JP2017111064A - 転動疲労試験装置および履帯のトラックリンクの転動疲労試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 転動疲労試験を効率良く、円滑に，かつ正確に行なえるようにする。
【解決手段】
試験装置は、水平に延びるリニアガイド２０と、リニアガイド２０に沿って移動可能な一対の移動台３０，３０と、一対の移動台３０，３０のそれぞれに、回転可能に支持された一対のローラ４０，４０と、試験材１００を上下方向に往復動させる往復動機構６０と、一対の移動台３０，３０をそれぞれ試験材１００に向けて付勢することにより、一対のローラ４０，４０から試験材１００の両面に荷重を付与する一対の荷重付与機構５０と、一対のローラ４０，４０から試験材１００への荷重をそれぞれ検出する一対のロードセル３６を備えている。一対のローラ４０，４０は、リニアガイド２０の長手方向と直交する方向に延びる回転軸４０ａ，４０ａを中心回転可能であり、リニアガイド２０の上方においてリニアガイド２０の長手方向に互いに対峙している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転動疲労試験装置と、この転動疲労試験装置を用いて履帯のトラックリンクの転動疲労を試験する方法に関する。

構成材に対して回転体が大きな荷重で接触しながら転動すると、構成材が転動疲労をきたし、その転動接触面に亀裂や剥離が生じる。そのため、構成材の転動疲労試験を行ってその耐久性を確認する必要がある。

特許文献１は、レールと車輪のための転動疲労試験装置を開示している。この装置は、レールを載せるスライダと、このスライダをレールの長手方向に往復動させる往復動手段と、車輪をレールの上方で回転可能に保持してレール上面に荷重を付与する荷重付与手段とを備えている。往復動手段は水平油圧アクチュエータと荷重検出器と変位検出器を備えており、この水平油圧アクチュエータを制御してレールを往復動させるようになっている。荷重付与手段は、垂直油圧アクチュエータと荷重検出器と変位検出器を備え、垂直油圧アクチュエータを制御して車輪からレールに荷重を付与するようになっている。

非特許文献１に開示された転動疲労試験装置では、水平方向に延びる回転軸を中心に回転可能な一対のローラを、上下に配し、試験材を水平にして上下のローラ間に挿入させた状態で、荷重付与手段により上側のローラから試験材に荷重を付与しながら、往復動手段により試験材を水平方向に往復動させるようになっている。この荷重付与手段は荷重検出器を備えており、所望の荷重を付与できるようになっている。

特開平１０−２６０１１４号公報

論文：「材料」(J.Soc. Mat. Sci.,Japan), vol 53,No.8,pp,862-869,Aug,2004「高圧高速フレーム溶射WC-Co皮膜のはく離強度に及ぼすころがり接触疲労の影響」

特許文献１の転動疲労試験装置では、剛性の大きなレールと車輪そのものの転動疲労試験を行う装置であり、さらに、レールを片持ちで支持してレールに曲げ荷重が加わった状態で転動試験を行うため、厚みの薄い試験材を曲げ荷重が加わらない状態で転動疲労試験を行うには不向きである。また、レールと一緒にスライダを往復動させる必要があり、試験材を比較的高速で往復動させて転動疲労試験を行う場合には不向きである。

非特許文献１の転動疲労試験装置では、上側のローラからの荷重を、試験材を介して下側のローラで受けるようになっているが、上下のローラの支持構造は開示されていない。また、往復動手段による試験材の保持位置と上下のローラによる試験材の挟持位置との間の相対的高さを調節する手段についても開示がなく、その相対的高さの相違により曲げ荷重が生じる可能性がある。

本発明は上記課題を解決しようとするもので、転動疲労試験装置において、
水平に延びるリニアガイドと、
上記リニアガイドに沿って移動可能な一対の移動台と、
上記リニアガイドの長手方向に互いに対峙するように、上記一対の移動台のそれぞれに、上記リニアガイドの長手方向と直交し、かつ水平方向に延びる同一高さの回転軸を中心にして回転可能に支持される一対のローラと、
試験材を、上記一対のローラ間に位置するように保持するとともに上下方向に往復動させる往復動手段と、
上記一対のローラ間に試験材が配置された状態で、上記一対の移動台をそれぞれ試験材に向けて付勢することにより、上記一対のローラから試験材の両面に荷重を付与する一対の荷重付与手段と、
上記一対のローラから試験材への荷重をそれぞれ検出する一対の荷重検出手段と、
を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、厚みの薄い試験材に曲げ荷重が加わらない状態で転動疲労試験を行うことができる。
一対のローラは、水平に延びるリニアガイドに沿って移動可能な一対の移動台に支持されているので、高さを一致させることができる。また、試験材の両面に掛かる一対のローラからの荷重を検出できるため、この検出荷重が設定荷重になるようにかつ互いに等しくなるように、一対の荷重付与手段で荷重を調節することができ、この調節に伴い一対の移動台が移動するので、一対のローラによる試験材の挟持位置を往復動手段による試験材の支持位置とリニアガイドの長手方向において一致させることができる。その結果、試験材に付与される曲げ荷重を抑制ないしは無くすことができ、転動疲労試験を正確に行うことができ、試験片を保持する往復移動手段の故障も回避できる。
また、同一荷重で試験片の両面において転動疲労試験を行うことになるので、この両面の試験結果をデータとして用いれば、試験回数を削減することもできる。

