JPS6332331A - トルクの検出方法とその装置 - 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） 本発明は、構造部品のねじりの測定により構造部品のト
ルクを検出する方法、およびこのトルクを検出する方法
をねじりを負荷した測定要素によって実施する装置に関
する。

（従来の技術） トルクの検出は、一方では圧延機のような機械を監視す
るために用いられ、他方では例えばエンジン試験機のよ
うな機械の出力を検出するために用いられる。この幅広
いバレントは、構造部品に導入される回転力およびトル
クにその構造部品の寸法を適合させる必要がある。

その場合構造部品の肉厚が増加するにつれて、その測定
感度は薄い構造部品に比べて低下することが分かってい
る。例えば伝動装置試験機においてトルクを検出する場
合、構造部品のねじりにおいて高い感度を得ようとする
場合、これはその際に必要な回転構造部品の剛性と矛盾
する。即ち回転構造部品の中間支持を行わねばならず、
これは例えばエンジン試験機のような別の用途において
付加的な問題を生ずる。

監視あるいは試験すべき機械のトルクあるいは回転力を
ねじりによって求めるトルク測定軸として設置された構
造部品は一般に、回転構造部品か破損した際に監視ある
いは試験すべき機械が継続して運転できないという欠点
を有する。圧延機を監視する際にトルク測定軸が脱落し
た場合、圧延機はもはや運転できない。こ・れは例えば
伝動装置およびエンジンの試験機においてトルク測定軸
を採用する場合にも生ずる。更にトルクの検出が検査す
べき対象物の検定に用いるような試験機の場合、例えば
曲げ荷重のような偽の影響が検出したトルクに影響を与
えないようにする必要がある。

従ってそこに設置されるトルク測定軸は切り離す必要が
あり、これは例えばトルク測定軸の付加的な支持で行わ
れる。この付加的な支持は他方では、導入されたトルク
によって回転される構造部品のねじりを狂わせてしまう
。

例えば伝動装置あるいはエンジンの定格負荷において生
ずるような普通の僅かなねじりのほかに、瞬間的に生ず
る衝撃荷重も試験機で測定しようとする場合、ここで使
用すべきトルク測定軸は、導入すべき最大発生トルクに
応じて設計しなければならない。これは必然的にトルク
測定軸に高い経費がかかり、普通に伝達すべきトルクの
場合に感度が悪い。従って測定信号が必要な精度となる
ようにするために、付加的な適合装置を採用する必要が
あり、これは経費がかかる。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、測定用に導入されるか、あるいは監視
の際に伝達すべきトルクの大きさに無関係に、トルクを
検出するためのねじりを負荷する統一的な構造部品を採
用し、この構造部品が破損した場合でも、外力に対して
影響を受けない状態でトルクの導入あるいは伝達が保証
されるようにすることにある。

（問題点の解決手段） 本発明によればこの目的は、導入されたトルクによって
第１の構造部品がねじられ、そのねじれが第２の構造部
品によって伝達され、そのねじれが第３の構造部品によ
って測定されることによって達成される。

（作　用） 測定過程を伝達過程と測定過程とに分割することによっ
て本発明の目的は有利に達成される。

（実施態様） 特許請求の範囲第１項記載の方法を実施する有利な装置
は、特許請求の範囲第２項に提案されている。ねじり剛
性の構造部品にトルクを導入した後、ねじり角度が、伝
達要素によってねじりが負荷される測定要素に伝達され
、この測定要素は、上述したねじり剛性の構造部品より
も小さなねじり剛性を有している。

特許請求の範囲第３項に本発明に基づく測定軸の有利な
実施態様が提案されている。この場合すべての構造部品
は管状に形成され、即ちトルクを導入するための構造部
品は主管として、伝達要素は伝達管として形成され、測
定要素は同様に管状に形成される。これによって主管は
同時に、これに対して同心的に配置された伝達管および
測定管に対する外側包囲管として用いられる。

特許請求の範囲第４項から第１０項に本発明に基づく有
利な実施態様が提案されている。即ち伝達管および測定
管に対して主管の肉厚を寸法づけることによって、本発
明に基づく装置を伝達あるいは導入すべきトルクに一層
適合させることができる。主管、伝達管および測定要素
は一体に製造できる。その場合主管から伝達管における
減衰および伝達管から測定部分における減衰が完全に避
けられる。測定要素に半径方向およびないし軸方向に柔
軟な接続要素を配置することによって、場合によって生
ずる曲げ荷重あるいは温度の影響で生ずる伸びが、測定
結果を悪くしないようにできる。球軸受の配置によって
、主管、伝達管および測管の間における同心的な案内が
保証される。すべてを管状に形成する代わりに、本発明
に基づいて包囲管としての主管に接続された伝達管およ
び測定要素が中実軸から成る装置も採用できる。

