JP3839983B2 - 捩り・曲げ複合負荷試験機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、捩り・曲げ複合負荷試験機に関し、特に、自動車のプロペラシャフトなど、捩り負荷と曲げ負荷とが作用するシャフトなどの負荷試験を行う捩り・曲げ複合負荷試験機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のプロペラシャフトなど、捩り負荷と曲げ負荷とが作用するシャフトの耐久性測定、特性測定などのために、供試体（シャフト）に、捩りトルク、曲げ力を与えて捩り・曲げ複合負荷試験を行う試験機は従来より知られている。
【０００３】
特に、最近は、ＣＦＲＰなどの新素材を自動車部品に使用する研究が盛んに行われており、実稼動負荷にできるだけ近い複合負荷を供試体に加えて、供試体の特性や耐久性を測定する試験が増えている。非金属の新素材は、金属材料とは異なって柔らかく、変形が大きいため、この種の新素材による供試体に捩り負荷と曲げ負荷などの複合負荷を加えると、相互に干渉が生じるから、これを避けるために、各負荷を与えるアクチュエータを供試体の変形に追従させて移動させる必要がある。
【０００４】
図４は従来の捩り・曲げ複合負荷試験機を示している。従来の捩り・曲げ複合負荷試験機は、基台１００上において供試体Ｗを実装状態と同等の状態で支持する軸受け部材１０１、１０２と、基台１００上の一端にリンク機構１０３によって上下動可能で回転不能に設けられ、供試体Ｗの一端を固定接続されて供試体Ｗに作用する捩りトルクの反力を受け止めるトルク反力受止め部材１０４と、基台１００上の他端にリンク機構１０５によって上下動可能に設けられ、供試体Ｗの他端を固定接続されて供試体Ｗに捩りトルクを与える捩り用アクチュエータ１０６と、基台１００上に配置された門形構造体１０７に取り付けられ、軸受け部材１０１とトルク反力受止め部材１０４との間において供試体Ｗに上下方向の曲げ力を付与する曲げ用アクチュエータ１０８と、基台１００に取り付けられ、軸受け部材１０２と捩り用アクチュエータ１０６との間において供試体Ｗに上下方向の曲げ力を付与するもう一つの曲げ用アクチュエータ１０９とを有し、トルク反力受止め部材１０４と供試体Ｗとの接続部間に捩りトルク検出器１１０が組み込まれ、また、曲げ用アクチュエータ１０８、１０９と供試体Ｗとの各々の接続部間に曲げモーメント検出器１１１、１１２が組み込まれている。
【０００５】
上述のような捩り・曲げ複合負荷試験機では、軸受け部材１０１、１０２によって供試体Ｗを実装状態と同等の状態で支持し、供試体Ｗの一端をトルク反力受止め部材１０４によって回り止めした状態で、捩り用アクチュエータ１０６によって供試体Ｗの他端を捩り、これにより供試体Ｗに与えられる捩りトルクを捩りトルク検出器１１０によって検出し、また、曲げ用アクチュエータ１０８、１０９によって供試体Ｗに径方向に押圧あるいは引張って供試体Ｗにラジアル荷重を与え、これにより供試体Ｗに与えられる曲げモーメントを曲げモーメント検出器１１１、１１２によって検出することが行われる。
【０００６】
供試体Ｗは曲げモーメントによって曲げ変形し、供試体Ｗの軸端は上下変位する。これに対し、トルク反力受止め部材１０４、捩り用アクチュエータ１０６は、リンク機構１０３、１０５によって上下動可能に支持されているから、供試体Ｗの端部の上下変位に追従して上下変位する。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のような従来の捩り・曲げ複合負荷試験機では、供試体にラジアル変位を与えた時に、捩り用アクチュエータの慣性マスによる曲げモーメントが発生するため、供試体に加わる曲げモーメントを正確にコントロールすることが難しいと云う欠点があり、曲げ変形が大きい場合には正確な複合負荷を行うことができないと云う欠点がある。
【０００８】
このため、上述のような従来の捩り・曲げ複合負荷試験機は、曲げ変形が少なく、静止状態に近い状態での試験に用途を限られる。
