JPH0315136B2 - - Google Patents
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- JPH0315136B2 JPH0315136B2 JP660385A JP660385A JPH0315136B2 JP H0315136 B2 JPH0315136 B2 JP H0315136B2 JP 660385 A JP660385 A JP 660385A JP 660385 A JP660385 A JP 660385A JP H0315136 B2 JPH0315136 B2 JP H0315136B2
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
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- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 1
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/12—Apparatus 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、軸受に作用するスラスト荷重を精度
良く測定し得るようにしたスラスト荷重測定装置
に関するものである。
良く測定し得るようにしたスラスト荷重測定装置
に関するものである。
例えば、航空機エンジン、ガスタービン或は軸
流圧縮機等の回転機械においては、運転時に軸受
に対しスラスト荷重が作用するが、該スラスト荷
重により軸受部に異常が発生すると、その回転機
械全体に大きな損傷を与えることになる。このた
め、従来は、スラスト荷重を或る程度推定、予測
し、構造設計を行つていたが、正確を期すことは
困難であつた。そこで、上記スラスト荷重を実測
することができれば、軸受の寿命の推定、構造設
計等に有利となり、経済設計が可能となる。しか
し、従来は上記回転機械のスラスト荷重を測定す
る装置はなかつた。
流圧縮機等の回転機械においては、運転時に軸受
に対しスラスト荷重が作用するが、該スラスト荷
重により軸受部に異常が発生すると、その回転機
械全体に大きな損傷を与えることになる。このた
め、従来は、スラスト荷重を或る程度推定、予測
し、構造設計を行つていたが、正確を期すことは
困難であつた。そこで、上記スラスト荷重を実測
することができれば、軸受の寿命の推定、構造設
計等に有利となり、経済設計が可能となる。しか
し、従来は上記回転機械のスラスト荷重を測定す
る装置はなかつた。
そこで、本願発明者は、特願昭58−37890号に
示すように、回転軸を支持する軸受の外輪を軸受
ハウジングに遊嵌合せしめ、軸受の一側面に、所
要数の受感部を有する荷重変換器を配設して該荷
重変換器の受感部を軸受外輪の一側面に当接せし
め、前記軸受の他側面に、全体のばね常数が前記
荷重変換器受感部全体のばね常数と略等しくなる
ようにした所要数のダミー部材を配設して該ダミ
ー部材を軸受外輪の他側面に当接せしめ、前記荷
重変換器の受感部及びダミー部材に所要の初期締
付力を与える装置を所要位置に設けた荷重検出器
について出願を行つた。
示すように、回転軸を支持する軸受の外輪を軸受
ハウジングに遊嵌合せしめ、軸受の一側面に、所
要数の受感部を有する荷重変換器を配設して該荷
重変換器の受感部を軸受外輪の一側面に当接せし
め、前記軸受の他側面に、全体のばね常数が前記
荷重変換器受感部全体のばね常数と略等しくなる
ようにした所要数のダミー部材を配設して該ダミ
ー部材を軸受外輪の他側面に当接せしめ、前記荷
重変換器の受感部及びダミー部材に所要の初期締
付力を与える装置を所要位置に設けた荷重検出器
について出願を行つた。
而して、該荷重検出器は第５図に示され、荷重
変換器及びダミー部材を夫々ばね系ａ，ｂにして
いる。このばね系ａ，ｂに付与される初期締付力
をP0、軸線方向のスラスト荷重をＦ、スラスト
荷重Ｆの作用により荷重変換器及びダミー部材に
生じる初期締付力P0の変化量をΔfとすると、力
のバランスから Ｆ＋（P0−Δf）＝（P0＋Δf） が成立し、これを変形し整理すると Ｆ＝P0＋Δf−P0＋Δf＝2Δf となり、よつてΔf＝Ｆ／２が得られる。
変換器及びダミー部材を夫々ばね系ａ，ｂにして
いる。このばね系ａ，ｂに付与される初期締付力
