JPH0961268A

JPH0961268A - 軸受用荷重測定装置

Info

Publication number: JPH0961268A
Application number: JP7217088A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Takemura; 浩道武村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【目的】外輪１１等の軌道輪に加わる荷重を正確に測
定する。【構成】外輪１１等の軌道輪に、外輪軌道１２等の軌
道面と平行に凹溝１４を形成する。そして、この凹溝１
４の底面１５に歪みゲージ１６、１６を添着する。この
歪みゲージ１６、１６の測定値から、上記軌道輪に加わ
る荷重を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る軸受用荷重測定装
置は、玉軸受、ころ軸受、テーパころ軸受を含むラジア
ル転がり軸受或は各種スラスト転がり軸受、更には滑り
軸受に加わる荷重を、回転状態のまま精度良く測定する
為に利用する。この様な本発明の軸受用荷重測定装置
は、例えば、内燃機関のクランクシャフトを支持する為
の軸受、或は補機用軸受、足回り用軸受等の耐久性を求
める為に利用する。

【０００２】

【従来の技術】例えば各種機械装置に組み込まれた転が
り軸受の耐久性を知りこれら機械装置の設計に役立てる
為、運転時に転がり軸受に加えられる荷重を測定する必
要がある。この為に使用する軸受用荷重測定装置として
特公昭５２−１００２７号公報には、図７〜８に示す様
な測定装置が記載されている。

【０００３】筒状のハウジング１の内側には回転軸２
を、１対の転がり軸受３ａ、３ｂにより回転自在に支持
している。テーパころ軸受であるこれら各転がり軸受３
ａ、３ｂはそれぞれ、上記ハウジング１に内嵌固定され
た外輪４ａ、４ｂと、上記回転軸２に外嵌固定された内
輪５ａ、５ｂとを備える。そして、上記各外輪４ａ、４
ｂの内周面に設けた外輪軌道６ａ、６ｂと上記各内輪５
ａ、５ｂの外周面に形成した内輪軌道７ａ、７ｂとの間
に、それぞれ複数個ずつの転動体８、８（テーパころ）
を設けている。上記各外輪４ａ、４ｂの外周面には、図
８に示す様な形状の切り欠き９、９を設け、これら各切
り欠き９、９の底面に歪みゲージ１０、１０（ストレイ
ンゲージ）を添着している。これら各歪みゲージ１０、
１０の検出信号は、導線２０、２０により取り出され
る。

【０００４】上記各外輪４ａ、４ｂは、上記ハウジング
１と回転軸２との間に加わる荷重（ラジアル荷重及びス
ラスト荷重）に応じて弾性変形し、上記各歪みゲージ１
０、１０がこの弾性変形を検出する。そこで、上記導線
２０、２０によりこれら各歪みゲージ１０、１０の検出
信号を図示しない演算器に送れば、上記荷重を求める事
ができる。切り欠きを内輪５ａ、５ｂの内周面に形成
し、この切り欠きの底面に歪みゲージを添着すれば、外
輪４ａ、４ｂが回転する状態での荷重を測定できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様に
構成され作用する従来の軸受用荷重測定装置では、必ず
しも正確な測定を行なえない。即ち、外輪４ａ、４ｂの
外周面（或は内輪５ａ、５ｂの内周面）に形成する切り
欠き９、９は、あくまでも荷重測定用の歪みゲージ１
０、１０を設置する為のものであって、転がり軸受３
ａ、３ｂに本来備わっているものではない。従って、上
記切り欠き９、９を形成して上記各外輪４ａ、４ｂの肉
厚が当該部分で薄くなった分だけ、これら各外輪４ａ、
４ｂの弾性変形状態が、（切り欠き９、９を設けない）
本来の転がり軸受３ａ、３ｂとは異なって、測定値に誤
差を生じる。特に、上記切り欠き９、９が円周方向に亙
って部分的若しくは間欠的に設けられる為、切り欠き
９、９を形成した部分に応力集中が発生する。この結
果、円周方向に亙る荷重分布が本来の転がり軸受３ａ、
３ｂとは異なってしまい、正確な測定を行ないにくい。

【０００６】軸受用荷重測定装置としてはこの他にも、
特公昭５９−２５１６７号公報に記載されたものが知ら
れている。この公報に記載された測定装置は、軸受の外
周面に歪みゲージを添着したものであるが、軸受の弾性
変形に影響を及ぼす事なく、この歪みゲージに測定すべ
き荷重が加わる様にする具体的構造は記載されていな
い。従って、この公報に記載された測定装置の場合も、
円周方向に亙る荷重分布が本来の転がり軸受とは異な
り、正確な測定を行なえないものと考えられる。本発明
の軸受用荷重測定装置はこの様な事情に鑑みて、歪みゲ
ージを設置する事が転がり軸受の弾性変形に影響を及ぼ
す事をなくすべく発明したものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の軸受用荷重測定
装置は、片面に軌道面を有する軌道輪を含んで構成され
る軸受に作用する荷重を測定するものである。この様な
本発明の軸受用荷重測定装置は、上記軌道輪の他面全周
に上記軌道面と平行に形成された凹溝と、この凹溝の底
面に添着された少なくとも１個の歪みゲージと、この歪
みゲージの検出信号に基づいて上記軸受に加わる荷重を
算出する演算器とを備える。