【０００９】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、曲げ変形が大きい試験においても供試体に加わる曲げモーメントを正確にコントロールして正確な複合負荷を行うことができ、しかも、実動波試験などの動的な加振試験も可能な捩り・曲げ複合負荷試験機を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機は、捩り負荷と曲げ負荷とが作用するシャフトなどの負荷試験を行う捩り・曲げ複合負荷試験機において、供試体の一端を固定接続され、前記供試体に作用する捩りトルクの反力を受け止める固定側ユニットと、供試体側リンク部材、当該供試体側リンク部材と平行に配置された非供試体側リンク部材、前記供試体側リンク部材と非供試体側リンク部材の両端を互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材により四辺形をなし、前記供試体側リンク部材の中央部において前記供試体の他端を固定接続される第１の４節リンク機構と、前記第１の４節リンク機構を回動させて前記供試体に捩りトルクを与える捩り負荷付与手段と、前記第１の４節リンク機構全体を平行移動させて前記供試体に曲げ力を与える曲げ負荷付与手段とを有しているものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機は、更に、固定支持体より揺動可能に支持された揺動アームを含み、前記第１の４節リンク機構は前記非供試体側リンク部材の中央部を前記揺動アームの一端部に回動可能に連結されて前記揺動アームより支持され、前記非供試体側リンク部材と、前記揺動アームと、前記揺動アームと同心配置のレバー部材と、前記非供試体側リンク部材と前記レバー部材とを枢動可能に連結するリンク部材とにより第２の４節リンク機構が構成され、前記捩り負荷付与手段はレバー部材を回動させて前記非供試体側リンク部材を前記揺動アームとの支持点を中心として回動変位させる捩り用アクチュエータにより構成され、前記曲げ負荷付与手段は前記揺動アームを前記固定支持体との支持点を中心として回動させる曲げ用アクチュエータにより構成されているものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機は、前記２個の連接リンク部材の中間部に各々荷重検出器が設けられているものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機は、前記固定側ユニットが、固定支持体より揺動可能に支持された揺動アームと、供試体側リンク部材、当該供試体側リンク部材と平行に配置された非供試体側リンク部材、前記供試体側リンク部材と非供試体側リンク部材の両端を互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材により平行四辺形をなし、前記非供試体側リンク部材の中央部を前記揺動アームの一端部に回動可能に連結されて前記揺動アームより支持され、前記供試体側リンク部材の中央部において前記供試体の他端を固定接続される第１の平行リンク機構と、前記非供試体側リンク部材、前記揺動アーム、前記揺動アームと同心配置のレバー部材、前記非供試体側リンク部材と前記レバー部材とを枢動可能に連結するリンク部材とによる第２の平行リンク機構と、前記レバー部材の回動を禁止する固定手段と、前記揺動アームを前記固定支持体との支持点を中心として回動させる曲げ用アクチュエータにより構成されているものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機は、前記固定側ユニットの前記２個の連接リンク部材の中間部に各々荷重検出器が設けられているものである。
【００１５】
請求項１に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機では、固定側ユニットが供試体の一端を固定し、第１の４節リンク機構の供試体側リンク部材の中央部に供試体の他端が固定接続され、捩り負荷付与手段によって第１の４節リンク機構を回動させることにより供試体側リンク部材が回動し、供試体に捩りトルクが与えられ、これとは別に曲げ負荷付与手段によって第１の４節リンク機構全体を平行移動させることにより供試体側リンク部材が平行移動し、供試体に曲げ力が与えられる。
【００１６】