をP0、軸線方向のスラスト荷重をＦ、スラスト
荷重Ｆの作用により荷重変換器及びダミー部材に
生じる初期締付力P0の変化量をΔfとすると、力
のバランスから Ｆ＋（P0−Δf）＝（P0＋Δf） が成立し、これを変形し整理すると Ｆ＝P0＋Δf−P0＋Δf＝2Δf となり、よつてΔf＝Ｆ／２が得られる。
前記したスラスト荷重Ｆとは逆の方向へスラス
ト荷重F′が作用した場合も同様にして F′＋（P0＋Δf）＝（P0−Δf） F′＝P0−Δf−P0−Δf＝−2Δf となり、よつてΔf＝−F′／２となる。この式は、逆 方向のスラスト荷重は逆向きのスラスト荷重とし
て検出されることを意味する。図中ｃは軸受、ｄ
は外輪、ｅは内輪、ｆは回転軸である。
ト荷重F′が作用した場合も同様にして F′＋（P0＋Δf）＝（P0−Δf） F′＝P0−Δf−P0−Δf＝−2Δf となり、よつてΔf＝−F′／２となる。この式は、逆 方向のスラスト荷重は逆向きのスラスト荷重とし
て検出されることを意味する。図中ｃは軸受、ｄ
は外輪、ｅは内輪、ｆは回転軸である。
しかしながら上述の従来装置にあつては、次の
ような欠点がある。
ような欠点がある。
温度変化に伴い荷重検出器の出力となつて表
われる誤差成分である熱出力は荷重検出器の組
合せによる平均化を行つて取除く必要がある
が、熱出力は荷重変換器によつて異なるため完
全に零にすることができず、従つて測定精度が
低下する。
われる誤差成分である熱出力は荷重検出器の組
合せによる平均化を行つて取除く必要がある
が、熱出力は荷重変換器によつて異なるため完
全に零にすることができず、従つて測定精度が
低下する。
初期締付力の影響により検出されるスラスト
荷重は実際に発生するスラスト荷重の1/2にな
り、従つて検出される信号は熱出力やノイズの
影響が大きく、性質の良い信号を得ることがで
きないと同時に精度の良い測定を行うことがで
きない。
荷重は実際に発生するスラスト荷重の1/2にな
り、従つて検出される信号は熱出力やノイズの
影響が大きく、性質の良い信号を得ることがで
きないと同時に精度の良い測定を行うことがで
きない。
本発明は斯かる実情に鑑み、性質の良い信号を
得ることができ且つ精度の良い測定を可能ならし
めた軸受のスラスト荷重測定装置を提供すること
を目的としてなしたものである。
得ることができ且つ精度の良い測定を可能ならし
めた軸受のスラスト荷重測定装置を提供すること
を目的としてなしたものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明においては、回転軸を支持する軸受の外
輪を軸受ハウジングに遊嵌合せしめ、該軸受の両
側面に、所要数の受感部を有する荷重変換器を配
設して該荷重変換器の受感部を軸受外輪の側面に
当接せしめ、前記荷重変換器の受光部に所要の初
期締付力を与える装置を所要位置に設け、前記荷
重変換器からの信号を受けて極性の異なる電気信
号を加算し極性の同じ電気信号を相殺する差動増
幅器を前記荷重変換器に接続している。
輪を軸受ハウジングに遊嵌合せしめ、該軸受の両
側面に、所要数の受感部を有する荷重変換器を配
設して該荷重変換器の受感部を軸受外輪の側面に
当接せしめ、前記荷重変換器の受光部に所要の初
期締付力を与える装置を所要位置に設け、前記荷
重変換器からの信号を受けて極性の異なる電気信
号を加算し極性の同じ電気信号を相殺する差動増
幅器を前記荷重変換器に接続している。
従つて本発明では、検出される信号は実際にス
ラスト軸受に作用する荷重であり、又検出される
信号は熱出力の影響を除去されている。
ラスト軸受に作用する荷重であり、又検出される
信号は熱出力の影響を除去されている。
以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ
説明する。
説明する。
第１図は本発明の一実施例を示し、所要の回転
機械のフレーム１に軸受ハウジング２を固着し、
該軸受ハウジング２の中空部に、軸受３の外輪４
を、軸受３が軸線方向へ円滑に移動し得るよう遊
嵌合せしめ、軸受３の内輪５に、回転軸６を回転
自在に嵌合せしめ、該内輪５の一側を回転軸６に
固着した鍔７に当接せしめ、内輪５の他側を、軸
受３が回転軸６に対して摺動しないよう、回転軸
６に螺合せしめたナツト８により位置固定を行
い、軸受ハウジング２の中空部の一端側に側壁９
を有するリング状のチヤンバー１０を設け、該チ
