゜２９には荷重
の変化が検出されないが、軸心０゜が基準線ＵｌＵｚ上
になければ、ロードセル２８゜２９により上下方向の分
力が検出されるので、この分力が零になるようにナツト
２７ａ、２７ｂを調節してこのときの試験片３０の上下
方向位置を基準位置とする。

なお、ここ２個のロードセル２８．２９を試験片３０の
支持軸受３１の上下に配置しであるのは、ロードセル２
８．２９がナツト２７ａ、２７ｂの調節により生ずる支
持部材２６の予張力を検出するので、その影響を受けず
に試験片３０の上下方向の力を検出することができるよ
うにするためである。

次に、ナラｌ−２７ａ、２７ｂを回して試験片３０を基
準位置から上方側または下方側に移動する。

これにより、試験片３０の軸心０３は、駆動ディスク１
０．１２の基準線ＵｒＵｚを底辺とする二等辺三角形の
頂点に位置することになる。

駆動ディスク１０．１２の回転方向および周速について
は、同図に示すように、試験片３０を基準線Ｕ＋Ｕｚよ
りも上方側で支持して、駆動ディスク１０．１２を時計
回り方向に回転させる場合には、左側の駆動ディスク１
２の周速ｖ、を右側の駆動ディスク１００周速ｖ２より
も大きくする。

このように設定したときにおける駆動ディスク１０．１
２と試験片３０との間に作用する力を図示すると、第２
図のようになる。

試験片３０の軸心０３と、駆動ディスク１０゜１２の軸
心Ｕ、Ｕｚとによって形成される二等辺三角形Ｃ）＋　
ｔＪ＋　Ｕｚの斜辺Ｏｚ　Ｕｌ　、０３　ＵＺと底辺Ｕ
ＩＵ２とのなす底角をθとする。

油圧シリンダ２４によって基準線方向に負荷された荷重
をＦｒとすると、駆動ディスク１０，１２と試験片３０
との接触部における軸心線Ｕ　＋　０３方向と軸心線Ｕ
２Ｏ５方向との押圧力は、それぞれＦ　ｒ　／ｃｏｓ　
θ（＝Ｆｎ）　となるから、試験片３０は、押圧力Ｆｎ
の合成力’ｌ　Ｆ　ｎ５ｉｎ　θが垂直上方に作用する
。

また、駆動ディスク１０．１２と試験片３０との接触部
には、それぞれ駆動ディスクｔｏ、１２の周速差により
、高周速で回転する左側の駆動ディスク１２の回転方向
側の切線方向にトラクション力Ｆｔが作用するから、試
験片３ｏには、トラクション力Ｆｔの合成力２Ｆｔｃｏ
ｓθが垂直下方に作用する。

このように、試験片３０は、垂直上方に押し上げられる
力２Ｆｎｓｉｎθと垂直下方に押し下げられる力２　Ｆ
　ｔ　ｃｏｓθとの差の力を受けることになり、この押
上げ力２Ｆｎｓｉｎθと押下げ力２ＦｔＣＯＳ　θとの
差がロードセル２８．２９によって検出された信号の差
として求められる。

そこで、試験片３０の支持部材２６の上下両端のねじ部
２６ａ、２６ｂに螺合されたナツト２７ａ、２７ｂを回
して、基準線Ｕ＋Ｕｚに対する試験片３０の軸心０３を
、上方側または下方側に移動させ、ロードセル２８とロ
ードセル２９との検出値の差が零になるまで、すなわち
試験片３０に作用する押上げ力と押下げ力とが等しくな
り、平衡状態に達するところでナツト２７ａ、２７ｂの
回転を停止する。

上記の結果、次の平衡式が得られる。

２Ｆｎｓｉｎθ＝２Ｆｔｃｏｓθ Ｆｔ／Ｆｎ＝ｓｉｎθ／　ｃｏｓｆ）　＝　ｔａｎθＦ
　ｔ　／　Ｆ　ｎは、駆動ディスク１０．１２と試験片
３０との接触部におけるトラクション係数μであるから
、このθを測定することによってμを求めることができ
る。

二等辺三角形Ｏｚ　Ｕｌ　Ｕｚの底角θは、底辺Ｕ１Ｕ
２または斜辺０３　Ｕｌ　、Ｏｓ　Ｕｚと高さｈとによ
って算出することができ、高さｈは基準位置からナツト
２７ａ、２７ｂを回して試験片３０を上方側に移動した
距離であり、底辺Ｕ＋Ｕｚ、斜辺０：ｌ　Ｕｌ　、０３
　ＵＺは駆動ディスク１０．１２および試験片３０の寸
法で決まるから、いずれも長さ寸法の測定値によって正
確に求められ、したがってトラクション係数μを高精度
に算出することができる。

上記実施例においては、２個のロードセル２８゜２９を
用いて支持部材２６の予張力を打ち消しているが、支持
部材２６の予張力が加わらずに試験片３０の上下方向の
力のみが作用する位置にロードセルを配置することによ
り、一方のロードセルを省略することもできる。