好ましくは、上記荷重付与手段の各々は、上記一対の移動台より上記リニアガイドの長手方向外側に配置された固定台と、この固定台に設けられた荷重調節手段を含む。

好ましくは、上記荷重調節手段は、上記固定台を貫通したボルトと、上記固定台より試験材側に位置して上記ボルトに螺合されたナットと、上記固定台と上記ナットとの間に介在されたバネとを有する。
この構成によれば、一対の往復動手段のボルトとナットの螺合を調節することにより、簡便にローラから試験片への荷重を調節することができる。また、試験材の転動接触面に微小凹凸があっても、バネにより振動を吸収して、付加荷重の変動を抑制することができる。

好ましくは、上記一対の荷重付与手段の各々は、上記一対の移動台より上記リニアガイドの長手方向外側に配置された固定台と、この固定台に設けられた流体圧シリンダとを有し、この流体圧シリンダのロッドが上記移動台を付勢している。
この構成によれば、一対のローラから試験片への荷重の付与が容易にできる。

好ましくは、上記一対の荷重付与手段の一方が、上記一対の移動台より上記リニアガイドの長手方向外側に配置された固定台と、この固定台に設けられた上記固定台に螺合されたボルトとを有し、
上記一対の荷重付与手段の他方が、上記一対の移動台より上記リニアガイドの長手方向外側に配置された固定台と、この固定台に設けられた流体圧シリンダとを有し、
上記ボルトおよび流体圧シリンダのロッドが、上記一対の移動台をそれぞれ付勢している。
この構成によれば、ローラから試験片への荷重付与が容易であるとともに、試験位置の設定も簡単にできる。

本発明の他の態様では、履帯のトラックリンクの転動疲労試験方法において、走行装置における鋼鉄製の無端状の履帯に用いられるトラックリンクから、上記履帯の径方向内側の転動接触面を含むように所定厚さに切り出して、平板形状の試験材を得、この試験材を上記転動疲労試験装置を用いて、転動疲労試験を行うことを特徴とする。
この方法によれば、実機での転動疲労試験の負担を軽減することができる。

本発明によれば、往復動手段の故障を回避しつつ、転動疲労試験を円滑かつ正確に行なうことができる。

本発明の第１実施形態に係る転動疲労試験装置の側面図である。 本発明の第２実施形態に係る転動疲労試験装置の側面図である。 本発明の第３実施形態に係る転動疲労試験装置の側面図である。 作業機械等の車両に用いられる走行装置を概略的に示す側面図である。 同履帯を構成部材毎に分解して示す拡大斜視図である。 同トラックリンクを切り出して得られた試験材を示す図である。

以下、本発明の第１実施形態に係る転動疲労試験装置を、図１を参照しながら説明する。この装置は、水平をなす設置台１０と、この設置台１０に固定されたリニアガイド２０と、リニアガイド２０に沿って移動可能な一対の移動台３０，３０と、一対の移動台３０，３０のそれぞれに回転可能に支持されたローラ４０，４０と、一対の移動台３０，３０を付勢する一対の荷重付与機構５０，５０（荷重付与手段）と、平板形状の試験材１００を上下方向に往復動させる往復動機構６０（往復動手段）とを備えている。
以下の説明では、リニアガイド２０の長手方向（可動方向）中心を向く側を内側とし、両端を向く側を外側とする。

上記一対の移動台３０，３０は同じ構成を有している。各移動台３０は、リニアガイド２０をスライドするスライド部３１と、このスライド部３１から起立しリニアガイド２０と直交する起立壁３２と、起立壁３２の上部の外側の面からリニアガイド２０の可動方向と平行に延びる複数のガイドポール３３と、起立壁３２の上部の内側の面に固定されたローラサポート部３４とを有している。