ヤンバー１０に、頂部が外輪４の一側面に当接す
る荷重変換器であるユニツトセル１１を嵌入せし
め、該ユニツトセル１１，１１間には、該ユニツ
トセル１１が円周方向へ移動しないよう、例えば
図示していないスペーサを介在せしめ、軸受ハウ
ジング２の中空部の他端側に、荷重変換器を形成
するリング状のホルダー１２を嵌合せしめ、該ホ
ルダー１２に設けた穴１３に、ユニツトセル１１
と同じ構造のユニツトセル１４を嵌入し、該ユニ
ツトセル１４に側板１２ａを当接させる。ユニツ
トセル１１，１４は頂部が外輪４の側面に当接す
るよう適宜数配置することにより荷重変換器の受
感部としている。又軸受ハウジング２の一端に、
ユニツトセル１１，１４に初期締付力を与えると
共にホルダー１２等の抜止めを兼ねたナツト１５
を螺着せしめる。ユニツトセル１１，１４の個数
は夫々何個でも良いが、複数個にする場合には、
円周方向の間隔を略等間隔にする。又ユニツトセ
ル１１，１４は数量が同じでも、或いは異なる数
量としても良いが、ユニツトセル１１全体のばね
常数とユニツトセル１４全体のばね常数とが等し
くなるようにするのが望ましい。更にユニツトセ
ル１１，１４はシグナルコンデイシヨナー２１，
２２を介して差動増幅器２３に接続され、ユニツ
トセル１１，１４で検出した信号を差動増幅器２
３に送信し得るようになつている。差動増幅器２
３は、極性の異なる電気信号を加算し極性の同じ
電気信号を相殺する機能を備えている。
機械のフレーム１に軸受ハウジング２を固着し、
該軸受ハウジング２の中空部に、軸受３の外輪４
を、軸受３が軸線方向へ円滑に移動し得るよう遊
嵌合せしめ、軸受３の内輪５に、回転軸６を回転
自在に嵌合せしめ、該内輪５の一側を回転軸６に
固着した鍔７に当接せしめ、内輪５の他側を、軸
受３が回転軸６に対して摺動しないよう、回転軸
６に螺合せしめたナツト８により位置固定を行
い、軸受ハウジング２の中空部の一端側に側壁９
を有するリング状のチヤンバー１０を設け、該チ
ヤンバー１０に、頂部が外輪４の一側面に当接す
る荷重変換器であるユニツトセル１１を嵌入せし
め、該ユニツトセル１１，１１間には、該ユニツ
トセル１１が円周方向へ移動しないよう、例えば
図示していないスペーサを介在せしめ、軸受ハウ
ジング２の中空部の他端側に、荷重変換器を形成
するリング状のホルダー１２を嵌合せしめ、該ホ
ルダー１２に設けた穴１３に、ユニツトセル１１
と同じ構造のユニツトセル１４を嵌入し、該ユニ
ツトセル１４に側板１２ａを当接させる。ユニツ
トセル１１，１４は頂部が外輪４の側面に当接す
るよう適宜数配置することにより荷重変換器の受
感部としている。又軸受ハウジング２の一端に、
ユニツトセル１１，１４に初期締付力を与えると
共にホルダー１２等の抜止めを兼ねたナツト１５
を螺着せしめる。ユニツトセル１１，１４の個数
は夫々何個でも良いが、複数個にする場合には、
円周方向の間隔を略等間隔にする。又ユニツトセ
ル１１，１４は数量が同じでも、或いは異なる数
量としても良いが、ユニツトセル１１全体のばね
常数とユニツトセル１４全体のばね常数とが等し
くなるようにするのが望ましい。更にユニツトセ
ル１１，１４はシグナルコンデイシヨナー２１，
２２を介して差動増幅器２３に接続され、ユニツ
トセル１１，１４で検出した信号を差動増幅器２
３に送信し得るようになつている。差動増幅器２
３は、極性の異なる電気信号を加算し極性の同じ
電気信号を相殺する機能を備えている。
ユニツトセル１１，１４は同じ構造であるの
で、次にユニツトセル１４を備えた荷重変換器の
部分の詳細を第２図〜第４図により説明すると、
軸受３の外輪４に当接する側を球面状としたユニ
ツトセル１４の反球面側に、外輪４より作用した
荷重Ｐをホルダー１２の側板１２ａに伝達し得る
よう脚部１７を設け、ユニツトセル本体１６の両
側面に凹部１８を設け、該凹部１８の壁面に剪断
歪を検出するためのストレインゲージ１９を貼付
け、凹部１８に耐熱、耐油性の樹脂を充填すると
共にユニツトセル本体１６をステンレス箔で被覆
し、ストレインゲージ１９を熱や油から保護する
ようにする。又リング状のホルダー１２のユニツ
トセル１４嵌入部の一側部には、ユニツトセル１
４の脚部１７間の間隔と略同じ間隔でリード線等
の取出しのための切欠き２０を設け、脚部１７，
１７間には、リード線取出しのスペースを除いて
保護のために耐熱性樹脂を充填させる。
で、次にユニツトセル１４を備えた荷重変換器の
