专利名称：多分力计的扭矩校准装置以及扭矩校准方法
技术领域：
本发明涉及多一种分力计的扭矩校准装置以及扭矩校准方法。
背景技术：
在用于特殊的检查、评价、开发等的轮胎试验装置中，设置有多分力计，其能够测量施加于与路面相接而旋转的轮胎的沿着垂直3轴的力(Fx、Fy, Fz)及绕这些轴的扭矩(Mx、My、Mz)。该多分力计在初次组装入轮胎试验装置时必须进行校准。此外，即便在组装入轮胎试验装置之后，为了维持力及扭矩的测量精度也需要例如每隔既定时间对多分力计
频繁地进行校准。例如，在专利文献I中公开了一种校准多分力计自身的方法及校准用的夹具等。在该校准方法中，对多分力计经由绳和带轮(滑轮)而安装砝码，将由砝码确定的力及由砝码产生的扭矩提供给多分力计，对多分力计进行校准。该校准方法是对从轮胎试验装置取下的多分力计单体地进行校准的方法，不是在将多分力计组装入轮胎试验装置中的状态下进行校准。另一方面，还具有在将多分力计内置于轮胎芯轴的状态下进行校准的校准装置。例如，图4表示一种校准装置，在轮胎试验装置中，所述轮胎试验装置在旋转自如地具有保持轮胎的主轴的轮胎芯轴中内置多分力计，其中，在将多分力计内置于轮胎芯轴的状态下进行多分力计的校准。该校准装置是实际地在制造现场使用的装置。该校准装置中，多分力计的扭矩如下地被校准。即，在该校准装置中，长条状的力传递部件从主轴的顶端沿着其轴方向延伸，在该力传递部件的顶端安装有绳。在绳的顶端经由滑轮而连结有砝码，向力传递部件的顶端施加向上的力Fz。由此，在轮胎的安装位置处绕X轴地施加相当于砝码的载荷Fz和力传递部件的长度L的积的扭矩Mx和向上的力Fz。为了正确地在多分力计中检测扭矩，需要在不存在向上的力Fz的状态下进行测量。因而，为了消除该力Fz而对轮胎的安装位置经由绳而连结相同重量的砝码，从而向下地施加力Fz0若这样地构成,则在多分力计上仅施加扭矩Mx,能够实现多分力计的扭矩Mx的校准。但是，上述那样的以往的扭矩校准方法中，无论是单体地对多分力计进行校准的校准装置、还是在将多分力计内置于轮胎芯轴的状态下对多分力计进行校准的校准装置，都必须向力传递部件施加相互平行且上下地反向的载荷。因此，在这些校准装置中，如图4所例示的那样，需要用于向既定方向(图4中向上方)拉拽绳的滑轮。但是，如果使用滑轮，则滑轮与绳之间会产生摩擦力，由于该摩擦力扭矩校准的精度会降低。并且，在使用滑轮时，滑轮的滑动面(轴承)的摩擦也会成为精度降低的原因。此夕卜，在图4所示的例中，施加于力传递部件的载荷如果从铅直方向错位，则对多分力计不能正确地施加扭矩Mx，所以滑轮的安装位置必须与力传递部件的铅直上方严格地对合。这样的滑轮的位置对合是精细且费时的作业，扭矩校准的作业性变差。
此外，对绳及钢缆一般施加扭转，由该扭转作为起因而产生的扭转力作用于力传递部件。该扭转力有时随着载荷加大而作为误差而施加于多分力计。因而，在使用绳及钢缆的扭矩校准方法中，存在由上述的摩擦力及扭转力引起的较大的滞后，所以由于该滞后而不可能实现高精度的扭矩校准。专利文献I :日本特开昭59-151032号公报。