ガイドポール３３には、起立壁３２と平行をなす荷重受け板３５がリニアガイド２０の可動方向にスライド可能に支持されている。起立壁３２の外側の面には、ロードセル３６（荷重検出手段）が固定されており、このロードセル３６は、荷重受け板３５を介して荷重付与手段５０からの荷重を受けるようになっている。ただし、ロードセル３６は荷重受け板３５の内側の面に固定されていてもよい。

上記移動台３０のローラサポート部３４には、上記ローラ４０が回転可能に支持されている。このローラ４０の回転軸４０ａは、水平かつリニアガイド２０の長手方向と直交する方向に延びている。
一対の移動台３０が同一構成をなしており、一対のローラ４０の回転軸４０ａは同一高さにある。

上記一対の荷重付与機構５０は同一構成をなしており、それぞれ一対の移動台３０の外側に配置されている。各荷重付与機構５０は、リニアガイド２０の延長線上において設置台１に固定された固定台５１と、固定台５１の起立壁５１ａに装着された荷重調節手段５２とを備えている。荷重調節手段５２は、ボルト５３と、ナット５４と複数の皿バネ５５（バネ）とを有している。

固定台５１の起立壁５１ａは、リニアガイド２０の長手方向と直交しており、ボルト５３がリニアガイド２０と平行をなして起立壁５１ａを貫通している。このボルト５３は上記ローラ４０の回転軸４０ａと同一高さにある。ボルト５３には起立壁５１ａより内側で上記ナット５４が螺合し、ナット５４と起立壁５１ａとの間に上記複数の皿バネ５５が配されている。ボルト５３の先端５３ａは上記荷重受け板３５に当たるように、内側に押すようになっている。

上記往復動機構６０には汎用の疲労試験装置を用いている。簡単に説明すると、上記設置台１０を固定するテーブル（図示しない）と、このテーブルに支持され上記リニアガイド２０の長手方向ほぼ中央の真上に位置する油圧アクチュエータ（往復駆動手段；図示しない）と、この油圧アクチュエータのロッドに固定されたサポート部６１とを有している。

上記サポート部６１は垂下板部６１ａを有している。この垂下板部６１ａは、リニアガイド２０の長手方向と直交して垂直に下方に延びており、この垂下板部６１ａには平板形状の試験材１００の上端部が、２箇所（複数箇所）でボルト６２とナット６３により取り付けられるようになっている。

上記構成において、一対の荷重付与機構５０のボルト５３を後退させ、一対のローラ４０を互いに離間させた状態で、往復移動機構６０のサポート部６１ａに試験材１００を取り付ける。試験材１００は、下方に垂直に延びて一対のローラ４０，４０間に配置される。試験材１００の両面はリニアガイド２０の長手方向（ローラ４０，４０の対峙方向）と直交している。

次に、一対の荷重付与機構５０においてナット５４が回らないようにした状態でボルト５３を試験材１００に向かって進めるように回す。ボルト５３の先端５３ａが荷重受け板３５に当たってからさらにボルト５３を回すと、移動台３０が試験材１００に向かって移動する。このようにして、一対のローラ４０，４０を試験材１００の両面に接触させる。

ローラ４０，４０が試験材１００の両面に接した状態でさらにボルト５３を回すと、皿バネ５５が圧縮され、この皿バネ５５の反力により、荷重受け板３５、ロードセル３６を介してローラ４０から試験材１００に荷重が付与される。

作業者は、一対のロードセル３６の検出荷重をロードセル３６に接続されたディスプレイ等で見ながら、一対の荷重付与機構５０のボルト５３を回し、試験材１００に曲げモーメントが加わらないようにこれら検出荷重が予め設定された荷重と一致するとともに互いに等しくなるように荷重調節を行う。この荷重調節は、移動台３０およびローラ４０がリニアガイド２０に沿って微小量移動することにより可能となっている。

次に、往復動機構６０を作動させることにより、試験材１００を上下方向に往復動させ、この往復動を繰り返すことにより、試験材１００の転動疲労試験を行う。

上記転動疲労試験では、一対のローラ４０、４０が試験材１００の両側から等しい高さで接触した状態で荷重を付与すること、一対の荷重付与機構５０，５０により等しい荷重を試験材１００の両側から付与することにより、試験材１００には、曲げ荷重がかからず、正確な転動疲労試験を行うことができる。また、試験材１００にかかる曲げ荷重によって往復動機構６０が故障するような不都合も回避できる。
また、同一荷重で試験片１００の両面において転動疲労試験を行うことになるので、この両面の試験結果をデータとして用いることができる場合には、試験回数を削減することもできる。