部分の詳細を第２図〜第４図により説明すると、
軸受３の外輪４に当接する側を球面状としたユニ
ツトセル１４の反球面側に、外輪４より作用した
荷重Ｐをホルダー１２の側板１２ａに伝達し得る
よう脚部１７を設け、ユニツトセル本体１６の両
側面に凹部１８を設け、該凹部１８の壁面に剪断
歪を検出するためのストレインゲージ１９を貼付
け、凹部１８に耐熱、耐油性の樹脂を充填すると
共にユニツトセル本体１６をステンレス箔で被覆
し、ストレインゲージ１９を熱や油から保護する
ようにする。又リング状のホルダー１２のユニツ
トセル１４嵌入部の一側部には、ユニツトセル１
４の脚部１７間の間隔と略同じ間隔でリード線等
の取出しのための切欠き２０を設け、脚部１７，
１７間には、リード線取出しのスペースを除いて
保護のために耐熱性樹脂を充填させる。
軸受３に作用するスラスト荷重を検出する場合
には、スラスト荷重を測定すべき回転機械に、第
１図に示すようにユニツトセル１１，１４をセツ
トし、ナツト１５を回転させてユニツトセル１
１，１４に所要の初期締付力を与える。この初期
締付力を与えることにより、スラスト荷重が第５
図に示すＦの場合には、ユニツトセル１４側で
は、上述したように初期締付力を増大させるスラ
スト荷重Ｆ／２が検出され、一方ユニツトセル１１ 側では、初期締付力を減少させるスラスト荷重
Ｆ／２が検出される。この初期締付力を増大させる スラスト荷重Ｆ／２は以下の説明ではＦ／２で表わし、 初期締付力を減少させるスラスト荷重Ｆ／２は以下 の説明では−Ｆ／２で表わす。
には、スラスト荷重を測定すべき回転機械に、第
１図に示すようにユニツトセル１１，１４をセツ
トし、ナツト１５を回転させてユニツトセル１
１，１４に所要の初期締付力を与える。この初期
締付力を与えることにより、スラスト荷重が第５
図に示すＦの場合には、ユニツトセル１４側で
は、上述したように初期締付力を増大させるスラ
スト荷重Ｆ／２が検出され、一方ユニツトセル１１ 側では、初期締付力を減少させるスラスト荷重
Ｆ／２が検出される。この初期締付力を増大させる スラスト荷重Ｆ／２は以下の説明ではＦ／２で表わし、 初期締付力を減少させるスラスト荷重Ｆ／２は以下 の説明では−Ｆ／２で表わす。
スラスト荷重Ｆ／２によりユニツトセル１４側の
ストレンゲージは圧縮されるためこのストレンゲ
ージの縮みをε1／２とし、スラスト荷重−Ｆ／２によ
り ユニツトセル１１側のストレンゲージは延びるた
めこのストレンゲージの延びを−ε1／２とすると、 熱出力の影響すなわち熱歪εHを考慮してユニツト
セル１４でのストレンゲージの出力はε1′＝ε1／２＋ εHであり、ユニツトセル１１でストレンゲージの
出力は−ε1′＝−ε1／２＋εHである。なお、ここで
ユ ニツトセル１４のストレンゲージの出力ε1′は初
期締付力を与えたときの出力よりもε1′だけ増加
し、ユニツトセル１１のストレンゲージの出力−
ε1′は初期締付力を与えたときの出力よりもε1′だ
け減少することを意味する。而して、ε1′及び−
ε1′の信号はシグナルコンデイシヨナー２１，２
２を通つて差動増幅器２３へ送られるが、差動増
幅器２３は上述のように極性の異なる電気信号を
加算し、極性の同じ電気信号を相殺する機能を備
えているため、差動増幅器２３の出力εは ε＝ε1／２＋εH＋ε1／２−εH＝ε1 となる。
ージの縮みをε1／２とし、スラスト荷重−Ｆ／２によ
り ユニツトセル１１側のストレンゲージは延びるた
めこのストレンゲージの延びを−ε1／２とすると、 熱出力の影響すなわち熱歪εHを考慮してユニツト
セル１４でのストレンゲージの出力はε1′＝ε1／２＋ εHであり、ユニツトセル１１でストレンゲージの
出力は−ε1′＝−ε1／２＋εHである。なお、ここで
ユ ニツトセル１４のストレンゲージの出力ε1′は初
期締付力を与えたときの出力よりもε1′だけ増加
し、ユニツトセル１１のストレンゲージの出力−
ε1′は初期締付力を与えたときの出力よりもε1′だ
け減少することを意味する。而して、ε1′及び−
ε1′の信号はシグナルコンデイシヨナー２１，２
２を通つて差動増幅器２３へ送られるが、差動増
幅器２３は上述のように極性の異なる電気信号を
加算し、極性の同じ電気信号を相殺する機能を備
えているため、差動増幅器２３の出力εは ε＝ε1／２＋εH＋ε1／２−εH＝ε1 となる。
このようにして得られた出力εは後処理部の荷
重デジタル表示器、アナログ記録計、磁気記録