本発明に基づいて各構造部品は、トルクあるいは回転力
を導入、伝達および測定するために、鋼、アルミニウム
、合成樹脂あるいはそれらの複合材のような種々の材料
で作れる。

本発明に基づく装置によって、−緒に測定軸を提案する
。この測定軸は、少なくとも全体のねじり剛性および測
定感度が同じ状態において、駆動装置と監視ないし検査
すべき構造部品との間の長さを、公知のものより長くて
きる。外力（曲げ、縦方向力、加速）に対して鈍感な測
定軸を提案する。これはヒンジ継手（ベローズあるいは
湾曲歯継手、自在継手）間に吊り下げる必要はなく、中
間支持製置は不要である。温度変化の際に測定要素に有
害な荷重変化を生じない測定軸を提案する。

測定軸に対する同構造の測定要素において任意の定格荷
重で採用できる構造形式を提案する。測定要素の除去に
よってコスト的に有利な材料で作れる測定軸を提案する
。

ねじり伝達およびねじり測定に対して異なった構造部品
を配置することによって、測定要素から有害な荷重をな
くすこと、および測定要素を伝達すべきトルクから無関
係にすることができる。

導入されたトルクによってねじられる外側管と、測定軸
が管の形をしている場合に非常に短い測定管とが、本発
明に基づいて大きく長さが異なって・　いることによっ
て、応力が大きな比率で伝達され、この比率は軸合体の
長さと測定要素の最短形態との間において広い限界範囲
で自由に選択できる。

これによって本発明に基づいて、剛性の実施態様におい
て外ｆｆ１ｌｌ管の小さなねじりの場合も、測定要素に
おいて十分大きな信号が得られ、十分な感度が達せられ
る。

（実施例） 以下図面に示した実施例を参照して本発明の詳細な説明
する。

図面に示した構造部品のトルク検出用の測定軸は、第１
の構造部品であるトルク伝達用の主管１、第２の構造部
品であるねじり伝達用の伝達管２および主管フランジ６
に対する伝達管２のねじりによって生ずるトルクを検出
する第３の構造部品である測定要素３の３つの部分から
（■成されている。

主管１に損号伝達装置５が、例えば検出された測定値の
測定過程における表示あるいは評価するための電送用の
スリンプリングあるいは搬送周波数伝達手段が設けられ
ている。監視要素として上述した本発明の測定軸を採用
する場合、発生した応力値は限界荷重に達した際に信号
装置を駆動するか、監視すべき機械部品を遮断する。

種々の構造部品において互いにトルク伝達とトルク測定
とを分離することによって、測定要素３が脱落した際に
、トルクを駆動トルクとして主管１を介して伝えること
もできる。例えばこれによって圧延機を監視する場合に
測定要素３が脱落した際も、休止した際に測定要素３が
新しい測定要素によって置き換えられるまて、各圧延機
は継続運転できる。これと同じことはモータおよび伝動
装置を試験する場合にも当てはまる。過負荷によって例
えば測定要素３が壊れた場合に、検査すべき伝動装置あ
るいは検査すべきモータを意図的に制動することができ
る。これは従来においてはできなかった。

主管フランジ６は例えば図示してない駆動機械に接続さ
れ、主管１の自由端１０は被試験構造部品に接続される
。例えば主管フランジ６の側から回転力あるいはトルク
を導入することによって、主管１がねじられる。主管１
の長さＬｌに相応して、主管１の自由端１０が主管フラ
ンジ６に対してねじられ、このねじれは主管１と発生し
たトルクに関係し、曲げ力、縦方向力および熱膨張によ
る力のよう−な外力にほとんど左右されない。

この実施例の場合、主管１の自由端１０の範囲における
主管１の内周面に、ねじりの伝達に用いる伝達管２が溶
接されている。伝達管２は主管フランジ６の方向に入れ
られ、その端部かボルト１１および接続要素であるねじ
り剛性のダイアフラム４を介して、この実施例の場合測
定管として形成されている測定要素３に接続されている
。測定要素３は別のボルト１２を介して主管フランジ６
に固く接続されている。測定要素３は主管１のねじり長
さＬｌよりも非常に短い測定長さＬｌを有している。

本発明に基づく測定軸は次のように作用する。

即ち主管１がその長手軸心を中心にトルクが与えられる
と、その母線は角度αだけ変位される。主管１の管厚が
一定である場合、管自由端１０におけるねじれＳは、５
−ＬＩＸα−Ｒｘψである。

主管１の自由端１０に接続されている伝達管２によって
、ねじりが他端に伝達される。主管フランジ６と伝達管
２の自由端フランジ７との間に、ねじれ角度ψが生ずる
。ただし、Ｒは中心軸から母線までの半径である。