往復動機構６０には汎用の疲労試験機を用いることができ、荷重検出手段のみならず変位検出手段を備えているので、種々の波形（三角波、正弦波、ランダム波等）の往復動ストロークを実行可能である。
荷重付与機構５０は皿バネ５５を有しているので、試験材１００の転動接触面に微小凹凸があっても、振動を吸収し、付加荷重の変動を抑制することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る転動疲労試験装置について図２を参照しながら説明する。この試験装置において、第１実施形態の試験装置に対応する構成部については同符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施形態の試験装置では、荷重付与機構５０’として油圧シリンダ５６（流体圧シリンダ）を用いる。この油圧シリンダ５６は固定台５１の起立壁部５１ａに固定され、そのロッド５６ａの先端が荷重受け板３５に当たる。

本実施形態では、一対のローラ４０，４０から試験材１００の両側面に付与される荷重はあらかじめ設定された値に制御される。すなわち、コントローラ７０（制御手段）により、一対のロードセル３６の検出荷重が同じ設定荷重になるように、一対の油圧シリンダ５６が制御される。

次に、本発明の第３実施形態に係る転動疲労試験装置について図３を参照しながら説明する。この試験装置において、第１実施形態および第２実施形態の試験装置に対応する構成部については同符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施形態の試験装置では、荷重付与機構５０および５０’として、ボルト５３および油圧シリンダ５６（流体圧シリンダ）をそれぞれ用いる。このボルト５３は一対の固定台５１のうちの一方の固定台５１の起立壁部５１ａに螺合され、そのボルト５３の先端５３ａが荷重受け板３５に当たる。また、油圧シリンダ５６は他方の固定台５１の起立壁部５１ａに固定され、そのロッド５６ａの先端が荷重受け板３５に当たる。

本実施形態では、ボルト５３の位置を試験材１００に曲げを与えず、かつボルト５３側のローラ４０が試験材に接触するように調整した後、油圧シリンダ５６側のローラ４０から試験材１００の両側面に付与される荷重はあらかじめ設定された値に制御される。すなわち、コントローラ７０（制御手段）により、ロードセル３６の検出荷重が設定荷重になるように、油圧シリンダ５６が制御される。

上記第１、第２、第３実施形態で用いられる試験材１００に制約はないが、例えば履帯のトラックリンクから切り出したものを用いることができる。以下詳述する。

図４は、作業機械等に用いられるクローラ式走行装置を示す。この走行装置は、スプロケット１とアイドラー２と、これらスプロケット１とアイドラー２間に架け渡された無端状の鋼鉄製の履帯３と、この履帯３の下側部に転動する転輪４とを有している。

図５に示すように、上記履帯３は、その幅方向に対峙する一対のトラックリンク５，５と、これらトラックリンク５の外側（履帯３の径方向外側）に固定された履板６とを、一構成単位として有しており、その構成単位を連ねることにより構成されている。

トラックリンク５は、幅広の主部５ａと、この主部５ａの長手方向両端から突出する第１連結部５ｂと第２連結部５ｃとを有している。第１連結部５ｂは主部５ａの幅方向中心より外側に偏倚しており、第２連結部５ｃは主部５ａの幅方向中心より内側に偏倚している。

図４に示すように、走行装置の走行の過程で、上記トラックリンク５，５における履帯３径方向内側の面５ｘ（以下、転動接触面と称す）には、上記転輪４が転動する。そのため、この転動接触面５ｘから厚さ約１０ｍｍにわたって硬化層が形成され、転動疲労による亀裂や剥離等が生じるのを回避している。

上記トラックリンク５の転動接触面５ｘの転動疲労を試験する必要があるが、作業機械を走行させて実機試験を行うと、時間とコストがかかる。そこで、本発明の転動疲労試験装置を利用して、実機試験の負担を減らす。

トラックリンク５を、上記転動接触面５ｘから上記硬化層の厚さ未満の厚さで切り出し、図６に示す試験材１００を得る。この試験材１００は平板形状をなし、上記トラックリンク５の主部５ａに対応する幅広の主部１００ａと、第１、第２の連結部５ｂ，５ｃにそれぞれ対応する第１、第２の偏倚突出部１００ｂ、１００ｃを有している。試験片１００の一方の面は上記転動接触面５ｘに相当する面１００ｘであり、他方の面は切出しにより形成された面１００ｙである。

例えば偏倚突出部１００ｂに２つのボルト挿通用の孔１０１をあけ、この偏倚突出部１００ｂを上記往復動機構６０の垂下板部６１ａに取り付け、主部１００ａの試験箇所１０３での両面１００ｘ、１００ｙの転動疲労試験を行う。この試験箇所１０３は、上記２つの孔１０１の中心を通る線上に位置している。上記試験片１００の両面１００ｘ、１００ｙとも硬化層が露出した面であるから、両面１００ｘ、１００ｙの転動疲労試験のデータを利用することができる。