請求項２に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機では、前記捩り負荷付与手段をなす捩り用アクチュエータがレバー部材を回動させることにより非供試体側リンク部材が前記揺動アームとの支持点を中心として回動変位し、これによって第１の４節リンク機構が回動することで、供試体側リンク部材が回動して供試体に捩りトルクが与えられ、これとは別に曲げ負荷付与手段をなす曲げ用アクチュエータが揺動アームを固定支持体との支持点を中心として回動させることにより、第２の４節リンク機構のリンク運動の下に第１の４節リンク機構全体が平行移動し、これによって供試体側リンク部材が平行移動し、供試体に曲げ力が与えられる。
【００１７】
請求項３に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機では、第１の４節リンク機構を構成する２個の連接リンク部材の中間部に各々設けられた荷重検出器によって供試体に作用する荷重の計測が行われ、この２個の荷重検出器の計測値合計値がラジアル荷重になる。
【００１８】
請求項４に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機では、固定側ユニットにおいて、もう一つの曲げ負荷付与手段をなす曲げ用アクチュエータが固定側ユニットの揺動アームを固定支持体との支持点を中心として回動させることにより、第２の平行リンク機構の平行リンク運動の下に第１の平行リンク機構全体が平行移動し、これによって供試体側リンク部材が平行移動し、固定側ユニットにおいて供試体に曲げ力が与えられる。
【００１９】
請求項５に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機では、固定側ユニットにおいて、第１の平行リンク機構を構成する２個の連接リンク部材の中間部に各々設けられた荷重検出器によって供試体に作用する荷重の計測が行われ、この２個の荷重検出器の計測値差が捩りトルクになり、計測値合計値がラジアル荷重になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１〜図３はこの発明による捩り・曲げ複合負荷試験機の一つの実施の形態を示している。
【００２２】
図１に示すように、捩り・曲げ複合負荷試験機は、基台１上に、複合負荷付与側ユニット１０と、固定側ユニット５０とを有している。複合負荷付与側ユニット１０と固定側ユニット５０は、各々、基台１上を図１で見て左右方向にスライド可能に設けられており、ハンドル２、３によって手廻しされる送りねじ４、５（図２、図３参照）により左右方向位置（ユニット間隔）を可変設定され、供試体Ｗの軸長に応じた位置に固定される。
【００２３】
基台１上には供試体Ｗを実装状態と同等の状態で支持する軸受け部材６、７が固定配置されている。
【００２４】
複合負荷付与側ユニット１０は、図２に示すように、ユニット本体をなして基台１上に固定される固定支持体１１と、第１の４節リンク機構２０と、第２の４節リンク機構３０と、捩り負荷付与手段である捩り用アクチュエータ４０と、曲げ負荷付与手段である曲げ用アクチュエータ４５とにより構成されている。
【００２５】
第１の４節リンク機構２０は、フランジ状の下側配置の供試体側リンク部材２１と、供試体側リンク部材２１に対して平行に配置された三角板形状の上側配置の非供試体側リンク部材２２と、これら供試体側リンク部材２１と非供試体側リンク部材２２の両端を球面軸受２３、２４、２５、２６によって互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材２７、２８とにより平行四辺形をなし、供試体側リンク部材２１は供試体アタッチメントとして機能して中央部において供試体Ｗの左端（他端）を複数個のボルト２９によってフランジ接続式に固定接続される。すなわち、第１の４節リンク機構２０は、球面軸受２３、２４、２５、２６を４個の枢点とする平行リンク機構を構成している。
【００２６】
固定支持体１１は支持軸１２により揺動アーム１３の中間部を揺動（回動）可能に支持しており、第１の４節リンク機構２０は、非供試体側リンク部材２２の中央部をピン１４によって揺動アーム１３の一端部に回動可能に連結されて、揺動アーム１３により支持されている。
