JPH0477863B2 - - Google Patents
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- JPH0477863B2 JPH0477863B2 JP10448884A JP10448884A JPH0477863B2 JP H0477863 B2 JPH0477863 B2 JP H0477863B2 JP 10448884 A JP10448884 A JP 10448884A JP 10448884 A JP10448884 A JP 10448884A JP H0477863 B2 JPH0477863 B2 JP H0477863B2
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- rotating shaft
- rotation speed
- thrust
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- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- 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、回転軸に作用するスラストを回転軸
の遠心力の影響を受けずに計測するためのスラス
トを計測する方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for measuring thrust acting on a rotating shaft without being affected by the centrifugal force of the rotating shaft.
回転している回転軸には、一般に各種の力およ
びモーメントが作用している。しかし、以下にお
いては、説明を簡単にするために、スラストとト
ルクの2分力が回転軸を作用している時に歪ゲー
ジを用いてスラストを計測する場合について考え
ることにする。 Generally, various forces and moments act on a rotating shaft. However, in the following, to simplify the explanation, we will consider the case where thrust is measured using a strain gauge when two components of thrust and torque are acting on the rotating shaft.
このような状態において、スラストを正確に計
測しようとすると、従来は種々の問題があつた。
例えば、トルクがスラストに比して大きい場合、
回転軸は太くなり、したがつてその断面積が大き
くなる。このように、断面積が大きくなるとスラ
ストに対する歪ゲージの出力が小さくなるので、
出力を増大させるために、一般に中空パイプの回
転軸を使用する。かかる中空パイプの回転軸を、
例えば外径D0=252mm、内径D1=250mmの鋼製薄
肉パイプにより形成し、以下の条件において計測
をするものとする。 In the past, various problems occurred when attempting to accurately measure thrust under such conditions.
For example, if the torque is large compared to the thrust,
The rotating shaft becomes thicker and therefore has a larger cross-sectional area. In this way, as the cross-sectional area increases, the output of the strain gauge against thrust decreases, so
To increase the power output, a hollow pipe rotating shaft is generally used. The axis of rotation of such a hollow pipe is
For example, it is assumed that it is formed from a thin steel pipe with an outer diameter D 0 =252 mm and an inner diameter D 1 =250 mm, and the measurement is performed under the following conditions.
この回転軸が、回転数2100rpm(35rps)におい
て、スラスト2ton、トルク1000Kg−mの2分力が
作用しているとする。この場合のスラストFは、
所要箇所に貼付けられた歪ゲージによつて計測す
ることができる。例えば、歪ゲージの貼付け関係
の例を第1−1図、第1−2図に示す。第1−1
図は立体図、第1−2図は展開図である。図にお
いて、参照符号1は回転軸を、そして参照符号2
〜9は回転軸上45度間隔に軸方向に、及びそれに
90度方向、すなわち周方向に、それぞれ4枚ずつ
貼付けられた8枚の歪ゲージである。 Assume that this rotating shaft is subjected to two components of force: 2 tons of thrust and 1000 kg-m of torque at a rotational speed of 2100 rpm (35 rps). In this case, the thrust F is
It can be measured using strain gauges attached to required locations. For example, examples of the relationship in which strain gauges are attached are shown in FIGS. 1-1 and 1-2. 1-1
The figure is a three-dimensional view, and Figures 1-2 are developed views. In the figure, reference numeral 1 designates the axis of rotation, and reference numeral 2
~9 is axially spaced at 45 degree intervals on the rotation axis, and
There are eight strain gauges, four each attached in a 90-degree direction, that is, in the circumferential direction.
第2図は、前述の歪ゲージをブリツジに組んだ
例を示すものである。なお、第1−1図、第1−
2図及び第2図では、8枚の歪ゲージを組合せて
いるが、4枚、16枚等の組合せとすることもでき
ることはいうまでもない。 FIG. 2 shows an example in which the aforementioned strain gauge is assembled into a bridge. In addition, Figures 1-1 and 1-
In FIGS. 2 and 2, 8 strain gauges are combined, but it goes without saying that a combination of 4, 16, etc. is also possible.
