JP2014115162A - Fretting fatigue testing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はフレッティング疲労試験装置に関し、特には、接触端部が存在しない試験片においても、試験片に生じるフレッティング疲労を精度よく評価できるフレッティング疲労試験装置に関するものである。 The present invention relates to a fretting fatigue test apparatus, and more particularly to a fretting fatigue test apparatus that can accurately evaluate fretting fatigue generated on a test piece even on a test piece having no contact end.
近年、疲労と摩耗、腐食が関係する破壊として、フレッティング疲労が注目されている。
機械の多くは、回転運動や往復運動をしており、直接大きな外力が作用する部分でなくても、部品同士の接触による擦れ合いに起因する摩耗が生じている。
フレッティング疲労試験を行うには、例えば図4に示すような疲労試験装置1が用いられる。この疲労試験装置1は、加振装置2のホルダー3に試験片4をクランプ手段5で固定し、その試験片4に対して接触片6を介して図示しない加圧装置により押圧する構成である。
かかる疲労試験装置1により、疲労試験片4に対し、その平行部でコの字型をした接触片、すなわちブリッジ型接触片7を所定の面圧で接触させ、繰り返し負荷を掛けて摩耗させることが必要である(図5参照)。
また、ブリッジ型接触片7の他に、単一型接触片8を試験片4に所定の面圧で接触させた状態で試験片4に繰り返し負荷を掛けて疲労試験を行っている(図6参照)。
In recent years, fretting fatigue has attracted attention as a failure involving fatigue, wear, and corrosion.
Many of the machines are rotating and reciprocating, and wear due to friction caused by contact between parts occurs even if the part is not directly subjected to a large external force.
In order to perform the fretting fatigue test, for example, a
With such a
In addition to the bridge-
前者のブリッジ型接触片7を用いた疲労試験では、接触片7の端部と疲労試験片4との接触端部において、高い接触面圧が生じ、これにより、試験片4に亀裂が生じることがある。このブリッジ型接触片7を用いた疲労試験は、エッジ型接触という。
一方、後者の単一型接触片3にあっては、平面型接触といわれるもので、高い接触面圧、応力が発生しないにもかかわらず、試験片4表面に同様に亀裂が生じる(図7参照)。
In the fatigue test using the former bridge-
On the other hand, the latter single-
ところで、本出願人は、試験片に対して所定の面圧をもって接触させるパッドと、このパッドおよび試験片を相対移動させる加振手段と、試験片と、試験片に面圧を供するパッドとの接触端部の両側に亘って、かつ、試験片のフレッティング疲労が発生する部分であってパッドとの接触部分以外に張着した複数の歪ゲージと、を備え、各歪ゲージの出力信号から試験片に作用する応力の傾向に基づいて、パッドと試験片との接触端部におけるピーク応力を外挿取得するピーク応力取得手段を設けた試験装置を提案している(特許文献1)。 By the way, the applicant of the present invention includes a pad that is brought into contact with the test piece with a predetermined surface pressure, a vibration means that relatively moves the pad and the test piece, a test piece, and a pad that provides the test piece with a surface pressure. A plurality of strain gauges stretched on both sides of the contact end and where the fretting fatigue of the test piece occurs and is attached to other than the contact area with the pad, from the output signal of each strain gauge A test apparatus provided with a peak stress acquisition means for extrapolating and acquiring a peak stress at a contact end portion between a pad and a test piece based on a tendency of stress acting on the test piece is proposed (Patent Document 1).
これにより、接触端部に発生するピーク応力による評価を行うことで、接触端を有するフレッティング疲労を面圧等の条件に関わらず、評価できるようになり、フレッティング疲労強度を精度よく推定できるようになった。 As a result, it is possible to evaluate the fretting fatigue having the contact end regardless of the condition such as the surface pressure by performing the evaluation based on the peak stress generated at the contact end, and the fretting fatigue strength can be accurately estimated. It became so.
