JP2002243605A - 回転曲げ摩擦疲労試験装置 - Google Patents
回転曲げ摩擦疲労試験装置Info
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Abstract
時にかつ迅速に試験することができ、欠陥の存在確率が
低い場合でさえも欠陥部位での破損を再現することがで
きる回転曲げ摩擦試験装置を提供する。 【解決手段】 回転曲げ摩擦疲労試験装置において、互
いに異なる周速で回転する複数の回転ローラと、回転ロ
ーラの周速差を制御する手段とを備え、これらの回転ロ
ーラに巻掛けられた環状試験片に張力を与えながら、こ
の環状試験片を回転させて疲労試験を行う。
Description
試験片に対する回転曲げ摩擦疲労試験装置に係り、異な
る周速で回転する複数の回転ローラを用いて曲げ応力と
摩擦による応力とを入力することができる回転曲げ摩擦
疲労試験装置に関するものである。
S Z2275にある平板曲げ疲労試験方法や特開平8
−54331号に開示された方法などが知られている。
これらは、いずれも板状の試験片に繰り返し曲げ変位を
加えることにより疲労試験を行う方法である。この疲労
試験では、曲げモーメントが最大となる部分にノッチや
R形状をつけることにより特定の部位で破損させるよう
になっている。
労試験においては、繰り返し数が109までの試験によ
る評価が重要であることが明らかにされてきた(例え
ば、「材料」 Vol. 49, No. 7, PP. 779-785, July, 20
00)。この文献にも示されるとおり、長寿命な疲労破損
は非金属介在物が原因である場合が多く、そのため、板
材においても長寿命側での疲労試験が必要とされてい
る。
験では以下のような問題があった。1.板状の試験片に
よる繰り返し曲げでは、繰返し速度がせいぜい20Hz
程度であり、繰り返し数が109までの疲労試験には約
580日間を要し、複数の試験を行うとなるとさらに膨
大な日数を要することとなる。2.板状の試験片の一部
に曲げを加えて疲労試験を行うため、例えば介在物など
の欠陥が折り曲げ部分にたまたま存在しない場合には正
当な寿命評価とはならない。
決した試験装置が開発され、実開昭61−161640
号に開示されている。この疲労試験装置は、図2に示す
ように、駆動ローラと従動ローラとの間に巻掛けられた
金属製多層エンドレスベルトに引張力を付与しながら、
駆動ローラの回転によってエンドレスベルトを回走させ
ることにより、エンドレスベルトに繰り返し曲げ応力を
加える装置である。この疲労試験装置によれば、環状試
験片の全周にわたって曲げを加えながら疲労試験を行う
ことができるため、欠陥の存在確率が小さい材料でもそ
れを顕在化することができ、短時間に試験を完了するこ
とができる。
疲労試験装置は、従来の板材の疲労試験と同様の曲げに
よる疲労に対しては迅速に試験することができるもの
の、摩擦による疲労を同時に試験することはできない。
摩擦による疲労は、近年、開発が進められている無段階
変速機等に環状部材を用いる際に、回転曲げ疲労ととも
に生じるものである。そのため、今日の疲労試験では、
この回転曲げ疲労と摩擦疲労とを同時に付与し、より実
際の使用環境に近い条件で試験を行うことが強く求めら
れている。
決を図り、回転曲げによる疲労と摩擦による疲労とを同
時にかつ迅速に試験することができ、欠陥の存在確率が
低い場合でさえも欠陥部位での破損を再現することがで
きる回転曲げ摩擦試験装置を提供することを目的とす
る。
労試験装置は、互いに異なる周速で回転する複数の回転
ローラを備え、これらの回転ローラに巻掛けられた環状
試験片に張力を与えながら、この環状試験片を回転させ
ることを特徴としている。
ば、異なる周速で回転する複数の回転ローラを用いるこ
とにより、回転ローラと環状試験片との間に滑りを生じ
させ、環状試験片の内側に摩擦による応力を作用させる
ことができるため、回転曲げ疲労と摩擦疲労とを同時に
付与することができ、より実際の使用環境に近い条件で
の環状試験片の疲労試験を行うことができる。
労試験装置の概略図である。本発明の回転曲げ摩擦疲労
試験装置には2個の回転ローラ1が備えられ、これらの
回転ローラ1のそれぞれには異なる歯数のスプロケット
3,3’が設けられており、これらスプロケット3,
3’と駆動チェーン4とによって、一方のローラが駆動
されると他方のローラは異なる周速で従動させられる。
この周速差は、スプロケット3,3’の歯数によって任
意に設定することができる。また、回転ローラの周速差
を制御する手段しては、上記の他に、一方のローラにブ
レーキをかける方法や、各ローラを駆動ローラとしてそ
れぞれ互いに異なる周速に設定する方法等が挙げられ
る。
転ローラ1に環状試験片2を巻掛けた場合、環状試験片
2に対する応力は各ローラ1間の直線部では張力のみで
あるが、ローラ巻きつき部ではさらに試験片2の外側に
曲げ応力が作用する。この状態で環状試験片2および回
転ローラ1を回転させると、図3のような繰り返し曲げ
応力が試験片2に加わえられて試験片2が疲労する。さ
