CN105264354A - 疲劳试验装置 - Google Patents

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Abstract

疲劳试验装置(1)具备由下夹具(2)和上夹具(3)构成的固定构件(4)。下夹具(2)和上夹具(3)由螺钉(5)固定，板状的金属板(6)以夹在下夹具(2)和上夹具(3)之间的方式，以单臂状态固定。下夹具(2)具有固定金属板(6)的固定面(2a)，固定面(2a)具有距离金属板(6)被固定在固定面(2a)上的部分越远，固定面(2a)和金属板(6)的间隔就越大的曲面形状。上夹具(3)也具有固定金属板(6)的固定面(3a)，固定面(3a)具有距离金属板(6)被固定在固定面(3a)上的部分越远，固定面(3a)和金属板(6)的间隔就越大的曲面形状。

Description

疲劳试验装置
技术领域
本发明涉及一种疲劳试验装置，尤其涉及一种用于把握金属、玻璃、陶瓷等板状制品的疲劳寿命的疲劳试验装置。
背景技术
在汽车、飞机等运输设备、工业机械等中，由于振动、重复驱动，使用的材料会承受重复应力。为此，把握使用的材料的疲劳寿命非常重要，一般会实施疲劳试验。
现有的疲劳试验通常会通过1×107次的重复应力的负载来预测寿命，但近年来，期待运输设备、工业机械的长寿命化，进行了各种研究的结果是，例如，从金属中内在的金属夹杂物等的影响出发，将1×109次的重复应力作为疲劳极限应力来进行评价。
现有的疲劳试验，大致分为拉伸-压缩应力型、弯曲应力型、以及扭转应力型。在用圆棒等形状的试件实施的拉伸-压缩疲劳试验中，除了机械驱动之外还有液压驱动等的可施加高速负载的疲劳试验装置，可根据应力进行1000Hz以上的高速试验。近年来，开发了使用超声波振子等的高速疲劳试验装置，以对应千兆周的疲劳试验。但是，在这些疲劳试验装置中，当使试验频率上升时，有时会因试件的变形而引起发热，还需要有试件的冷却系统等。
另一方面，对于板状的试件而言，因为难以进行拉伸-压缩应力型疲劳试验、扭转应力型疲劳试验，所以一般进行弯曲应力型疲劳试验。作为使板状的试件承受弯曲应力的方法，一般进行在旋转体上连接曲柄，将试件的两端机械式地弯曲的交变疲劳试验、将试件一边的端部固定并使相反一侧的端部机械式地振动的疲劳试验。因此，试验频率因为受到驱动马达等的转速、阻热性能的制约，所以1800spm是其极限，实施1×107次的重复应力的负载需要2～5天左右的试验天数，实施1×109次的重复应力的负载甚至需要该试验天数的100倍的天数。进而，为了检测产生了疲劳断裂的情况下的应力降低，需要高精度的负载传感器等的检测器，疲劳试验装置的成本也会增大。
与此相对，在专利文献1中，记载有能容易地在短时间内实施千兆周的疲劳试验的疲劳试验装置。该疲劳试验装置是对于通过固定夹具而固定了基端侧的试件，通过施加由高频马达驱动的脉冲发生部所发出的脉冲状的压力波，使试件振动从而实施疲劳试验。此时，通过将压力波的压力变化的频率与试件的共振频率调整为一致，试件的振动频率达到共振频率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-149979号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，由于专利文献1记载的疲劳试验装置只通过将试件的基端侧固定于固定夹具来使试件振动，因而在不能顺利进行试件的振动频率的调整的情况下，存在如下问题点，即、存在试件的振动的振幅过大以致施加较大的应力从而破坏试件的隐患。
本发明就是为了解决这样的技术问题而完成的，其目的在于，提供一种能防止对试件施加超出所需的应力的疲劳试验装置。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的疲劳试验装置是使试件振动来试验试件的疲劳寿命的疲劳试验装置，其具备：具有使试件以单臂状态固定的第一固定面的第一固定夹具、使压缩气体脉冲状地吹向试件并使试件振动的励振器、以及检测试件的振动位移的位移检测器，试件以至少在试件被固定的部分之外的部分与第一固定面之间存在间隔的方式，被固定于第一固定面。
发明效果
根据本发明，由于试件以至少在试件被固定的部分之外的部分与第一固定面之间存在间隔的方式被固定于所述第一固定面，所以在试件振动时，即使试件的振动的振幅过大也能通过第一固定面抑制试件的振动，因而能防止对试件施加超出所需的应力。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的疲劳试验装置的结构的示意图。
图2是本实施方式的疲劳试验装置的下夹具的剖视图。
图3是本实施方式的疲劳试验装置的上夹具的剖视图。
图4是用本实施方式的疲劳试验装置所试验的试件的俯视图。
具体实施方式
以下，根据附图就本发明的实施方式进行说明。
如图1所示，疲劳试验装置1具备由作为第一固定夹具的下夹具2和作为第二固定夹具的上夹具3构成的固定构件4。下夹具2和上夹具3通过螺钉5固定，作为试件的板状的金属板6以夹在下夹具2和上夹具3之间的方式以单臂状态固定。