このような構成において、F=2tonのスラスト
が作用した際に、第1−1図および第1−2図の
偶数参照符号で示した歪ゲージ、すなわち軸方向
に貼付けられた各歪ゲージ2,4,6,8に生ず
る歪εは次式で表される。 In such a configuration, when a thrust of F=2 tons is applied, the strain gauges indicated by even reference numbers in FIGS. 1-1 and 1-2, that is, each strain gauge 2 attached in the axial direction, The strain ε occurring at 4, 6, and 8 is expressed by the following equation.
ε=1/E F/π/4(D0 2−D1 2) …(1)
ここに、Eは回転軸材料のヤング率である。こ
こで、E≒21000Kg/mm2とすると歪εは次のよう
になる。 ε=1/E F/π/4 (D 0 2 −D 1 2 ) (1) where E is the Young's modulus of the rotating shaft material. Here, if E≒21000Kg/mm 2 , the strain ε is as follows.
ε=120×10-6
また、第1−1図および第1−2図の奇数参照
符号で示した、周方向に貼付けられた各歪ゲージ
3,5,7,9に生ずる歪ε′は、ポアツソン比を
考慮すると次のようになる。 ε=120×10 -6 Also, the strain ε′ generated in each of the strain gauges 3, 5, 7, and 9 attached in the circumferential direction, indicated by odd reference numbers in FIGS. 1-1 and 1-2, is , considering Poisson's ratio, it becomes as follows.
ε′≒0.3ε
したがつて、この場合のブリツジ出力εTは次の
ようになる。 ε′≒0.3ε Therefore, the bridge output ε T in this case is as follows.
εT=2(ε+ε′)≒2.6ε=312×10-6
この回転軸が、N rpsで回転しているとき、
遠心力により各歪ゲージ3,5,7,9に生ずる
歪εRは次のようになる。 ε T = 2 (ε + ε′) ≒ 2.6 ε = 312 × 10 -6 When this rotating shaft is rotating at N rps,
The strain ε R generated in each strain gauge 3, 5, 7, and 9 due to centrifugal force is as follows.
εR=1/E ρ(D0/2)2/g(2πN)2 …(2)
ここに、gは重力の加速度で、9.8m/s2
ρは軸の材料の密度で、7.80×10-6
Kg/mm3
Nは回転数で、35rpsとする。 ε R = 1/E ρ(D 0 /2) 2 /g(2πN) 2 …(2) Here, g is the acceleration of gravity, 9.8m/s 2 ρ is the density of the shaft material, 7.80× 10 -6
Kg/mm 3 N is the rotation speed, which is assumed to be 35rps.
この条件におけるεRは次のようになる。 ε R under this condition is as follows.
εR=29.1×10-6
また、歪ゲージ2,4,6,8に生ずる歪εR′
は次式で表される。 ε R =29.1×10 -6 Also, strain ε R ′ occurring in strain gauges 2, 4, 6, and 8
is expressed by the following formula.
εR′=0.3εR
この場合のブリツジの総合出力εRTは、以下の
ようになる。 ε R ′=0.3ε R In this case, the bridge's total output ε RT is as follows.
εRT=2.6εR=75.7×10-6
この出力εRTは、軸が回転していると、実際に
はスラストが作用していないにもかかわらず生じ
ているもので、当然計測誤差となる。この誤差は
次のようになる。 ε RT = 2.6 ε R = 75.7×10 -6 This output ε RT is generated even though no thrust is actually acting when the shaft is rotating, which naturally results in a measurement error. . This error is as follows.
εRT/εT=24%
この値は、測定誤差としては大き過ぎるため、
このままでは実用にならない。そのための対策と
して第1−1図および第1−2図の歪ゲージ3,
5,7,9として、別の位置に貼付けられたダミ
ーゲージを用いることもあるが、計測誤差は、上
記計算値のたかだか1/2.5になるに過ぎないため、
本質的改善策とはいえない。 ε RT /ε T = 24% This value is too large as a measurement error, so
It is not practical as it is. As a countermeasure for this, the strain gauge 3 shown in Figures 1-1 and 1-2,
Dummy gauges pasted at different positions may be used for 5, 7, and 9, but the measurement error is only 1/2.5 of the above calculated value, so
This cannot be said to be an essential improvement measure.