しかしながら、上述の疲労試験装置は、例えばエンジン連接棒/上部冠合わせ面のように接触端部のない試験片に対しては、フレッティング疲労試験評価の対象外である。
すなわち、上述の疲労試験装置は、接触の形態、面圧、すべり量、材質等、条件が限定されており、したがって、このような限定された条件外である、接触端部のない試験片に対する試験装置および試験方法が求められている。
本発明は、以上のような背景に鑑みて提案されたものであって、接触端部のない試験片に対しても、フレッティング疲労限度を評価できるようにした、フレッティング疲労試験装置を提供することを目的とする。
However, the above-described fatigue test apparatus is not subject to the fretting fatigue test evaluation for a test piece having no contact end, such as an engine connecting rod / upper crown mating surface.
That is, the above-described fatigue test apparatus is limited in conditions such as contact form, surface pressure, slip amount, material, and the like. Therefore, for a test piece having no contact end, which is outside such limited conditions. There is a need for test equipment and test methods.
The present invention has been proposed in view of the background as described above, and provides a fretting fatigue test apparatus capable of evaluating the fretting fatigue limit even for a test piece having no contact end. The purpose is to do.
上述の目的を達成するために、請求項1記載の本発明では、試験片を軸方向に直交する方向から加圧接触部を介して押圧した状態で、試験片に対し軸方向に外力を加えて、試験片のフレッティング疲労を評価するようにしたフレッティング疲労試験装置において、試験片と加圧接触部間に介在されたパッドと、試験片とパッドとの相対すべり量を監視するすべり量検出手段と、を備え、パッドは、試験片に接触する底面を、加圧接触部に比較して軸方向に大とし、すべり量検出手段による相対すべり量に基づいて、パッドの端面より内側のパッドの底面に接触する試験片のフレッティング疲労を評価可能とした、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, an external force is applied to the test piece in the axial direction while the test piece is pressed through the pressure contact portion from the direction orthogonal to the axial direction. In the fretting fatigue testing device designed to evaluate the fretting fatigue of the test piece, the slip amount for monitoring the relative slip amount between the test piece and the pad interposed between the test piece and the pressure contact portion. Detecting means, and the pad has a bottom surface in contact with the test piece that is larger in the axial direction than the pressure contact portion, and on the inner side of the end face of the pad on the basis of the relative slip amount by the slip amount detecting means. It is characterized in that it is possible to evaluate the fretting fatigue of the test piece that contacts the bottom surface of the pad.
これにより、試験片を軸方向に直交する方向から加圧接触部を介して押圧した状態で、試験片に対し軸方向に外力を加えると、パッドおよび試験片が繰り返し相対的に移動せしめられる。
しかしながら、パッドの底面を加圧接触部に比較して試験片軸方向に大としたことにより、加圧接触部が試験片に直接当たることはなく、また、高い押圧力がかかる位置から、パッドの端面が離れることにより、端面に過大な押圧力がかかることは避けられる。
相対すべり量が所定の値を超えると、パッドの端面より、パッドの端面から離れた位置の接触部位で試験片にフレッティング疲労が発生し、亀裂が生じる。
したがって、接触端部のない試験片に対するフレッティング疲労限度を評価できるようになる。
Thereby, when an external force is applied to the test piece in the axial direction in a state where the test piece is pressed from the direction orthogonal to the axial direction via the pressure contact portion, the pad and the test piece are repeatedly moved relatively.
However, since the bottom surface of the pad is made larger in the axial direction of the test piece compared to the pressure contact portion, the pressure contact portion does not directly contact the test piece, and the pad is exposed from a position where a high pressing force is applied. It is avoided that an excessive pressing force is applied to the end face due to the separation of the end face.
When the relative slip amount exceeds a predetermined value, fretting fatigue occurs in the test piece at a contact site at a position farther from the end face of the pad than the end face of the pad, and a crack occurs.
Therefore, it becomes possible to evaluate the fretting fatigue limit for a test piece having no contact end.
また、請求項2記載の本発明では、パッドは、加圧接触部と係合可能に段差形成された加圧接触部係合段差部を備えた、ことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, the pad includes a pressurizing contact portion engaging stepped portion formed so as to be able to engage with the pressurizing contact portion.
