JP2015081790A - フレッティング疲労試験装置及びフレッティング疲労試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フレッティング疲労の正確な評価を可能にするフレッティング疲労試験装置を提供する。【解決手段】第１の機械要素をモデルとし、所定の間隔を開けて固定された一対の支持片３１，３２と、第２の機械要素に支持された第２の機械要素をモデルとし、一対の支持片３１，３２に一端が挿入された試験片２と、試験片２の他端に繰り返し荷重を加える加振手段４と、試験片２に生じる応力を測定する測定手段５と、を備えたので、第２の機械要素に生じるフレッティング疲労の正確な評価が可能となる。【選択図】 図１

Description

本発明は、第１の機械要素に支持された第２の機械要素に生じるフレッティング疲労を試験するフレッティング疲労試験装置及びフレッティング疲労試験方法に関する。

第１の機械要素に支持された第２の機械要素に生じるフレッティング疲労を試験するフレッティング疲労試験装置及びフレッティング疲労試験方法が知られている。
例えば、特許文献１には、試験片に対して所定の面圧をもって接触させる指示片と、この支持片及び試験片を相対的に移動させる加振手段と、試験片のフレッティング疲労が発生する部分であって、支持片との接触部分以外に設けた歪みゲージと、を備えたフレッティング疲労試験装置が記載されている。このフレッティング疲労試験装置によれば、試験片の支持片が接触する部分に生じるフレッティング疲労を評価できる。
また、特許文献１には、試験片に面圧をもって支持片を接触させ、この試験片に発生するフレッティング疲労を評価するにあたり、試験片と支持片との接触強度を推定するフレッティング疲労試験方法が記載されている。このフレッティング疲労試験方法によれば、試験片の支持片が接触する部分に生じるフレッティング疲労を評価できる。

特開２００１−２８１１２１号公報

しかしながら、上述したフレッティング疲労試験装置やフレッティング疲労試験方法では、試験片のフレッティング疲労が生じる部分であって、支持片が接触する部分以外に歪みゲージを貼着する必要があり、フレッティング疲労の正確な評価が困難なものとなっていた。
上記実情に鑑みて、フレッティング疲労の正確な評価を可能にするフレッティング疲労試験装置及びフレッティング疲労試験方法を提供することを目的とする。

本発明は、第１の機械要素をモデルとし、所定の間隔を開けて固定された一対の支持片と、前記第１の機械要素に支持された第２の機械要素をモデルとし、前記一対の支持片の間に一端が圧入された試験片と、前記試験片の開放端に繰り返し荷重を加える加振手段と、前記試験片に生じる最大応力を測定する測定手段と、を備え、前記測定手段は、前記試験片の開放された側面に貼着された歪みゲージを含むことを特徴とする。
本発明によれば、試験片の支持片が接触する部分の歪みに基づいて試験片に生じる最大応力を求めることができ、フレッティング疲労の正確な評価が可能となる。

本発明の一態様では、前記支持片は、均一な厚みを有する平板で構成され、前記試験片は、均一な厚みを有する平板で構成されることが好ましい。
このようにすれば、支持片と試験片とがエッジ型の接触となり、エッジ型の接触により第２の機械要素に生じるフレッティング疲労の正確な評価が可能となる。

本発明の一態様では、前記支持片は、均一な厚みを有する平板で構成され、前記試験片は、前記支持片の開放側となる先端に接するテーパ部を介して均一な厚みを有する先端部が設けられることが好ましい。
このようにすれば、支持片と試験片とが平面型の接触となり、平面型の接触により第２の機械要素に生じるフレッティング疲労の正確な評価が可能となる。

本発明の一態様では、前記支持片は、固定側となる基部と開放側となる先端部との間に段部を有することが好ましい。
このようにすれば、支持片と試験片とが平面型の接触となり、平面型の接触により第２の機械要素に生じるフレッティング疲労の正確な評価が可能となる。

本発明は、第１の機械要素をモデルとし、所定の間隔を開けて固定された一対の支持片に、前記第１の機械要素モデルに支持された第２の機械要素をモデルとする試験片の一端を圧入する圧入工程と、前記圧入工程で圧入された試験片の他端に繰り返し荷重を加えるとともに、前記試験片の開放された側面に貼着された歪みゲージにより、前記試験片に生じる応力を測定する測定工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、試験片の支持片が接触する部分の歪みに基づいて試験片に生じる応力を求めることができるので、第２の機械要素に生じるフレッティング疲労の正確な評価が可能となる。

本発明の一態様では、前記測定工程で測定した最大応力をフレッティング疲労の指標とすることが好ましい。
このようにすれば、第２の機械要素に生じるフレッティング疲労の正確な評価が可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、試験片の支持片が接触する部分の歪みに基づいて試験片に生じる最大応力を求めることができ、フレッティング疲労の正確な評価が可能となる。