本発明の目的は、回転軸の回転数に影響される
ことなく軸に作用するスラストを正確に計測する
ための回転軸のスラストを計測する方法を提供す
ることである。 An object of the present invention is to provide a method for measuring the thrust of a rotating shaft for accurately measuring the thrust acting on the shaft without being affected by the rotational speed of the rotating shaft.
この目的は、特許請求の範囲に記載の構成を有
する回転軸のスラストを計測する方法によつて達
成される。 This object is achieved by a method for measuring the thrust of a rotating shaft having the structure described in the claims.
本発明にかかるスラストを計測する方法によれ
ば、比較的簡単な構成により、かつ操作上も格別
の困難を伴うことなしに、軸回転数の影響を殆ど
解消して極めて正確なスラストの計測が可能とな
る。 According to the method for measuring thrust according to the present invention, with a relatively simple configuration and without any particular difficulty in operation, it is possible to almost eliminate the influence of the shaft rotation speed and to measure thrust extremely accurately. It becomes possible.
以下、実施例の構成を示すブロツク図である第
3図を参照して、本発明を詳述する。 The present invention will be described in detail below with reference to FIG. 3, which is a block diagram showing the configuration of an embodiment.
第3図において、例えば第1−1図及び第1−
2図のように、回転軸表面に配設された8個の歪
ゲージによつて形成されたブリツジ11の出力
は、歪増幅器12に印加される。 In Fig. 3, for example, Fig. 1-1 and Fig. 1-
As shown in FIG. 2, the output of a bridge 11 formed by eight strain gauges arranged on the surface of the rotating shaft is applied to a strain amplifier 12.
回転軸の回転数は、回転数検出器13によつて
検出され、次いで回転数二乗演算器14によつて
二乗演算される。この演算結果を表す出力は、感
度調整器15を経て加算器16の一方の入力に供
給される。 The rotation speed of the rotating shaft is detected by a rotation speed detector 13, and then squared by a rotation speed square calculator 14. An output representing the result of this calculation is supplied to one input of an adder 16 via a sensitivity adjuster 15.
一方、前述の歪増幅器12の出力も加算器16
の他方の入力に供給され、感度調整器15の出力
との加算が行われる。この加算結果は、出力端子
17から取り出される。 On the other hand, the output of the distortion amplifier 12 described above is also
is supplied to the other input of the sensitivity adjuster 15, and is added to the output of the sensitivity adjuster 15. The result of this addition is taken out from the output terminal 17.
かかる構成における、回転数検出器13、回転
数二乗演算器14及び感度調整器15を経て加算
器16に入力される一連の処理結果は、前述の式
(2)によつて表された歪εRに相当するものであるこ
とは明らかであろう。 In this configuration, a series of processing results input to the adder 16 via the rotation speed detector 13, rotation speed square calculator 14, and sensitivity adjuster 15 are expressed by the above-mentioned formula.
It is clear that this corresponds to the strain ε R expressed by (2).
ここで、回転軸に作用するスラストを正確に測
定するためには、歪増幅器12の出力から誤差分
を差し引けばよいことも明らかであろう。かかる
処理は以下のように実施可能である。 Here, it is clear that in order to accurately measure the thrust acting on the rotating shaft, it is sufficient to subtract the error from the output of the distortion amplifier 12. Such processing can be implemented as follows.
実際に誤差分を差し引くには、
イ スラストが加わらない状態で回転数N=0の
ときの、第3図の出力端子17の出力値を読み
取る。 To actually subtract the error, read the output value of the output terminal 17 in Fig. 3 when the rotation speed N=0 with no thrust applied.
ロ 回転数を当該回転軸の最高回転数まで上昇さ
せる。この場合スラスト負荷は加えない。(b) Increase the rotation speed to the maximum rotation speed of the relevant rotating shaft. In this case, no thrust load is applied.
ハ 状態ロにおける端子17の出力値が状態イの
場合(N=0)の値となるように、感度調整器
15を調整する。C. Adjust the sensitivity adjuster 15 so that the output value of the terminal 17 in state B becomes the value in state A (N=0).
各操作を実施することにより実現できる。 This can be achieved by performing each operation.
かかる処理によつて回転軸の回転数の如何を問
わず、回転軸に作用するスラストを正確に計測す
ることができる。この誤差は、0.3%程度以下で
あり、従来の計測法に対して格段の高精度が達成
される。 Through such processing, the thrust acting on the rotating shaft can be accurately measured regardless of the rotational speed of the rotating shaft. This error is about 0.3% or less, achieving significantly higher accuracy than conventional measurement methods.