らに、本発明の疲労試験装置の構成においては、複数の
回転ローラ1を異なる周速で回転させるため、回転ロー
ラ1と環状試験片2との間に滑りが生じ、試験片2の内
側にさらに摩擦による応力が付与される。
状試験片に加わる応力は以下のようにして求めることが
できる。環状試験片の曲げ部における曲げ応力は、回転
ローラに巻きついたときの外側が引張応力であり、内側
が圧縮応力である。この曲げ応力は、板厚方向の中央を
中立点とすると以下のようになる。 σb=E・t/(d+t) σb=曲げ応力 t=試験片の板厚 d=ローラ径 E=縦弾性係数
は、回転ローラによって環状試験片に張力が与えられる
ため、平均引張力として以下の応力が作用する。 σm=T/S σm=平均引張力 T=張力 S=試験片の断面積
の回転ローラの周速を異ならせることにより、回転ロー
ラと環状試験片との間に滑りを生じさせて擦過条件を付
与しているので、これらの接触面にはさらに摩擦による
応力が付加される。
おいて、付与される上記応力の経時変化を表したもので
ある。本発明の疲労試験装置の環状試験片に対するこれ
らの応力は、ローラ径、張力等の各条件を任意に設定す
ることにより容易にコントロールすることができる。
あることから、上記のような繰返し応力が環状試験片の
すべての部分に加わるため、試験片のすべての部分が試
験対象となり、存在確率が小さい介在物のような微小欠
陥でさえも試験片のどこかに存在すれば、それが顕在化
して微小欠陥を原因とする疲労を再現することができ
る。さらに、本発明の回転構造は、容易に繰返し速度を
高くすることが可能である。例えば、本発明の疲労試験
装置を用いて環状試験片を7000rpm(rpmは1
分あたりの回転数を示す)で回転させる場合、1回転で
の曲げの繰り返しは2回であるため、繰返し速度は14
000cpm(cpmは1分あたりの繰り返し数を示
す)、109までの試験時間は約50日間であり、十分
に実用的な試験時間である。これに対し、JIS Z2
275に示すような平面曲げ試験では、繰返し速度はせ
いぜい20Hzくらいであるため、109までの試験時
間は約580日間であり、複数の試験を行うにはさらに
膨大な時間を要し、実用的な試験とはいえない。
構成にさらにローラを追加することで1回転あたりの曲
げ繰り返し数を増やすことができ、試験時間を短縮する
ことができる。例えば、図4に示すような6個の回転ロ
ーラ1を備えた試験装置の場合は、回転ローラが2個の
場合に対して3倍の試験スピードとなる。前述の700
0rpmでの試験においては、6個のローラを備えた試
験装置では109までの試験時間が約17日間となるた
め、さらに短時間での試験が可能となる。
間は短くなるが、あまり増やしすぎると以下のような問
題が生じる。ローラ数を増やすためにはローラ径を小さ
くしなければならず、曲げ応力が過大となり目的とする
長寿命での疲労試験ができなくなってしまう。また、ロ
ーラ径が大きいままでローラの数を増やすには環状試験
片の周長を長くしなければならず、回転数を高くするの
が困難になる。その結果、試験時間をそれほど短縮する
ことはできない。これらの理由から試験時間短縮の目的
ではローラ数が6個の場合が最適である。
回転ローラを3個以上にして環状試験片を挟むように設
けることにより、環状試験片の外側と内側の両方向から
曲げ疲労試験を行うことが可能となる。この際のローラ
と環状試験片との配置としては、図5に示すような配置
が挙げられる。このように、いずれかのローラが逆回転
するように配置することにより両曲げ疲労試験が可能と
なる。このときの環状試験片のある特定部位表面に加わ
る応力の経時変化を表したのが図6である。
試験片であり、試験片の寸法や材質によって異なるが、
疲労試験に影響を与えない程度の板幅公差と板厚公差で
あればよい。また、評価目的によっては試験片にノッチ
形状を設けてもよい。さらに、本発明に用いる環状試験
片には、断面中央部が外側に膨らむクラウン形状をつけ
てもよく、これにより、環状試験片がずれることなく安
定した軌道で回転することができ、試験片のローラから
の脱落を未然に防ぐことができる。また、高強度な材料
からなる環状試験片を用いる場合には、端面の切り欠き
効果によって試験片が破損してしまい、材料の正当な評
価ができない恐れがあるので、このような場合には、試
験片の断面形状の端部を適度に面取りすることで安定し
た試験を行うことができる。
試験片のずれ防止のためにローラの両端面にフランジを
設けることが考えられるが、この構成ではフランジと試
験片の接触により思わぬ破損を生じることがあるため、
回転ローラにクラウン形状をつけることが好ましく、こ
れにより、回転に伴いローラの軸方向に環状試験片が外
れてしまうことを防止することができる。
説明する。図1に示すような2個のローラを備えた本発
明の回転曲げ摩擦疲労試験装置を用いて環状試験片に対
する疲労試験を行った。その結果、試験片の破損の起点
はすべて曲げの内側、つまりローラとの接触側で観測さ
れ、さらに、図7に示すような環状試験片に対する応力
と繰り返し数のS−N線図が得られた。これに対し、図