【０００８】

【作用】上述の様に構成される本発明の軸受用荷重測定
装置による測定作業時に軌道輪は、軸受に加わる荷重に
より弾性変形し、この弾性変形量が凹溝の底面に添着さ
れた歪みゲージにより検出される。そして、演算器が上
記軸受に加わる荷重を算出する。特に、本発明の軸受用
荷重測定装置の場合には、歪みゲージを添着する為の凹
溝を、軌道輪の全周に亙り軌道面と平行に形成している
為、この凹溝の存在が上記軌道輪の弾性変形に及ぼす影
響が少ない。即ち、凹溝を形成した事により軌道輪の剛
性が低下しても、この剛性低下は全周に亙って均一に発
生する。従って、凹溝を形成した事により、円周方向の
一部に応力集中が発生する事がなくなる。言い換えれ
ば、上記凹溝が上記軌道輪の円周方向に亙る剛性を局部
的に変化させない為、この軌道輪に加わる荷重の分布を
正確に求める事が可能になり、信頼性の高い測定結果を
得られる。

【０００９】

【実施例】図１〜３は本発明の第一実施例を示してい
る。本実施例は、ラジアル玉軸受の外輪１１に加わる荷
重を測定する為のものである。この外輪１１の内周面の
軸方向中央部には外輪軌道１２を形成している。この様
な外輪１１は、転動体の一種である複数の玉１３、並び
に図示しない内輪と組み合わせて、ラジアル玉軸受を構
成する。上記複数の玉１３は、必要に応じて保持器によ
り転動自在に保持する。

【００１０】上記外輪１１の外周面の軸方向中央部に
は、断面形状が矩形である凹溝１４を、全周に亙って形
成している。この凹溝１４の幅寸法及び深さ寸法は、円
周方向に亙って一定である。尚、上記凹溝１４の存在が
上記外輪１１の弾性変形に及ぼす影響を極力少なくすべ
く、この凹溝１４の幅寸法Ｗ₁₄は、上記外輪軌道１２の
幅寸法Ｗ₁₂よりも小さく（Ｗ₁₄＜Ｗ₁₂）する事が好まし
い。この様に各幅寸法Ｗ₁₄、Ｗ₁₂を規制すれば、上記凹
溝１４を形成した外輪１１がこの凹溝１４を設ける事で
本来と異なる弾性変形を生じにくくできる。但し、上記
凹溝１４の幅寸法Ｗ₁₄は、次述する歪みゲージ１６、１
６の幅寸法Ｗ₁₆よりも１０％以上大きく（Ｗ₁₄≧１．１
Ｗ₁₆）する事が好ましい。この理由は、上記凹溝１４の
内側面１７、１７の存在が歪みゲージ１６、１６の測定
値に及ぼす影響を少なくする為である。又、上記外輪軌
道１２と凹溝１４の底面１５との距離Ｄ₁ を、外輪軌道
１２と外輪１１の外周面との距離Ｄ₂ の５０％以上（Ｄ
₂ ＞Ｄ₁ ≧０．５Ｄ₂ ）とする事が好ましい。この理由
は、上記外輪軌道１２と凹溝１４の底面１５との距離Ｄ
₁ が小さくなり過ぎると、外輪１１の剛性が低下し過ぎ
て測定精度に悪影響を及ぼすだけでなく、著しい場合に
は（測定）作業中に外輪１１が破損する可能性が生じる
為である。

【００１１】上述の様な凹溝１４の底面１５には、複数
の歪みゲージ１６、１６を、円周方向に亙って等間隔に
添着している。そして、各歪みゲージ１６、１６の検出
信号を、図示しない制御器に入力している。この制御器
は演算器を有し、この演算器は、上記各歪みゲージ１
６、１６の検出信号に基づいて、上記外輪１１を組み込
んだラジアル玉軸受に加わる荷重を算出する。

【００１２】上述の様に構成される本発明の軸受用荷重
測定装置による測定作業時に外輪１１は、ラジアル玉軸
受に加わるラジアル荷重により弾性変形する。そして、
この弾性変形量が、上記凹溝１４の底面１５に添着され
た複数の歪みゲージ１６、１６により検出される。そし
て、制御器に組み込んだ演算器が上記ラジアル玉軸受に
加わる荷重を算出する。特に、本発明の軸受用荷重測定
装置の場合には、上記各歪みゲージ１６、１６を添着す
る為の凹溝１４を、外輪１１の外周面に全周に亙り外輪
軌道１２と平行に形成している為、この凹溝１４の存在
が上記外輪１１の弾性変形に及ぼす影響が少ない。即
ち、凹溝１４を形成した事により外輪１１の剛性が低下
しても、この剛性低下は全周に亙って均一に発生する。
従って、凹溝１４を形成した事により、円周方向の一部
に応力集中が発生する事がなくなる。言い換えれば、上
記凹溝１４が上記外輪１１の円周方向に亙る剛性を局部
的に変化させない為、この外輪１１に加わる荷重の分布
を正確に求める事が可能になり、信頼性の高い測定結果
を得られる。