これにより、パッドは、加圧接触部の押圧両端部を加圧接触部係合段差部で係合した状態で、受け止めることができ、加圧接触部が直接、試験片にあたることはない。
その場合、加圧接触部係合段差部の端部には、加圧接触部にかかる押圧力が軽減されるため、加圧接触部係合段差部の端部において、フレッティング疲労による亀裂が生じることはない。
As a result, the pad can be received in a state where both pressing end portions of the pressure contact portion are engaged by the pressure contact portion engaging stepped portion, and the pressure contact portion does not directly hit the test piece.
In this case, since the pressing force applied to the pressure contact portion is reduced at the end of the pressure contact portion engaging stepped portion, cracks due to fretting fatigue occur at the end of the pressure contact portion engaging stepped portion. It does not occur.
また、請求項3記載の本発明では、すべり量検出手段は、非接触式変位計である、ことを特徴とする。
Further, in the present invention described in
これにより非接触ですべり量が検出され、すべり量の大きさから、亀裂が発生するフレッティング疲労評価が可能となる。 As a result, the slip amount is detected in a non-contact manner, and it is possible to evaluate the fretting fatigue in which a crack occurs from the size of the slip amount.
さらに、請求項4記載の本発明では、すべり量検出手段は、接触式変位計である、ことを特徴とする。
Further, in the present invention described in
これにより、パッドの端部に、接触式変位計を接触状態で配置することで、すべり量が検出される。かかるすべり量の大きさから、亀裂が発生するフレッティング疲労評価が可能となる。 Thereby, the amount of slip is detected by arranging a contact-type displacement meter in contact with the end of the pad. From the size of the slip amount, it is possible to evaluate fretting fatigue in which a crack occurs.
本発明によれば、パッドの加圧接触部係合段差部の端部には、加圧接触部にかかる面圧が軽減され、試験片の加振によって生ずる、フレッティング疲労の発生を抑制することができる。
したがって、試験片の加振によってパッド中央側、すなわち接触端部のない平坦部側でのフレッティング疲労の発生を検出することができ、接触端部のない試験片に対しても、フレッティング疲労限度の評価が可能となる。
According to the present invention, the surface pressure applied to the press contact portion is reduced at the end of the press contact portion engaging step portion of the pad, and the occurrence of fretting fatigue caused by the vibration of the test piece is suppressed. be able to.
Therefore, it is possible to detect the occurrence of fretting fatigue on the pad center side, that is, on the flat part side without the contact end by the vibration of the test piece, and even for the test piece without the contact end. Limit evaluation is possible.
以下、本発明に係るフレッティング疲労試験装置について実施形態を挙げ、添付された図面に基づいて説明する。
なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
Hereinafter, embodiments of the fretting fatigue test apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Note that the present invention is not limited to the embodiments.
図1に、フレッティング疲労試験装置10を示す。
このフレッティング疲労試験装置10は、加振装置11のホルダー12に試験片13をクランプ手段14で固定し、その試験片13に対してパッド15を介して押圧する構成である。
すなわちフレッティング疲労試験装置10は、試験片13を軸方向に直交する方向から加圧接触部(後述)を介して押圧した状態で、試験片13に対し軸方向に外力を加えて、試験片13のフレッティング疲労を評価するようにしたものである。
パッド15は、治具16に固定されており、双方の治具16には、両外側からパッド15を介して試験片13を、加圧接触部である加圧接触部16bを介して、所定の面圧で加圧するための加圧装置(例えば油圧装置、図示省略)が配設されている。
FIG. 1 shows a fretting
This fretting