本発明の実施の形態であるフレッティング疲労試験装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態であるフレッティング疲労試験方法の概要を示す図である。 フレッティング疲労試験により得られた試験結果の評価方法を示す概略図である。 エッジ型のフレッティング疲労を再現する図である。 平面型の接触による生じるフレッティング疲労を再現した図である。 フレッティング疲労試験方法を示す概念図である。

以下に添付図面を参照して本発明に係るフレッティング疲労試験装置及びフレッティング疲労試験方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。尚、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。

図１は、本発明の実施の形態であるフレッティング疲労試験装置の構成を示す模式図であり、図２は、本発明の実施の形態であるフレッティング疲労試験方法の概要を示す図である。また、図３は、フレッティング疲労試験により得られた試験結果の評価方法を示す概略図である。本発明の実施の形態であるフレッティング疲労試験装置１は、試験片２に生じるフレッティング疲労を試験片２に生じる最大応力により評価するもので、第１の機械要素に支持された第２の機械要素をモデルとしたものである。具体的には、第１の機械要素をモデルとするボス３と、第１の機械要素に支持された第２の機械要素をモデルとする試験片２とにより、第１の機械要素に支持された第２の機械要素に生じるフレッティング疲労を評価する。

図１に示すように、本発明の実施の形態であるフレッティング疲労試験装置１は、ボス３と試験片２、加振手段４と測定手段５とを備えている。ボス３は、第１の機械要素をモデル化したもので、所定の間隔を隔てて固定された一対の支持片３１，３２により構成される。一対の支持片３１，３２は、同一形状で形成され、その材質は、第１の機械要素と同一のものが用いられ、その表面には、第１の機械要素と同一の処理が施される。試験片２は、第２の機械要素をモデル化したもので、一対の支持片３１，３２よりも長く、一対の支持片３１，３２と同一の幅を有するとともに、一対の支持片３１，３２に圧入された場合に所定の面圧（第１の機械要素と第２の機械要素との間に生じる面圧）が生じるように、所定のしめ代を有する厚みで形成される。また、その材質は、第２の機械要素と同一のものが用いられ、その表面は、第２の機械要素と同一の処理が施される。

加振手段４は、試験片２の開放端に繰り返し荷重Ｐを加えるためのもので、第２の機械要素に加えられる繰り返し荷重と対応する繰り返し荷重を加えることが可能である。測定手段５は、試験片２に生じる最大応力を測定するためのもので、歪みゲージ５１を含んで構成される。歪みゲージ５１は、試験片２に生じる歪みを測定するためのもので、本発明の実施の形態では、フレッティング疲労が生じると想定される試験片２の開放された側面に貼着される。歪みゲージ５１は、試験片２の厚み方向に複数貼着され、測定手段５は、試験片２の表面からの深さと歪みを関連付けて測定することが可能である。これにより、測定手段５は、試験片２の最大応力を表面からの深さと関連付けて測定できる。

上述した本発明の実施の形態であるフレッティング疲労試験装置１を用いて、フレッティング疲労試験を行う場合には、図２に示すように、まず、ボス３に試験片２を圧入する。圧入に際しては、ボス３を加熱することにより所定の間隔を広げてもよいし、試験片２を冷却して試験片２の厚みを薄くしてもよい。次に、加振手段４から試験片２の開放端に繰り返し荷重Ｐを加えるとともに、試験片２のフレッティングが生じると想定される位置の最大応力を試験片２の表面からの深さと関連付けて測定する。これにより、本発明の実施の形態であるフレッティング疲労試験装置１は、図３（ａ）に示すように、最大応力σと試験片２の表面からの深さｒとの関係を求めることができる。この結果を図３（ｂ）に示すように、両対数で表すと、最大応力σと試験片２の表面からの深さｒは、直線で表される。この結果より、図３（ｃ）に示す特異場パラメータが求められる。これにより、特異場パラメータにしたがってフレッティング疲労が評価される。

尚、接触端近傍の応力は、二つの応力パラメータＨとλを用いて下記の数式１で表される。

［数１］
σ（ｒ）＝Ｈ／ｒ^λ

Ｈ：応力特異場の強さ
λ；特異性の指数

特異性の指数λは、相互に接触する二つの物体の接触角度、ヤング率、ポアソン比、接触面の摩擦係数により、解析的に求めることができる。また、き裂発生限界応力特異場の強さＨ_Ｃは、接触端からある特定の深さの応力が限界値に達するという条件で求められる。