これらのフランジ６．７間に設けられた測定要素３例え
ば管形の測定要素の測定長さＬｌは、主管フランジ６の
固定箇所と自由端１０との間における主管１の長さＬｌ
よりも非常に短い。従って測定要素３の母線は相応した
大きいねじれ角度βになる。いま本発明に基づいて伝達
管２のねじり剛性が測定要素３の剛性に比べて大きい場
合、ねじれ角度βはほぼ（Ｌｌ　：　Ｌｌ）Ｘαと同じ
になる。

角度βないしαは管表面におけるせん断力の大きさであ
るので、角度βだけ変形した測定要素３にあるストレー
ンゲージの感度は、角度αだけ変形する場合よりも係数
（Ｌｌ：Ｌｌ）たけ大きくなる。これにより主管１と測
定要素３との材料応力の比は、はぼ（Ｌｌ：Ｌｌ）に比
例する。

本発明に基づいて主管１および伝達管２の剛性を測定要
素３の剛性に比べて大きく選定することによって、例え
ばチタンのような高級材料から成る管を、測定要素３と
して例えばストレーンゲージに適用したり、あるいは圧
電素子ないし光電素子と共にねじりを検出するために用
いられる。

主管１と測定管としての測定要素３の材料応力がほぼ（
Ｌｌ：Ｌｌ）に比例していることに相応して、応力を増
加させて、軸全体の長さと測定要素３の予想される最短
形態との間における広い限界範囲で自由に選択できる。

従って主管１から伝達されるトルクは、はとんど測定要
素３の大きさに左右されない。

軸の剛性は荷重トルクに応じたねじれによって決定され
る。長さ比率（Ｌｌ：Ｌｌ）によって測定要素３へのね
じりの伝達が増加できることによって、（剛性構造の）
主管１の僅かなねじれにおいても、測定要素３に十分な
信号量が得られ、これによって十分な感度が得られる。

測定要素３は片側が半径方向および軸方向に柔らかいダ
イアフラム４によって曲げおよび長さ変化による影響か
ら遮断されている。

なお主管フランジ６において測定要素３内に球軸受を設
けて伝達管２を支持するとともに同心的な駆動装置を接
続してもよい。

また測定要素３に対し主管１および伝達管２の剛性をお
吸着選定することによりこの伝達管２および測定要素３
を中実軸で製作してもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によればトルク導入構造部品と
測定要素とを分割してこの測定要素を小剛性となし、曲
げ荷重および温度の影響を受けることなく高感度でトル
ク測定をすることができ、簡単な構成で精度を高めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく測定管の断面図である。 １・・・主管、２・・・伝達管、３・・・測定要素、６
・・・主管フランジ、７・・・伝達管の自由端フランジ
、１０・・・主管の自由端。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物体に作用するトルクを構造部品のねじりの測定に
   よって検出する方法において、導入されたトルクによっ
   て第１の構造部品がねじられ、そのねじれが第２の構造
   部品によって伝達され、そのねじれが第３の構造部品に
   よって測定されることを特徴とするトルクの検出方法。 ２、導入されたトルクによって第１の構造部品かねじら
   れ、そのねじれが第２の構造部品によって伝達され、そ
   のねじれが第３の構造部品によって測定されるトルクの
   検出方法を実施するための装置において、トルクがねじ
   り剛性の構造部品（１）に導入され、この構造部品（１
   ）の一端（１０）が伝達要素（２）に接続され、その他
   端（７）とねじり剛性の構造部品（１）の自由端（６）
   との間に、ねじりが負荷される測定要素（３）が配置さ
   れ、ねじり剛性の構造部品（１）と伝達要素（２）との
   間のねじり剛性が測定要素（３）の剛性よりも大きいこ
   とを特徴とするトルクの検出装置。 ３、ねじり剛性の構造部品が主管（１）として、伝達要
   素が伝達管（２）として形成され、測定要素（３）が管
   状に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の装置。 ４、主管（１）および伝達管（２）の肉厚が異なってい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装置。 ５、伝達管（２）および測定要素（３）の肉厚が異なっ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の装
   置。 ６、主管（１）、伝達管（２）および測定要素（３）が
   一体に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の装置。 ７、測定要素（３）が一端に、ねじり剛性で半径方向に
   柔軟な接続要素（４）を有していることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項または第３項記載の装置。 ８、測定要素（３）の少なくとも一端に、ねじり剛性の
   軸方向に柔軟な接続要素（４）が配置されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項記載の装
   置。 ９、伝達管（２）が測定要素（３）内に設けた球軸受を
   介して支持されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項または第３項記載の装置。 １０、伝達要素（２）およびないし測定要素（３）が中
   実軸に作られていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の装置。