往復動機構６０による試験材１００の保持位置を変えることにより、他の試験箇所１０４での両面１００ｘ、１００ｙの転動疲労試験を行ってもよい。この試験箇所１０４も上記２つの孔１０１の中心を通る線上に位置している。

さらに、他の偏倚突出部１００ｃにボルト挿通用の孔１０２をあけて、上記と同様にして、主部１００ａにおける試験箇所１０５，１０６で転動疲労試験を行うことができる。ボルト挿通用の孔１０１、１０２は、偏倚突出部１００ｂ、１００ｃに限らず、主部１００ａにあけてもよい。また、試験箇所も試験箇所１０３、１０４、１０５、１０６に限らず主部１００ａの他の部分でもよく、偏倚突出部１００ｂ、１００ｃでもよい。

本発明は、上記実施形態に制約されず、種々の態様を採用することができる。
ロードセルは、荷重付与手段側に設けてもよい。試験片の両面で転動試験を行なうことができるが、一方の面のみの試験結果を用いてもよい。
第２実施形態および３実施形態において、油圧シリンダの代わりにエアシリンダを用いてもよい。

本発明は、転動疲労試験に適用することができる。

３ 履帯
５ トラックリンク
２０ リニアガイド
３０ 移動台
３６ ロードセル（荷重検出手段）
４０ ローラ
４０ａ 回転軸
５０，５０’ 荷重付与機構（荷重付与手段）
５１ 固定台
５２ 手動調節手段
５３ ボルト
５４ ナット
５５ 皿バネ（バネ）
５６ 油圧シリンダ（流体圧シリンダ）
６０ 往復動機構（往復動手段）
７０ コントローラ（制御手段）
１００ 試験材
１００ａ 主部
１００ｂ、１００ｃ 偏倚突出部

Claims (6)

1. 水平に延びるリニアガイドと、
   上記リニアガイドに沿って移動可能な一対の移動台と、
   上記リニアガイドの長手方向に互いに対峙するように、上記一対の移動台のそれぞれに、上記リニアガイドの長手方向と直交し、かつ水平方向に延びる同一高さの回転軸を中心にして回転可能に支持される一対のローラと、
   試験材を、上記一対のローラ間に位置するように保持するとともに上下方向に往復動させる往復動手段と、
   上記一対のローラ間に試験材が配置された状態で、上記一対の移動台をそれぞれ試験材に向けて付勢することにより、上記一対のローラから試験材の両面に荷重を付与する一対の荷重付与手段と、
   上記一対のローラから試験材への荷重をそれぞれ検出する一対の荷重検出手段と、
   を備えたことを特徴とする転動疲労試験装置。
2. 上記荷重付与手段の各々は、上記一対の移動台より上記リニアガイドの長手方向外側に配置された固定台と、この固定台に設けられた荷重調節手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の転動疲労試験装置。
3. 上記荷重調節手段は、上記固定台を貫通したボルトと、上記固定台より試験材側に位置して上記ボルトに螺合されたナットと、上記固定台と上記ナットとの間に介在されたバネとを有することを特徴とする請求項２に記載の転動疲労試験装置。
4. 上記一対の荷重付与手段の各々は、上記一対の移動台より上記リニアガイドの長手方向外側に配置された固定台と、この固定台に設けられた流体圧シリンダとを有し、この流体圧シリンダのロッドが上記移動台を付勢していることを特徴とする請求項１に記載の転動疲労試験装置。
5. 上記一対の荷重付与手段の一方が、上記一対の移動台より上記リニアガイドの長手方向外側に配置された固定台と、この固定台に設けられた上記固定台に螺合されたボルトとを有し、
   上記一対の荷重付与手段の他方が、上記一対の移動台より上記リニアガイドの長手方向外側に配置された固定台と、この固定台に設けられた流体圧シリンダとを有し、
   上記ボルトおよび流体圧シリンダのロッドが、上記一対の移動台をそれぞれ付勢していることを特徴とする請求項１に記載の転動疲労試験装置。
6. 走行装置における鋼鉄製の無端状の履帯に用いられるトラックリンクから、上記履帯の径方向内側の転動接触面を含むように所定厚さに切り出して、平板形状の試験材を得、この試験材を請求項１〜５のいずれかに記載の転動疲労試験装置を用いて、転動疲労試験を行うことを特徴とする履帯のトラックリンクの転動疲労試験方法。

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