发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够高精度且高效地对扭矩进行校准的多分力计的扭矩校准装置以及校准方法。本发明的多分力计的扭矩校准装置能够测量包含沿轴的力和绕垂直于该轴的轴的扭矩的至少两个成分值。该扭矩校准装置具有长条的力传递部件，具有与上述多分力计连结的基端侧的部位、和位于与上述基端侧的部位相反侧的顶端侧的部位，将向上述顶端 侧的部位输入的力传递给上述多分力计；载荷施加机构，向上述力传递部件的上述顶端侧的部位沿着铅直方向且不改变力的朝向地施加载荷；计算部，基于在从上述载荷施加机构对上述顶端侧的部位施加沿着铅直方向的铅直载荷的状态下由上述多分力计测量到的绕垂直于铅直方向的方向的轴的扭矩值，计算排除了上述铅直载荷的影响的真正的扭矩，使用在上述计算部中算出的上述真正的扭矩进行上述多分力计的扭矩校准。


图I是表示对绕X方向轴的扭矩进行校准的第一实施方式的扭矩校准装置的主视图。图2是表示对绕X方向轴的扭矩进行校准的第二实施方式的扭矩校准装置的主视图。图3是表示对绕y方向轴的扭矩进行校准的第二实施方式的扭矩校准装置的主视图。图4是表示使用砝码的以往的扭矩校准装置主视图。
具体实施例方式(第一实施方式)
以下基于

本发明的第一实施方式的扭矩校准装置I以及校准方法。在说明扭矩校准装置I的构成前，首先说明安装有扭矩校准装置I的轮胎试验装置2。如图I所示，轮胎试验装置2具有轴心朝向左右方向地配设的主轴3、支承该主轴3的壳体4、和设置于壳体4的多分力计5。在主轴3与壳体4之间设置有轴承26。轴承26将主轴3支承为绕朝向左右方向的轴而相对于壳体4旋转自如。在主轴3的顶端(左端)能够使用未图示的轮辋等而安装轮胎T。通过令主轴3相对于壳体4旋转，能够令安装于主轴3的轮胎T绕朝向左右方向的轴旋转。此外，壳体4支承于轮胎试验装置的框架。多分力计5配置于壳体4的左侧端部以及右侧端部。多分力计5测量从主轴3施加于壳体4的力及扭矩。在本实施方式中，作为多分力计5而例示6分力计。该多分力计5在本实施方式中是将相互隔开距离地配置的内侧部件与外侧部件利用应变体连结而成的应变计式的6分力计。多分力计5能够测量在安装于主轴3的轮胎T的中心(以后将该中心位置称为轮胎安装位置)处产生的沿着X方向，y方向以及z方向的力(Fx、Fy、Fz)和绕沿着这些方向的轴的扭矩(Mx、Mz )。如图I所示，第一实施方式的扭矩校准装置I是对由轮胎试验装置2的多分力计5测量的力(载荷)以及扭矩进行校准的装置。扭矩校准装置I具有力传递部件6，将输入的力传递给多分力计5 ;载荷施加机构7，沿铅直方向对该力传递部件6施加载荷；和计算部8，计算真正的扭矩，所述真正的扭矩是从在被施加了来自该载荷施加机构7的铅直载荷的状态下由多分力计5测量到的扭矩值排除了铅直载荷的影响后的值。该扭矩校准装置I根据对Mx以及Mz的哪个扭矩进行校准，力传递部件6的安装及载荷的施加方向等的构成不同。因此，首先举通过向力传递部件6施加载荷Fz而对扭矩Mx进行校准的情况作为例子来说明第一实施方式的扭矩校准装置I。、另外，以下的说明中，将图I的上下作为说明扭矩校准装置I时的上下，将图I的左侧以及右侧作为说明扭矩校准装置I时的左侧以及右侧。此外，在载荷及扭矩的说明中，将图I的左右方向称为y方向，将上下方向称为z方向，将与y方向以及z方向的双方垂直的方向称为X方向。力传递部件6是长条的棒状的部件，沿左右方向(水平方向)配置。力传递部件6的基端侧的部位使用螺栓9与主轴3的左侧端部连结。该基端侧的部位与主轴3牢固地固定。由此，经由主轴3可靠地向多分力计5传递力。力传递部件6的顶端侧的部位的下表面上形成有朝向上方地凹陷的凹部10。