下夹具2具有使金属板6固定的固定面2a(第一固定面)，固定面2a具有距离金属板6固定在固定面2a上的部分越远，固定面2a和金属板6的间隔就越大的曲面形状。上夹具3也具有使金属板6固定的固定面3a(第二固定面)，固定面3a具有距离金属板6固定在固定面3a上的部分越远，固定面3a和金属板6的间隔就越大的曲面形状。金属板6的未被固定的端部位于固定面2a、3a之间。
如图2所示，下夹具2具有大致与固定面2a对置的底面2b。在下夹具2中，形成有以从底面2b直至固定面2a贯通下夹具2的方式插入螺钉5(参照图1)的固定用孔21、以及插入后述的接近传感器11的传感器部11a(参照图1)插入的检测用孔22(第一贯通孔)。固定用孔21垂直于底面2b。检测用孔22在固定面2a附近以使检测用孔22大致垂直于固定面2a的角度相对固定用孔21倾斜。
如图3所示，上夹具3具有与固定面3a大致对置的上表面3b。在上夹具3中，形成有以从上表面3b直至固定面3a贯通上夹具3的方式插入螺钉5(参照图1)的固定用孔31、以及插入后述的高速空气阀9的喷出喷嘴9a(参照图1)的空气供给用孔32(第二贯通孔)。固定用孔31以及空气供给用孔32分别垂直于上表面3b。
如图1所示，高速空气阀9的喷出喷嘴9a从上表面3b侧插入上夹具3的空气供给用孔32。高速空气阀9的供给喷嘴9b连接有空气供给管15的一端，空气供给管15的另一端连接有压缩机10。高速空气阀9电连接有信号功率电平变换接口8，信号功率电平变换接口8电连接有函数发生器7。由于函数发生器7、信号功率电平变换接口8、高速空气阀9、以及压缩机10通过后述的动作使金属板6振动，因而构成使金属板6振动的励振器。
作为位移检测器的接近传感器11的传感器部11a从底面2b侧插入下夹具2的检测用孔22。接近传感器11电连接有计数器12，计数器12与函数发生器7电连接。
如图4所示，金属板6具有大致长方形的薄板状的形状，在相对于长边方向的一端侧，形成有插入螺钉5(参照图1)的固定用孔6a。作为一例列举出金属板6的尺寸时，其长边方向的长度为45mm，宽度为10mm，厚度为0.35mm。
接着，对通过本实施方式的疲劳试验装置进行的疲劳试验的方法进行说明。
如图1所示，用函数发生器7产生规定频率的脉冲波，将该脉冲波通过信号功率电平变换接口8变换为高速空气阀9的动作信号，使设置于高速空气阀9的内部的未图示的阀周期性地开闭。此外，压缩机10抽取空气，经由空气供给管15从供给喷嘴9b向高速空气阀9供给压缩空气。供给高速空气阀9的压缩空气根据设置于高速空气阀9的内部的阀的开闭动作，从喷出喷嘴9a周期性地喷出。从喷出喷嘴9a周期性地喷出的压缩空气通过空气供给用孔32喷到金属板6上。
当压缩空气喷到金属板6上时，金属板6的与固定于固定面2a、3a之间的部分相反的一侧的端部侧向固定面2a弯曲。此时，无论压缩空气弯曲金属板6的力有多大，整个金属板6以接触固定面2a的方式弯曲的量变为最大，从而抑制该量以上的弯曲。金属板6向固定面2a弯曲之后，借助金属板6自身的弹性，金属板6会向固定面3a返回。此时，整个金属板6以接触固定面3a的方式弯曲的量变为最大，从而抑制该量以上的弯曲。因此，不会对金属板6施加超出所需的应力。虽然，之后金属板6会再次向固定面2a弯曲，但当压缩空气再次喷到金属板6上时，金属板6重复进行上述动作，其结果在固定面2a、3a之间振动。
在金属板6这样振动的期间，接近传感器11通过检测用孔22，检测金属板6靠近和远离固定面2a的情况，即金属板6的振动位移。通过由计数器12对该次数进行计数，就能检测金属板6的弯曲次数。
当金属板6中产生疲劳断裂时，由于金属板6向固定面2a弯曲之后借助金属板6自身的弹性向固定面3a返回的力会变弱，因而金属板6的振动会变得大不相同。例如，当疲劳断裂较大时，由于金属板6基本不会向固定面3a返回，因而基于计数器12的计数就停止。一旦函数发生器7检测到基于计数器12的计数的停止，函数发生器7就停止脉冲波的生成，紧接着，通过停止高速空气阀9的阀的开闭动作以及压缩机10的运转，结束基于疲劳试验装置1的疲劳试验。从疲劳试验结束时的计数器12的计数值，就能得知金属板6中产生疲劳断裂之前的弯曲次数。
这样，由于金属板6通过以至少在金属板6被固定的部分之外的部分与固定面2a之间存在间隔的方式固定于固定面2a，从而即使在金属板6振动时金属板6的振动的振幅过大也能通过固定面2a抑制金属板6的振动，因而能防止对金属板6施加超出所需的应力。
在本实施方式中，金属板6以被下夹具2以及上夹具3包夹的方式固定，但并不局限于该方式。也可以没有上夹具3，在下夹具2的固定面2a上将金属板6以单臂的状态固定。此外，在没有上夹具3的情况下，并不局限于以固定面2a朝向铅直方向上方的方式配置下夹具2，也可以以固定面2a朝向铅直方向下方、水平方向等方式配置下夹具2。
在本实施方式中，固定面2a、3a各自具有距离金属板6被固定的部分越远，与金属板6的间隔就越大的曲面形状，但并不局限于该方式。只要是在金属板6被固定的部分之外的部分形成有能使金属板6在固定面2a、3a之间振动的间隔，则固定面2a、3a的形状无论是什么形状都可以。
在本实施方式中，试件为铝、不锈钢等金属板6，但并不局限于金属制的试件。只要是板状的试件，也可以是由玻璃、陶瓷等任意材料构成的试件。