なお、本発明を実施するために、本明細書で採
り上げた各種素子、例えば歪ゲージやその他の回
路要素等は、それぞれ周知のものを利用すること
ができる。さらに、この説明においては、歪ゲー
ジ出力および回転数N等をアナログ処理し、かつ
手動調整することを開示しているが、それぞれの
信号を適宜デイジタル変換し、信号の加算・調整
等にデイジタル制御技術を適用できることは、当
業者において明白であろう。 In order to carry out the present invention, well-known elements such as strain gauges and other circuit elements mentioned in this specification can be used. Furthermore, although this explanation discloses analog processing and manual adjustment of the strain gauge output, rotational speed N, etc., each signal is appropriately converted to digital and digital control is used to add and adjust the signals. It will be obvious to those skilled in the art that the techniques can be applied.
第1−1図及び第1−2図は、被計測回転軸上
の歪ゲージの取付け状態を示す斜視図および展開
図である。第2図は、各歪ゲージを以て構成され
るブリツジ回路の接続図である。第3図は、本発
明を実施するための装置構成を示すブロツク図で
ある。
図中、主な参照符号の対応は次の通の通りであ
る。1……回転軸、2,4,6,8……軸方向取
付け歪ゲージ、3,5,7,9……周方向取付け
歪ゲージ、11……ブリツジ回路、12……歪増
幅器、13……回転数検出器、14……二乗演算
器、15……感度調整器、16……加算器、17
……出力端子。
FIGS. 1-1 and 1-2 are a perspective view and a developed view showing how the strain gauge is mounted on the rotating shaft to be measured. FIG. 2 is a connection diagram of a bridge circuit composed of each strain gauge. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of an apparatus for carrying out the present invention. In the figure, the correspondence of main reference numerals is as follows. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Rotating shaft, 2, 4, 6, 8... Strain gauge mounted in the axial direction, 3, 5, 7, 9... Strain gauge mounted in the circumferential direction, 11... Bridge circuit, 12... Strain amplifier, 13... ...Rotation speed detector, 14...Squaring calculator, 15...Sensitivity adjuster, 16...Adder, 17
...Output terminal.
Claims (1)
受けずに計測方法において、 回転軸上に軸方向及び周方向に貼付けられた所
要個数の歪みゲージによつて構成されたブリツジ
の出力と該回転軸の回転数の二乗に比例しかつ感
度調整可能な出力とを加算した出力信号を取り出
し、スラストの加わらない状態で回転数零の場合
の出力信号を得ておき、次いでこの状態で前記回
転軸を最高回転数で回転せしめたときの前記加算
された出力信号が前記回転数零の場合の出力信号
と等しくなるように前記回転数の二乗に比例する
出力の感度を調整することにより、回転軸のスラ
ストを回転数の影響を受けずに計測する方法。[Claims] 1. A method for measuring thrust acting on a rotating shaft without being affected by the rotational speed, comprising a required number of strain gauges affixed on the rotating shaft in the axial direction and the circumferential direction. Take the output signal obtained by adding the output of the bridge and the output proportional to the square of the rotation speed of the rotating shaft and whose sensitivity can be adjusted to obtain the output signal when the rotation speed is zero with no thrust applied, and then In this state, the sensitivity of the output proportional to the square of the rotation speed is adjusted so that the added output signal when the rotating shaft is rotated at the maximum rotation speed is equal to the output signal when the rotation speed is zero. A method to measure the thrust of a rotating shaft without being affected by the rotation speed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10448884A JPS60249026A (en) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | Method for measuring thrust of revolving shaft |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10448884A JPS60249026A (en) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | Method for measuring thrust of revolving shaft |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60249026A JPS60249026A (en) | 1985-12-09 |
| JPH0477863B2 true JPH0477863B2 (en) | 1992-12-09 |
Family
ID=14381929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10448884A Granted JPS60249026A (en) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | Method for measuring thrust of revolving shaft |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60249026A (en) |
-
1984
- 1984-05-25 JP JP10448884A patent/JPS60249026A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60249026A (en) | 1985-12-09 |
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