在该凹部10中嵌入承接部件11。该承接部件11构成后述的载荷传递部。在承接部件11的下方配置向力传递部件6施加载荷的载荷施加机构7。载荷施加机构7对力传递部件6沿铅直方向施加载荷。作为载荷施加机构7，能够使用在施加力的路径中力的朝向不产生变化的砝码式及液压式等的各种方式。在本实施方式中，载荷施加机构7具有配置于力传递部件6的下方而向该力传递部件6施加载荷的压力缸13、和支承该压力缸13的支承台14。在对扭矩进行校准时，需要对力传递部件6沿上下方向的某一方施加铅直载荷，使得在轮胎安装位置产生既定值的扭矩。但是，由载荷施加机构7施加的载荷是产生扭矩所必须的，与扭矩一起在多分力计5中被检测，所以难以实现扭矩的高精度的校准。因此，作为本领域技术人员的技术常识，对于载荷施加机构7需要另外施加将用于产生扭矩而施加的载荷抵消的载荷。该抵消用的载荷与为了产生扭矩而施加的载荷力的作用方向上下相反。即，对力传递部件6施加作用方向上下相反且相互平行的扭矩产生用的载荷和抵消用的载荷。但是，为了利用砝码式的载荷施加机构施加这样的铅直方向的载荷，需要容易产生由扭转引起的误差的绳、及容易产生由摩擦引起的误差的滑轮等。此外，在对力传递部件6提供向上方的载荷时，需要将滑轮的安装位置严格地对合而令载荷的作用方向正确地与铅直方向对合。但是，如果施加的载荷变化则滑轮的安装位置必须变化，所以现实中，将滑轮的安装位置正确地对合于铅直方向(换言之，令施加的载荷的朝向与铅直方向对合)是困难的。
因此，在第一实施方式的扭矩校准装置I中，沿铅直方向施加载荷的载荷施加机构7相对于力传递部件6的顶端侧的部位，不会像使用滑轮时那样力的朝向发生变化。此夕卜，扭矩校准装置I具有计算部8，其计算从在施加了来自该载荷施加机构7的铅直载荷的状态下由多分力计5测量到的扭矩值排除铅直载荷的影响后的真正的扭矩。由此，能够使用在计算部8中算出的真正的扭矩来进行多分力计5的扭矩校准。具体而言，本实施方式的载荷施加机构7具有配置于力传递部件6的下方而向力传递部件6施加载荷的压力缸13、和支承该压力缸13并将压力缸13定位于载荷施加位置的稍下方的支承台14。压力缸13配置为总是位于力传递部件6的载荷施加位置P的下方。压力缸13能够沿着铅直方向伸缩而向力传递部件6施加向上的载荷。在本实施方式中，使用沿上下方向延伸的压力缸杆15能够伸缩的液压缸。在压力缸13的上方配设有测量从压力缸13向力传递部件6施加的载荷的应变计式的载荷测量器16。此外，在压力缸13的下方，配设有支承台14，其以载荷施加方向为铅直的方式以压力缸13立起的状态支 承压力缸13。支承台14借助销等而被定位于不动部(例如，没有被驱动的模拟路面)。支承台14对压力缸13进行定位使得借助压力缸13总是对既定的载荷施加位置P从下方施加铅直方向向上的载荷。该载荷施加位置P设定在从主轴3的左侧端部在水平方向上分开一定的距离L的分离位置。换言之，载荷施加位置P设定在从多分力计5离开一定的距离的位置。载荷传递部具有在设置于力传递部件6侧的承接部件11上凹状地形成的球面座17、和推压杆21，其具有设置于压力缸13侧的形成为球面状的凸部(球面座)。承接部件11在位于距从多分力计5既定的距离的载荷施加位置P(位于从主轴3的左侧端部分开距离L的位置的载荷施加位置P)处嵌入形成于力传递部件6的下表面的凹部10。