2に示すような従来の回転曲げ疲労試験装置を用いた疲
労試験では、試験片の破損の起点はすべて曲げの外側で
観測され、図8に示す環状試験片に対するS−N線図が
得られた。
装置では、曲げ部において回転ローラによる引張力と繰
り返し曲げ応力が作用するために試験片の曲げの外側に
疲労破損が生じるが、本発明の回転曲げ摩擦疲労試験装
置では、さらに曲げの内側から摩擦による応力が付与さ
れるために疲労が促進され、同じ曲げ応力が付与されて
も従来の疲労試験装置の場合よりも少ない繰り返し数で
試験片の曲げの内側に疲労破損が生じることが確認され
た。
験装置によれば、環状試験片に対して曲げ応力を付与す
るとともに、従来の回転曲げ疲労試験装置ではできなか
った試験片表面への摩擦による応力の付与を可能として
いるので、試験片表面の摩擦特性を含めた疲労特性を評
価することができる。
試験装置によれば、回転曲げによる疲労と摩擦による疲
労とを同時にかつ迅速に試験することができ、欠陥の存
在確率が低い場合でさえも欠陥部位での破損を再現する
ことができる。
である。
る。
疲労試験装置を用いた環状試験片の疲労試験における応
力と時間の相関図である。
疲労試験装置の概略図である。
曲げ疲労試験を行える本発明の回転曲げ摩擦疲労試験装
置である。
曲げ疲労試験を行える本発明の回転曲げ摩擦疲労試験装
置を用いた環状試験片の疲労試験における応力と時間の
相関図である。
環状試験片の疲労試験における応力と繰り返し数の相関
図である。
験片の疲労試験における応力と繰り返し数の相関図であ
る。
ット、4…駆動チェーン。
Claims (2)
- 【請求項1】 互いに異なる周速で回転する複数の回転
ローラを備え、上記回転ローラに巻掛けられた環状試験
片に張力を与えながら、上記環状試験片を回転させるこ
とを特徴とする回転曲げ摩擦疲労試験装置。 - 【請求項2】 回転ローラの周速差を制御する手段を備
えたことを特徴とする請求項1に記載の回転曲げ摩擦疲
労試験装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001038010A JP2002243605A (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 回転曲げ摩擦疲労試験装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001038010A JP2002243605A (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 回転曲げ摩擦疲労試験装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002243605A true JP2002243605A (ja) | 2002-08-28 |
Family
ID=18901064
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001038010A Pending JP2002243605A (ja) | 2001-02-15 | 2001-02-15 | 回転曲げ摩擦疲労試験装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002243605A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102788730A (zh) * | 2012-07-23 | 2012-11-21 | 蒂森克虏伯电梯(上海)有限公司 | 电梯钢丝绳弯曲疲劳测试装置及其测试方法 |
CN106053227A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-10-26 | 中煤科工集团上海有限公司 | 一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机及试验方法 |
-
2001
- 2001-02-15 JP JP2001038010A patent/JP2002243605A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102788730A (zh) * | 2012-07-23 | 2012-11-21 | 蒂森克虏伯电梯(上海)有限公司 | 电梯钢丝绳弯曲疲劳测试装置及其测试方法 |
CN106053227A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-10-26 | 中煤科工集团上海有限公司 | 一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机及试验方法 |
CN106053227B (zh) * | 2016-07-08 | 2019-03-12 | 上海煤科检测技术有限公司 | 一种矿用装备电缆拖曳曲绕试验机及试验方法 |
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