【００１３】次に、図１〜３に示した軸受用荷重測定装
置により、実際にラジアル玉軸受に加わる荷重を測定し
た実験に就いて説明する。尚、実験には、出願人会社製
で呼び番号が６２０６（外径＝６２mm、内径＝３０mm、
幅＝１６mm）である深溝型玉軸受を使用した。この様な
ラジアル玉軸受を構成する外輪１１の外周面に形成した
凹溝１４の一部で、負荷圏であると予想される１３個所
位置に歪みゲージ１６を添着し、各歪みゲージ１６の測
定値から、当該部分に加わるラジアル荷重を測定した。
凹溝１４の形状及び大きさは、図３に示す通りである。
又、上記ラジアル荷重は、１０００kgf の静止荷重とし
た。この測定結果と計算値とを図４に示す。

【００１４】この図４中、実線αは歪みゲージ１６、１
６による測定値を、破線βは計算値を、それぞれ示して
いる。この図４から明らかな通り、本発明の軸受用荷重
測定装置による測定値は計算値と良く一致している。こ
の事から、本発明の軸受用荷重測定装置が、実際に軸受
に加わる荷重を測定する為に使用できる事が分る。

【００１５】尚、本発明の軸受用荷重測定装置は、上述
の様にラジアル玉軸受の外輪１１に加わるラジアル荷重
を測定する場合に限らず、滑り軸受を含む各種軸受の軌
道輪に加わる荷重を測定する為に利用できる。例えば、
第二実施例を示す図５に示す様に、内輪１８の内周面の
軸方向中央部に凹溝１４を全周に亙って形成し、この凹
溝１４の底面１５に歪みゲージ１６、１６を添着すれ
ば、この内輪１８に加わるラジアル荷重を測定できる。
又、図６に示す様に、スラスト軌道輪１９の軸方向片面
に凹溝１４を全周に亙って形成し、この凹溝１４の底面
１５に歪みゲージ１６、１６を添着すれば、このスラス
ト軌道輪１９に加わるスラスト荷重を測定できる。尚、
何れにしても、凹溝１４を形成して歪みゲージ１６、１
６を添着する軌道輪は、使用時に回転しない、所謂固定
輪である事が好ましい。これは、測定時に歪みゲージ１
６、１６の検出信号を、劣化させずに取り出し易くする
為である。即ち、使用時に回転する回転輪に歪みゲージ
を添着した場合には、この歪みゲージの検出信号を取り
出す為にスリップリングが必要になり、検出信号が劣化
し易い為、正確な測定を行ないにくくなる。勿論、信号
取り出しの為の配線も非常に複雑になる。

【００１６】

【発明の効果】本発明の軸受用荷重測定装置は以上に述
べた通り構成され作用するので、次の様な効果を得られ
る。転がり軸受本来の形状に近い状態で測定を行なえる
ので、実際の使用状態に合致する正確な測定結果を得ら
れる。歪みゲージは測定すべき荷重に応じて変形する以
外、特に拘束されない為、歪みゲージの検出値に基づく
測定値が正確になる。凹溝の形成作業は容易である為、コストが嵩む事が
なく、一般の軸受としてそのまま利用する事も可能であ
る。従って、小型で低廉な荷重測定ユニットの実現も可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定装置の第一実施例を示す、外輪の
部分切断斜視図。

【図２】同じく外輪の一部を拡大して示す部分切断斜視
図。

【図３】同じく外輪の部分断面図。

【図４】測定結果及び計算結果を示すグラフ。

【図５】本発明の測定装置の第二実施例を示す、内輪の
部分切断斜視図。

【図６】同第三実施例を示す、スラスト軌道輪の部分切
断斜視図。

【図７】従来の測定装置の１例を示す部分断面図。

【図８】外輪の部分拡大斜視図。

【符号の説明】

１ハウジング２回転軸３ａ、３ｂ転がり軸受４ａ、４ｂ外輪５ａ、５ｂ内輪６ａ、６ｂ外輪軌道７ａ、７ｂ内輪軌道８転動体９切り欠き１０歪みゲージ１１外輪１２外輪軌道１３玉１４凹溝１５底面１６歪みゲージ１７内側面１８内輪１９スラスト軌道輪２０導線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】片面に軌道面を有する軌道輪を含んで構
成される軸受に作用する荷重を測定する軸受用荷重測定
装置であって、上記軌道輪の他面全周に上記軌道面と平
行に形成された凹溝と、この凹溝の底面に添着された少
なくとも１個の歪みゲージと、この歪みゲージの検出信
号に基づいて上記軸受に加わる荷重を算出する演算器と
を備えた軸受用荷重測定装置。