図４は、エッジ型の接触により生じるフレッティング疲労を再現する図である。エッジ型の接触によるフレッティング疲労は、試験片６２のボス開放端と接する位置（エッジ）に生じるもので、試験片６２のボス開放端と接する位置に最大応力が生じることにより、フレッティング疲労が発生する。したがって、図４に示すように、ボス６３を構成する一対の支持片６３１，６３２は、それぞれ、均一な材料、均一な幅、均一な厚みの平板で構成され、試験片６２は、均一な材料、均一な厚みの平板で構成される。これにより、試験片６２のボス開放端と接する位置に最大応力が生じ、試験片６２のボス開放端と接する位置にフレッティング疲労が生じる。

また、エッジ型の接触によるフレッティング疲労を評価する場合には、図４に示すように、試験片６２のボス開放端と接する位置の開放された側面に歪みゲージ５１が貼着される。そして、フレッティング疲労を評価する場合には、加振手段４から加えられた繰り返し荷重Ｐにより、試験片６２のボス開放端と接する位置に生じる最大応力と試験片６２の表面からの深さとの関係を測定する。これにより、測定手段５は、試験片６２の最大応力を表面からの深さと関連付けて測定できる。

図５は、平面型の接触により生じるフレッティング疲労を再現する図である。平面型の接触によるフレッティング疲労は、試験片７２のボス内壁面と接する位置（平面）に生じるもので、試験片７２のボス内壁面に接する位置に最大応力が生じることにより、フレッティング疲労が発生する。したがって、図５に示すように、ボス７３を構成する一対の支持片７３１，７３２は、それぞれ、均一な材料、均一な幅、均一な厚みの平板で構成され、試験片７２は、ボス開放端（支持片の開放側となる先端）に接するテーパ部７２２が設けられる。したがって、試験片７２には、ボス（一対の支持片）に圧入される基部７２１、基部７２１に接するテーパ部７２２、テーパ部７２２に接する先端部７２３が設けられる。このように、試験片７２にテーパ部７２２を設けることにより、試験片７２の最大応力が生じる位置がボス内壁面に接する位置（ボス７３の内側）に移動する。これにより、ボス７３に圧入された試験片７２は、ボス内壁面に接する基部平面に平面型の接触により生じるフレッティング疲労が生じる。

また、平面型の接触によるフレッティング疲労を評価する場合には、図５に示すように、試験片７２のボス内壁面と接する位置（平面）の開放された側面に歪みゲージ５１が貼着される。そして、フレッティング疲労を評価する場合には、加振手段４から加えられた繰り返し荷重Ｐにより、試験片７２のボス内壁面と接する位置に生じる最大応力と試験片７２の表面からの深さとの関係を測定する。これにより、測定手段５は、試験片７２の最大応力を表面からの深さと関連付けて測定できる。

図６は、図５と同様、平面型の接触により生じるフレッティング疲労を再現する図である。上述したように、平面型の接触によるフレッティング疲労は、試験片８２の内壁面と接する位置（平面）に生じるもので、試験片８２のボス内壁面に接する位置に最大応力が生じることにより、フレッティング疲労が発生する。したがって、図６に示すように、ボス８３（一対の支持片８３１，８３２）が固定側となる基部８３１Ａ，８３２Ａと開放側となる先端部８３１Ｂ，８３２Ｂとの間に段部８３１Ｃ，８３２Ｃを有し、基部８３１Ａ，８３２Ａの厚みよりも先端部８３１Ｂ，８３２Ｂの厚みが薄く形成される。このようにすると、試験片８２の最大応力が生じる位置がボス内壁面に接する位置に移動する。これにより、ボス８３に圧入された試験片８２は、ボス内壁面に接する平面に平面型の接触により生じるフレッティング疲労が生じる。

また、平面型の接触によるフレッティング疲労を評価する場合には、図６に示すように、段部８３１Ｃと８３２Ｃとを結ぶ位置（平面）の開放された側面に歪みゲージ５１が貼着される。そして、フレッティング疲労を評価する場合には、加振手段４から加えられた繰り返し荷重Ｐにより、試験片８２のボス内壁面と接する位置に生じる最大応力と試験片８２の表面からの深さとの関係を測定する。これにより、測定手段５は、試験片８２の最大応力を表面からの深さと関連付けて測定できる。

尚、図６に示した例では、ボス８３の基部８３１Ａ，８３２Ａと先端部８３１Ｂ，８３２Ｂとの間に段部８３１Ｃ，８３２Ｃを設け、基部８３１Ａ，８３２Ａの厚みよりも先端部８３１Ｂ，８３２Ｂの厚みが薄く形成されるが、さらに、試験片８２にボス開放端（支持片の開放側となる先端）に接するテーパ部（図示せず）が設けられてもよい。このようにすると、相乗的効果が得られ、試験片のボス開放端に生じる応力が低減される。

上述した本発明の実施の形態であるフレッティング疲労試験装置１は、試験片２及びボス３（一対の支持片３１，３２）が単純な形状であり、圧入により安定した面圧を得ることができる。さらに、試験片２とボス３との間で安定したすべり量が得られ、フレッティング疲労の安定した評価が可能となる。