设置于推压杆21的上端的凸部形成球面座，所述球面座由具有比承接部件11的球面座17小的曲率半径的球面构成。承接部件11以球面座17的曲率半径的中心位置在主轴3的轴方向上看与其旋转中心一致的方式安装于凹部10。由此，力传递部件16中的主轴3的旋转方向的定位作业变得简单。此外，承接部件11以下述方式安装在沿压力缸13的轴方向看时，在球面座17的球面上最向上方凹陷的点位于载荷施加位置P。计算部8算出从在从载荷施加机构7施加铅直载荷的状态下由多分力计5测量到的扭矩值排除了铅直载荷的影响后的真正的扭矩。向计算部8中输入由设置于压力缸13的上方的载荷测量器16测量到的载荷、和由多分力计5测量到的载荷以及扭矩值。该计算部8能够输出基于输入的载荷以及扭矩值而算出的真正的扭矩。计算部8具体地能够使用电脑等。计算部8能够进行后述的扭矩校准方法中所示出的处理。但是，上述的例是对力传递部件6向上地施加铅直载荷Fz而对产生于轮胎安装位置的扭矩Mx进行校准的装置，但是在想要进行校准的扭矩为绕I方向轴的扭矩My时，装置的构成与上述构成不同。这样在上述的扭矩校准装置I中，能够分别测量绕X方向以及z方向的轴的扭矩Mx, Mz0接着，说明使用上述的扭矩校准装置I的扭矩校准方法。该扭矩校准方法如果例举对扭矩Mx进行校准的情况则如下所示。在扭矩Mx的校准方法中，首先，对多分力计5 (主轴3的左侧端部)安装长条的力传递部件6的基端侧的部位并能够将输入至力传递部件6的顶端侧的部位的力传递至多分力计5。而且，对力传递部件6的顶端侧的部位沿铅直方向施加向上的载荷Fz，算出从在施加该铅直载荷Fz的状态下由多分力计5测量的扭矩值排除了铅直载荷Fz的影响的真正的扭矩Mx。接着，使用算出的真正的扭矩Mx进行多分力计5的扭矩校准。该扭矩校准方法具体地如下地进行。首先，在取下了轮胎T及安装该轮胎T的轮辋的主轴3的左侧端部使用螺栓9牢固地固定力传递部件6的基端侧。力传递部件6以其轴方向沿着y方向而朝向水平方向的方式安装。而且，在设置于力传递部件6的顶端侧的部位的承接部件11的下方配设载荷施加机构7。载荷施加机构7配置为，设置于推压杆21的上部的凸状的球面座在载荷施加位置的近傍与承接部件11的球面座17点接触。而且，令载荷施加机构7的压力缸13伸长而对力传递部件6的顶端侧的部位沿铅直方向施加向上的载荷。由此，在设置于压力缸13的上方的载荷测量器16中，测量至少由于压力缸13的伸长而产生的铅直方向的载荷Fz。测量到的载荷Fz被送入计算部8。 另一方面，在来自载荷施加机构7的向上的载荷施加于顶端侧的部位的力传递部件6上，产生相对于轮胎安装位置而令力传递部件6绕X方向的轴旋转的扭矩Mx。该扭矩Mx是从轮胎安装位置到载荷施加位置P的距离L与施加于力传递部件6的铅直载荷Fz的积。对力传递部件6上不仅施加该扭矩Mx还施加向上的铅直载荷Fz。这些作为复合载荷而双方都经由主轴3而传递至多分力计5。因此，由多分力计5测量到的值不是真正的扭矩Mx而是包含了基于载荷Fz的误差等的扭矩值Mx,。另外，在求取扭矩Mz时，如上所述地改变力传递部件6的安装方向即可。这样一来，能够与扭矩Mx'时同样地利用多分力计5测量扭矩Mz'。这样地测量到的各扭矩值Mx'、Mz'被送入计算部8。在计算部8中，基于从载荷测量器16输入的载荷Fx、Fy、Fz和由多分力计5测量到的Fx'、Fy' > Fz'、Mx'、My'、Mz'而算出真正的扭矩Mx, My、Mz。这些真正的扭矩如下地算出。首先，如以下的式(I)所示那样，令以从多分力计5实际地输出的六个输出值(沿着X方向、y方向以及z方向的载荷的输出值Fx'、Fy'、Fz'以及绕这些轴的扭矩的输出值Mx'、My'、Mz')为成分的矩阵为矩阵E，令以在轮胎安装位置处实际地产生的力(Fx、Fy、Fz)以及扭矩(Mx、My、Mz)为成分的矩阵为矩阵F。