第３図は、この発明の他の実施例を示す正面図、第４図
はその平面図である。

この試験機は、右側と左側とに、上下・一対の駆動ディ
スク１０ａ、１０ｂと駆動ディスク１２ａ。

１２ｂとを軸心を平行にして並列に配置して、右側の駆
動ディスク１０ａ、１０ｂの回転軸１１ａ。

１１ｂを、一体のフレーム２０により回転自在に支持し
、左側の駆動ディスク１２ａ、１２ｂの回転軸１３ａ、
１３ｂを、一体のフレーム２１により回転自在に支持し
ている。

上記の駆動ディスク１０ａ、１０ｂ；１２ａ。

１２ｂは、その軸方向両側に中央部分よりも大径で同一
直径の段付部１４．１６が形成されており、右側下方の
駆動ディスク１０ｂと左側下方の駆動ディスク１２ｂに
は、段付部１４．１６の軸方向外側に、段付部１４．１
６よりも大径のフランジ部１５．１７が形成されている
。

右側のフレーム２０と左側のフレーム２１とは、第１図
の実施例と同様に案内部材２２ａ、２２ｂによって、右
側のフレーム２０が左右方向に移動できるように連結さ
れ、連結部材２３の中央位置に取り付けた油圧シリンダ
２４のロッド２４ａを中間にロードセル２５を介装して
フレーム２０に固定している。

また、案内部材２２ａ、２２ｂには、従動試験片（中央
試験片）３０の支持軸受３１が取り付けられた支持部材
２６を、支持軸受３１の上下両側にロードセル２８．２
９を介装して垂直方向に挿通し、支持部材２６の上下両
端のねじ部２６ａ。

２６ｂに螺合したナツト２７ａ、２７ｂを回すことによ
って、支持部材２６を介して従動試験片３０が上下方向
に移動できるようになっている。

上記の試験機においては、右側の駆動ディスク１０ａ、
１０ｂの段付部１４の間と、左側の駆動ディスク１２ａ
、１２ｂの段付部１６の間とに、それぞれ１個の主動試
験片３２．３３を挾持して、各試験片の軸方向両側端部
をそれぞれ右側下方の駆動ディスク１．　Ｏｂのフラン
ジ部１５と左側下方の駆動ディスク１２ｂのフランジ部
１７とに摺接させることによって軸方向への動きを制限
し、この状態で駆動ディスク１０ａ、１０ｂ；１２ａ。

１２ｂの段付部１４．１６を駆動面として摩擦力により
回転させるようにしている。

上記の主動試験片３２．３３は、駆動ディスクの段付部
１４．１６の直径よりもごく小径であって、同一直径の
円筒状のものである。また、従動試験片３０は、主動試
験片３２．３３よりも薄幅の円盤状のものであって、主
動試験片３２．３３とほぼ同一直径であるが、転がり面
は凸球面状に形成されている。

上記構成の試験機により試験を行うときは、第１図の場
合と同様に、従動試験片３０の軸心０３を主動試験片３
２．３３の軸心を結ぶ基準線０１０□よりも上方側また
は下方側に移動させ、従動試験片３０の軸心Ｏ１が主動
試験片３２．３３の基準線０＋Ｏ□を底辺とする二等辺
三角形の頂点に位置するようにし、油圧シリンダ２４を
作動して、右側の駆動ディスク１０ａ、１０ｂを左側の
駆動ディスク１２ａ、１２ｂに対して押圧し、主動試験
片３２．３３と従動試験片３ｏとの接触部に押圧力を与
える。

主動試験片３２．３３の回転方向および周速については
、第１図の場合と同様に設定すればよく、図示のように
従動試験片３０を主動試験片３２゜３３の基準線０１０
□よりも上方側で支持して、主動試験片３２．３３を時
計回り方向に回転させる場合には、左側の主動試験片３
３の周速■１を右側の主動試験片３２の周速ｖ２よりも
大きくする。

したがって、図示した実施例においては、左側の駆動デ
ィスク１２ａ、１２ｂの周速を右側の駆動ディスク１０
ａ、１０ｂの周速よりも大きくして、それぞれ反時計回
り方向に回転させる。

主動試験片３２．３３と従動試験片３０との間に作用す
る力は、第５図に示すようになり、従動試験片３０には
、第２図で説明したことろの押上げ力２Ｆｎｓｉｎθと
押下げ力２Ｆ　ｔ　ｃｏｓθとが作用する。

したがって、この実施例においても、主動試験片３２．
３３の基準線０，０２に対する従動試験片３０の軸心０
３の位置を変更して、押上げ力２Ｆｎｓｉｎθと押下げ
力２Ｆｔｃｏｓθとの差をロードセル２８．２９によっ
て検出し、検出値が零になったときの二等辺三角形の底
角θを測定することにより、トラクション係数μ＝　ｔ
ａｎθを求めることができる。