また、試験片２のボス（一対の支持片３１，３２）が接触する部分の歪みに基づいて試験片２に生じる応力を求めることができるので、試験片２がモデルとする第２の機械要素に生じるフレッティング疲労の正確な評価が可能となる。

また、図４に示すように、ボス６３を構成する一対の支持片６３１，６３２が均一な厚みを有する平板で構成され、試験片６２が均一な厚みを有する平板で構成された場合には、支持片６３１と試験片６２とがエッジ型の接触となる。これにより、エッジ型の接触により第２の機械要素に生じるフレッティング疲労の正確な評価が可能となる。

また、図５に示すように、ボス７３を構成する一対の支持片７３１，７３２が均一な厚みを有する平板で構成され、試験片７２が支持片７３１，７３２の開放側となる先端に接するテーパ部７２２を介して均一な厚みを有する先端部７２３が設けられると、支持片７３１，７３２と試験片７２とが平面型の接触となる。これにより、平面型の接触により第２の機械要素に生じるフレッティング疲労の正確な評価が可能となる。

また、図６に示すように、ボス８３を構成する支持片８３１，８３２が固定側となる基部８３１Ａ，８３２Ａと開放側となる先端部８３１Ｂ，８３２Ｂとの間に段部８３１Ｃ，８３２Ｃを有すると、支持片８３１，８３２と試験片８２とが平面型の接触となる。これにより、平面型の接触により第２の機械要素に生じるフレッティング疲労の正確な評価が可能となる。

また、図２に示すように、本発明の実施の形態であるフレッティング疲労試験方法は、所定の間隔を開けて固定された一対の支持片３１，３２に試験片２の一端を圧入する圧入工程と、圧入工程で圧入された試験片２の他端に繰り返し荷重Ｐを加えるとともに、試験片２の開放された側面に貼着された歪みゲージ５１により、試験片２に生じる応力を測定する測定工程を有する。これにより、試験片２の支持片３１，３２が接触する部分の歪みに基づいて試験片２に生じる応力を求めることができる。したがって、試験片２がモデルとする第２の機械要素に生じるフレッティング疲労の正確な評価が可能となる。

また、測定工程で測定した最大応力をフレッティング疲労の指標とするので、第２の機械要素に生じるフレッティング疲労の正確な評価が可能となる。

以上説明したように、第１の機械要素に支持された第２の機械要素に生じるフレッティング疲労の正確な評価が可能となるので、フレッティング疲労を試験するフレッティング疲労試験装置及びフレッティング疲労試験方法に好適である。

１ フレッティング疲労試験装置
２ 試験片
３ ボス
３１，３２ 支持片
４ 加振手段
５ 測定手段
５１ 歪みゲージ
６２ 試験片
６３ ボス
６３１，６３２ 支持片
７２ 試験片
７２１ 基部
７２２ テーパ部
７２３ 先端部
７３ ボス
７３１，７３２ 支持片
８２ 試験片
８３ ボス
８３１，８３２ 支持片
８３１Ａ，８３２Ａ 基部
８３１Ｂ，８３２Ｂ 先端部
８３１Ｃ，８３２Ｃ 段部

Claims (6)

1. 第１の機械要素をモデルとし、所定の間隔を開けて固定された一対の支持片と、
   前記第１の機械要素に支持された第２の機械要素をモデルとし、前記一対の支持片の間に一端が圧入された試験片と、
   前記試験片の開放端に繰り返し荷重を加える加振手段と、
   前記試験片に生じる最大応力を測定する測定手段と、
   を備え、
   前記測定手段は、前記試験片の開放された側面に貼着された歪みゲージを含むことを特徴とするフレッティング疲労試験装置。
2. 前記支持片は、均一な厚みを有する平板で構成され、
   前記試験片は、均一な厚みを有する平板で構成された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。
3. 前記支持片は、均一な厚みを有する平板で構成され、
   前記試験片は、前記支持片の開放側となる先端に接するテーパ部を介して均一な厚みを有する先端部が設けられた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。
4. 前記支持片は、固定側となる基部と開放側となる先端部との間に段部を有する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。
5. 第１の機械要素をモデルとし、所定の間隔を開けて固定された一対の支持片に、前記第１の機械要素モデルに支持された第２の機械要素をモデルとする試験片の一端を圧入する圧入工程と、
   前記圧入工程で圧入された試験片の他端に繰り返し荷重を加えるとともに、前記試験片の開放された側面に貼着された歪みゲージにより、前記試験片に生じる応力を測定する測定工程と、
   を有することを特徴とするフレッティング疲労試験方法。
6. 前記測定工程で測定した最大応力をフレッティング疲労の指標とすることを特徴とする請求項５に記載のフレッティング疲労試験方法。

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