权利要求
1.一种多分力计的扭矩校准装置，所述多分力计能够测量含有沿着轴的力和绕垂直于该轴的轴的扭矩的至少两个成分值， 具有: 长条的力传递部件，具有与上述多分力计连结的基端侧的部位和位于与上述基端侧的部位相反侧的顶端侧的部位，将输入至上述顶端侧的部位的力传递至上述多分力计； 载荷施加机构，相对于上述力传递部件的上述顶端侧的部位沿铅直方向且不改变力的朝向地施加载荷； 计算部，基于在从上述载荷施加机构向上述顶端侧的部位施加沿着铅直方向的铅直载荷的状态下由上述多分力计测量到的绕垂直于铅直方向的方向的轴的扭矩值，算出排除了上述铅直载荷的影响的真正的扭矩， 使用在上述计算部中算出的上述真正的扭矩而进行上述多分力计的扭矩校准。
2.根据权利要求I所述的多分力计的扭矩校准装置，其特征在于， 上述力传递部件以其长度方向朝向水平方向的方式安装于上述多分力计。
3.根据权利要求I所述的多分力计的扭矩校准装置，其特征在于， 上述载荷施加机构具有 压力缸，配置于上述力传递部件的下方而向上述力传递部件施加向上的载荷； 支承台，用于将上述压力缸定位在上述载荷施加位置的稍下方； 和载荷传递部，将上述压力缸产生的铅直方向向上的载荷传递给上述力传递部件。
4.一种多分力计的扭矩校准方法，所述多分力计设置在轮胎试验装置的芯轴壳体上，用于测量在安装在轮胎试验装置的芯轴上的轮胎的中心产生的扭矩， 使用权利要求I所述的多分力计的扭矩校准装置而对设置于上述芯轴壳体的状态的多分力计进行校准。
5.一种多分力计的扭矩校准方法，能够对含有沿着轴的力和绕垂直于该轴的轴的扭矩的至少两个成分值进行测量， 具有下述步骤 以能够将输入至长条的力传递部件的顶端侧的部位的力传递给上述多分力计的方式，将上述力传递部件的基端侧的部位安装于上述多分力计； 对上述力传递部件的上述顶端侧的部位沿着铅直方向且不改变力的朝向地施加铅直载荷； 基于在对上述力传递部件的上述顶端侧的部位施加上述铅直载荷的状态下由上述多分力计测量到的绕垂直于铅直方向的方向的轴的扭矩值，计算排除了上述铅直载荷的影响的真正的扭矩； 使用算出的上述真正的扭矩进行上述多分力计的扭矩校准。
全文摘要
扭矩校准装置(1)具有将输入至顶端侧的部位的力传递给多分力计(5)的长条的力传递部件(6)、对上述顶端侧的部位沿铅直方向且不改变力的朝向地施加载荷的载荷施加机构(7)、和基于在从载荷施加机构(7)对上述顶端侧的部位施加沿着铅直方向的载荷的状态下由多分力计(5)测量的绕垂直于铅直方向的方向的轴的扭矩值而计算排除了上述铅直载荷的影响的真正的扭矩的计算部(8)，使用在计算部(8)中算出的真正的扭矩而进行多分力计的扭矩校准。
文档编号G01L5/16GK102713552SQ201180007419
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月27日 优先权日2010年1月29日
发明者住元优, 福田贵之 申请人:株式会社神户制钢所