計、或いはコンピユータ等に送られ、所定の処理
が行われる。
重デジタル表示器、アナログ記録計、磁気記録
計、或いはコンピユータ等に送られ、所定の処理
が行われる。
なお、本発明は上述の実施例に限定されるもの
ではなく、種々の形状の荷重変換器の使用が可能
なこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内で種々変更を加え得ること、等は勿論である。
ではなく、種々の形状の荷重変換器の使用が可能
なこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内で種々変更を加え得ること、等は勿論である。
本発明の軸受のスラスト荷重測定装置によれ
ば、温度変化による誤差成分である熱出力が取除
かれ且つ測定されるスラスト荷重は実際に発生す
るスラスト荷重であるため性質の良い信号を得る
ことができ、良好な精度のスラスト荷重の測定が
可能となるという優れた効果を奏し得る。
ば、温度変化による誤差成分である熱出力が取除
かれ且つ測定されるスラスト荷重は実際に発生す
るスラスト荷重であるため性質の良い信号を得る
ことができ、良好な精度のスラスト荷重の測定が
可能となるという優れた効果を奏し得る。
第１図は本発明の軸受のスラスト荷重測定装置
の説明図、第２図〜第４図は第１図の装置に使用
する荷重変換器の部分の一例の詳細図で、第２図
は一部破断の説明図、第３図は第２図の−方
向矢視図、第４図は第２図の−方向矢視図、
第５図は従来の軸受スラスト荷重測定装置の説明
図である。 図中２は軸受ハウジング、３は軸受、４は外
輪、５は内輪、６は回転軸、１１，１４はユニツ
トセル、２３は差動増幅器を示す。
の説明図、第２図〜第４図は第１図の装置に使用
する荷重変換器の部分の一例の詳細図で、第２図
は一部破断の説明図、第３図は第２図の−方
向矢視図、第４図は第２図の−方向矢視図、
第５図は従来の軸受スラスト荷重測定装置の説明
図である。 図中２は軸受ハウジング、３は軸受、４は外
輪、５は内輪、６は回転軸、１１，１４はユニツ
トセル、２３は差動増幅器を示す。
Claims (1)
- １ 回転軸を支持する軸受の外輪を軸受ハウジン
グに遊嵌合せしめ、該軸受の両側面に、所要数の
受感部を有する荷重変換器を配設して該荷重変換
器の受感部を軸受外輪の側面に当接せしめ、前記
荷重変換器の受感部に所要の初期締付力を与える
装置を所要位置に設け、前記荷重変換器からの信
号を受けて極性の異なる電気信号を加算し極性の
同じ電気信号を相殺する差動増幅器を前記荷重変
換器に接続したことを特徴とする軸受のスラスト
荷重測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP660385A JPS61165630A (ja) | 1985-01-17 | 1985-01-17 | 軸受のスラスト荷重測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP660385A JPS61165630A (ja) | 1985-01-17 | 1985-01-17 | 軸受のスラスト荷重測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61165630A JPS61165630A (ja) | 1986-07-26 |
| JPH0315136B2 true JPH0315136B2 (ja) | 1991-02-28 |
Family
ID=11642918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP660385A Granted JPS61165630A (ja) | 1985-01-17 | 1985-01-17 | 軸受のスラスト荷重測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61165630A (ja) |
-
1985
- 1985-01-17 JP JP660385A patent/JPS61165630A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61165630A (ja) | 1986-07-26 |
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