Claims (7)

1.一种疲劳试验装置，通过使试件振动来试验该试件的疲劳寿命，其特征在于，
具备：
第一固定夹具，具有使所述试件以单臂状态固定的第一固定面；
励振器，使压缩气体脉冲状地吹向所述试件并使所述试件振动；以及
位移检测器，检测所述试件的振动位移，
所述试件以至少在所述试件被固定的部分之外的部分与所述第一固定面之间存在间隔的方式，被固定于所述第一固定面。
2.根据权利要求1所述的疲劳试验装置，其特征在于，
所述第一固定面具有距离所述试件被固定的部分越远，所述第一固定面与所述试件之间的间隔就越大的曲面形状。
3.根据权利要求1或2所述的疲劳试验装置，其特征在于，
在所述第一固定夹具中设置有在所述第一固定面开口的第一贯通孔，
所述位移检测器通过所述第一贯通孔检测所述试件的振动位移。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的疲劳试验装置，其特征在于，
还具有：以与所述第一固定夹具一起夹持的方式固定所述试件的第二固定夹具，
该第二固定夹具具有在与所述第一固定面之间使所述试件以单臂状态固定的第二固定面，
所述试件以至少在所述试件被固定的部分之外的部分与所述第二固定面之间也存在间隔的方式，被固定于所述第一固定面和所述第二固定面之间。
5.根据权利要求4所述的疲劳试验装置，其特征在于，
所述第二固定面具有距离所述试件被固定的部分越远，所述第二固定面和所述试件之间的间隔就越大的曲面形状。
6.根据权利要求4或5所述的疲劳试验装置，其特征在于，
在所述第二固定夹具中设置有在所述第二固定面开口的第二贯通孔，
所述励振器通过所述第二贯通孔使压缩气体吹向所述试件。
7.根据权利要求1～6的任意一项所述的疲劳试验装置，其特征在于，
所述试件为板状。
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