That is, the fretting
The
また、治具16自体は支持部材17に取り付けられている。そして治具16の図中下端部には、後述するパッド15と係合して試験片13を押圧するための加圧接触部16bが設けられている。
加圧接触部16bは、パッド15と隙間なく係合する係合凹部18を有する。
The
The
一方、パッド15は、上述の加圧接触部16bと一体的に係合する係合凸部15aと、加圧接触部係合段差部15bとを有している。係合凸部15aには、加圧装置からの押圧力が、図中、X軸に沿ってかかるように加圧装置が加圧接触部16bに接続されている。
パッド15は、試験片13に接触する底面を、加圧接触部16bに比較して軸方向に大としている。すなわちパッド15は、試験片13と接触する底面の長さ寸法が、ここでは例えば90mmであり、係合凸部15aは30mmとしている。また、加圧接触部係合段差部15bの厚さ寸法は略10mmとしている(図2参照)。
パッド15の底面の寸法は、一体的に係合する加圧接触部16bの係合凹部18の外側の部位全体がパッド15上に乗る状態となっている。
ここで、加圧装置からの押圧力による応力分布は、図3のように示すことができる。すなわち、加圧装置からの押圧力がかかる係合凸部15aに対し、加圧接触部係合段差部15b側には、せいぜい60度の範囲に及ぼされる状態となっている。
On the other hand, the
The
The dimensions of the bottom surface of the
Here, the stress distribution due to the pressing force from the pressurizing apparatus can be shown as shown in FIG. That is, with respect to the engaging
そして、パッド15と試験片13との加圧接触面に対して、両者の相対すべり量を監視するすべり量検出手段である非接触式変位計20が設けられている。
非接触式変位計20には、例えばレーザー式変位計20が適用可能である。
レーザー式変位計20は変位計本体内に設けられたレーザー送光部(図示省略)から、パッド15と試験片13とに設けられたターゲット21a、21bに対し、レーザー光を発してターゲット21a、21bからの反射光を変位計本体内のレーザー受光部(図示省略)で受光して、相対すべり量を把握することができる。この相対すべり量を把握するのは、試験片13の面圧がかかる部位において、その面圧とフレッティング疲労により亀裂が発生する際の限界の相対すべり量のデータがあった場合、それらを使用してピーク応力が推定できることとなるからである。
A
For example, a
The
次に、以上のようなフレッティング疲労試験装置10において、実際のフレッティング疲労試験を、一例を挙げて説明する。
このフレッティング疲労試験装置10では、加圧装置によりパッド15を介して所定の面圧で試験片13を押圧し、加振装置11により試験片13を振動させることでフレッティング疲労試験を行う。
加振装置11により試験片13を振動させると、その両端が固定されていることから試験片13に圧縮または伸び応力が加わる。これにより、パッド15と試験片13との間で相対すべりが発生し、フレッティング疲労が進行する。所定のフレッティング強度において試験片13に亀裂が発生する。このときのピーク応力を用いてフレッティング疲労限度を推定する。
Next, in the fretting
In this fretting
When the
加振装置11により試験片13を振動させると、その両端が固定されていることから試験片13に圧縮または伸び応力が加わるが、パッド15は、試験片13と接触する底面(長さ寸法が略90mm)に対し、加圧装置により主に荷重がかかるのは、加圧装置が接続される加圧接触部16bのX軸に沿う、係合凸部15aの部位であり、試験片13と接触するパッド15の加圧接触部係合段差部15bの端面は、係合凸部15aに対応する底面(パッド15の中心)から離隔しているため、加圧接触部係合段差部15bの端面には、係合凸部15aの部位と同等な応力はかかることはない。
このため、加圧接触部係合段差部15bの端面は、これまでのようなパッドのようにピーク応力が発生する接触端面とはならず、試験片13との間で相対すべりが発生しても、加圧接触部係合段差部15bの端面の位置における試験片13から、フレッティング疲労による亀裂が発生することはない。
When the
For this reason, the end surface of the press contact portion engaging stepped
そして、試験片13の加振を続けていくと、係合凸部15aに対応する底面(パッド15の中心)から、フレッティング疲労が進行する。所定のフレッティング強度において試験片13に亀裂が発生する。このときのピーク応力を用いてフレッティング疲労限度を推定することができる。
As the
以上のように、本発明によれば、パッドの加圧接触部係合段差部の端部には、加圧接触部にかかる面圧が軽減され、試験片の加振によって生ずる、フレッティング疲労の発生を抑制することができる。
したがって、試験片の加振によってパッド中央側、すなわち接触端部のない平坦部側でのフレッティング疲労の発生を検出することができ、接触端部のない試験片に対しても、フレッティング疲労限度の評価が可能となる。
このように、すべり量検出手段により、試験片と加圧接触部との相対すべり量を監視することで、パッドと試験片間にかかる応力を検出して、フレッティング疲労の発生を検出することができ、接触端部のない試験片に対しても、フレッティング疲労限度を精度よく推定することが可能になる。
As described above, according to the present invention, the surface pressure applied to the pressurizing contact portion is reduced at the end of the pressurizing contact portion engaging step portion of the pad, and fretting fatigue caused by the vibration of the test piece is generated. Can be suppressed.