底角θは第１図の実施例と同様に、二等辺三角形の底辺
０．０□または斜辺０＋０□、０２０３と高さｈとによ
り算出できる。

なお、この実施例の試験機は、第１図の試験機と同様に
駆動ディスクの段付部よりもごく小径の主動試験片試験
片を摩擦力によって回転させるので、試験片の高速回転
が容易に得られる。

また、一対の駆動ディスクの段付部に挾持される主動試
験片は、円周方向２個所で駆動ディスクの半径方向にＦ
ｏの２倍の力で圧接され、主動試験片同士は従動試験片
を介して軸心線方向にＦｒＯ力で圧接されているが、こ
のＦｒはＦｏの水平分力であるＦｒ／２の２倍であって
、ＦｏはＦｒ／２よりも常に大きいから、主動試験片と
駆動ディスクの段付部との接触部においては殆ど滑りを
生ぜず、滑りは主として主動試験片と従動試験片との接
触部において生ずることになる。

また、駆動ディスクの段付部が駆動面となっているから
、主動試験片と駆動ディスクの段付部との間の面圧を、
主動試験片と従動試験片との間の面圧よりも小さくする
ことができるだけでなく、主動試験片と駆動ディスクの
段付部との直径比が大きいことと相まって、主動試験片
が駆動ディスクにより駆動される面が従動試験片との接
触部よりも先に損傷するおそれが殆どなくなる。また、
主動試験片の従動試験片との接触部と、駆動ディスクの
段付部との接触部とが、主動試験片の軸方向の異なる位
置にあるため、主動試験片の従動試験片との接触部が損
傷しても、駆動ディスクの段付部に主動試験片の損傷が
転写されて駆動ディスクが損傷を受けることがない。こ
れらの結果、駆動ディスクの補修、交換の頻度が著しく
少なくなる。

したがって、この実施例によれば、耐久性と信頼性とに
すぐれた試験機として使用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明は２個の駆動ディスクの
間で支持されるか、または左右両側の一対の駆動ディス
クに挟持された２個の主動試験片の間で支持される中央
試験片の軸心が、駆動ディスクまたは主動試験片の軸心
を結ぶ基準線を底辺とする二等辺三角形の頂点となるよ
うに配置して、中央試験片を駆動ディスクまたは主動試
験片の基準線に対して垂直方向に上下移動させることが
できるように構成している。したがって、この発明によ
れば、中央試験片に作用する押上げ力と押下げ力が等し
くなったときの二等辺三角形の底角を測定することによ
って、トラクション係数が求められることになるから、
従来のトラクション力と試験荷重とを検出してその比を
求める場合よりもはるかに簡単で、しかも検出値の誤差
が含まれず、きわめて高精度の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例を示す正面図、第２図は試
験片に与えられる力の作用状態を示す図、第３図はこの
発明の他の実施例を示す正面図、第４図はその平面図、
第５図は従動試験片に与えられる力の作用状態を示す図
である。 図中、１０．１２．１０ａ、１０ｂ、１２ａ。 １２ｂは駆動ディスク、２０．２１はフレーム、２２ａ
、２２ｂは案内部材、２４は油圧シリンダ、２６は支持
部材、２６ａ、２６ｂは支持部材のねじ部、２７ａ、２
７ｂはナツト、２８．２９はロードセル、３０は中央試
験片、３１は中央試験片の支持軸受、３２．３３は主動
試験片である。 特許出願人　　日本精工株式会社 代理人　弁理士　森　　　哲　也 代理人　弁理士　内　藤　嘉　昭 代理人　弁理士　清　水　　　正 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 左右両側に並列して回転可能に配置されたほぼ同一直径
   の２個の駆動ディスクの間に、中央試験片が支持軸受を
   介して回転可能に支持されるか、または左右両側に２組
   並列して上下一対の駆動ディスクを回転可能に配置し、
   この駆動ディスクに挾持されて回転するほぼ同一直径の
   主動試験片の間に、中央試験片が支持軸受を介して回転
   可能に支持される３円筒式転がり摩擦試験機におけるト
   ラクション係数測定装置であって、前記２個の駆動ディ
   スクの少なくとも一方を２個の駆動ディスクの軸心を結
   ぶ方向に移動可能に連結するか、または上下一対の２組
   の駆動ディスクの少なくとも一方を２個の主動試験片の
   軸心を結ぶ方向に移動可能に連結して、２個の駆動ディ
   スク相互間または上下一対の２組の駆動ディスク相互間
   に、２個の駆動ディスクまたは主動試験片と中央試験片
   との接触部に垂直方向の荷重を与える負荷装置を設け、
   中央試験片の支持軸受を、２個の駆動ディスクまたは主
   動試験片の軸心を結ぶ方向に対して直交する方向に移動
   可能な支持部材により支持し、支持部材の中間に、中央
   試験片に作用する上下方向の力を検出するロードセルを
   介装したことを特徴とする転がり摩擦試験機のトラクシ
   ョン係数測定装置。