Therefore, it is possible to detect the occurrence of fretting fatigue on the pad center side, that is, on the flat part side without the contact end by the vibration of the test piece. Limit evaluation is possible.
In this way, by detecting the relative slip amount between the test piece and the pressure contact part by the slip amount detecting means, the stress applied between the pad and the test piece is detected and the occurrence of fretting fatigue is detected. Therefore, it is possible to accurately estimate the fretting fatigue limit even for a test piece having no contact end.
以上、フレッティング疲労試験装置10の一実施形態を挙げ、説明したが、すべり量検出手段は、レーザー式変位計20に限られない。他の非接触式変位計も可能である。
すべり量検出手段としては、接触式の変位計も適用可能であることは勿論である。
Although one embodiment of the fretting
Of course, a contact-type displacement meter can also be applied as the slip amount detecting means.
本発明は様々な仕様のエンジンの連接棒(コネクティングロッド)の試験に用いることができる。 The present invention can be used for testing connecting rods of engines of various specifications.
10 フレッティング疲労試験装置
11 加振装置
12 ホルダー
13 試験片
14 クランプ手段
15 パッド
15a 係合凸部
15b 加圧接触部係合段差部
16 治具
16b加圧接触部
17 支持部材
18 係合凹部
20 非接触式変位計
21a、21b ターゲット
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記試験片と前記加圧接触部間に介在されたパッドと、
前記試験片と前記パッドとの相対すべり量を監視するすべり量検出手段と、を備え、
前記パッドは、前記試験片に接触する底面を、前記加圧接触部に比較して軸方向に大とし、
前記すべり量検出手段による相対すべり量に基づいて、前記パッドの端面より内側の前記パッドの底面に接触する前記試験片のフレッティング疲労を評価可能とした、ことを特徴とするフレッティング疲労試験装置。 In the state where the test piece is pressed from the direction orthogonal to the axial direction through the pressure contact portion, an external force is applied to the test piece in the axial direction to evaluate the fretting fatigue of the test piece. In fatigue testing equipment,
A pad interposed between the test piece and the pressure contact portion;
A slip amount detecting means for monitoring a relative slip amount between the test piece and the pad, and
The pad has a larger bottom surface in contact with the test piece in the axial direction than the pressure contact portion,
The fretting fatigue test apparatus characterized in that the fretting fatigue of the test piece contacting the bottom surface of the pad inside the end surface of the pad can be evaluated based on the relative slip amount by the slip amount detecting means. .
ことを特徴とする請求項1に記載のフレッティング疲労試験装置。 The pad includes a pressing contact portion engaging stepped portion formed so as to be engageable with the pressing contact portion.
The fretting fatigue testing apparatus according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104181031A (en) * | 2014-09-09 | 2014-12-03 | 西南交通大学 | Point contact type fretting fatigue test device and point contact type fretting fatigue test method |
CN104297058A (en) * | 2014-10-29 | 2015-01-21 | 中北大学 | Test piece clamping and loading device for fretting fatigue test |
CN106680068A (en) * | 2016-11-30 | 2017-05-17 | 岭东核电有限公司 | Constant normal force loading device and constant normal force loading method in fretting fatigue test |
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2012
- 2012-12-07 JP JP2012268671A patent/JP2014115162A/en active Pending
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CN106680068A (en) * | 2016-11-30 | 2017-05-17 | 岭东核电有限公司 | Constant normal force loading device and constant normal force loading method in fretting fatigue test |
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