【００２７】
第２の４節リンク機構３０は、非供試体側リンク部材２２と、揺動アーム１３と、支持軸１２により回動可能に支持されて揺動アーム１３と同心配置のレバー部材３１と、球面軸受３２、３３によって非供試体側リンク部材２２とレバー部材３１とを枢動可能に連結するリンク部材３４とを有している。即ち、第２の４節リンク機構３０は、支持軸１２と、ピン１４と、球面軸受３２、３３とを４個の枢点とする平行リンク機構を構成している。
【００２８】
捩り用アクチュエータ４０は、固定支持体１１にブラケット４１によって取り付けられた流体圧シリンダ装置で構成されており、ピスントロッド４２の先端をピン４３によってレバー部材３１と駆動連結され、レバー部材３１を支持軸１２の中心軸線周りに回転駆動する。
【００２９】
曲げ用アクチュエータ４５は、固定支持体１１にブラケット４６によって取り付けられた流体圧シリンダ装置で構成されており、ピスントロッド４７の先端をピン４８によって揺動レバー１３の他端と駆動連結され、揺動レバー１３を支持軸１２の中心軸線周りに回転駆動する。
【００３０】
第１の４節リンク機構２０の２個の連接リンク部材２７、２８の中間部に各々ロードセルなどによる荷重検出器９０、９１が設けられている。
【００３１】
固定側ユニット５０は、図３に示すように、ユニット本体をなして基台１上に固定される固定支持体５１と、第１の平行リンク機構６０と、第２の平行リンク機構７０と、曲げ負荷付与手段である曲げ用アクチュエータ８０とにより構成されている。
【００３２】
第１の平行リンク機構６０は、フランジ状の下側配置の供試体側リンク部材６１と、供試体側リンク部材６１に対して平行に配置された三角板形状の上側配置の非供試体側リンク部材６２と、これら供試体側リンク部材６１と非供試体側リンク部材６２の両端を球面軸受６３、６４、６５、６６によって互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材６７、６８とにより平行四辺形をなし、供試体側リンク部材６１は供試体アタッチメントとして機能して中央部において供試体Ｗの右端（一端）を複数個のボルト６９によってフランジ接続式に固定接続される。すなわち、第１の平行リンク機構６０は、球面軸受６３、６４、６５、６６を４個の枢点とする平行リンク機構を構成している。
【００３３】
固定支持体５１は支持軸５２により揺動アーム５３の中間部を揺動（回動）可能に支持しており、第１の平行リンク機構６０は、非供試体側リンク部材６２の中央部をピン５４によって揺動アーム５３の一端部に回動可能に連結されて、揺動アーム５３により支持されている。
【００３４】
第２の平行リンク機構７０は、非供試体側リンク部材６２と、揺動アーム５３と、支持軸５２により回動可能に支持されて揺動アーム５３と同心配置のレバー部材７１と、球面軸受７２、７３によって非供試体側リンク部材６２とレバー部材７１とを枢動可能に連結するリンク部材７４とを有している。第２の平行リンク機構７０は、支持軸５２と、ピン５４と、球面軸受７２、７３とを４個の枢点とする平行リンク機構を構成している。
【００３５】
第２の平行リンク機構７０のレバー部材７１は、一端を固定支持体５１に固定された固定ロッド７５の他端とピン７６により連結され、回転不能の固定状態になっている。すなわち、固定ロッド７５がレバー部材７１の回動を禁止する固定手段をなしている。
【００３６】
曲げ用アクチュエータ８０は、固定支持体５１にブラケット８１によって取り付けられた流体圧シリンダ装置で構成されており、ピスントロッド８２の先端をピン８３によって揺動レバー５３の他端と駆動連結され、揺動レバー５３を支持軸５２の中心軸線周りに回転駆動する。
【００３７】
第１の平行リンク機構６０の２個の連接リンク部材６７、６８の中間部に各々ロードセルなどによる荷重検出器９２、９３が設けられている。
【００３８】
なお、複合負荷付与側ユニット１０と固定側ユニット５０とは部品の共通化が図られており、複合負荷付与側ユニット１０と固定側ユニット５０との相違点は、複合負荷付与側ユニット１０のレバー部材３１が捩り用アクチュエータ４０と駆動連結されて回動駆動されるのに対して、固定側ユニット５０のレバー部材７１が固定ロッド７５によって回動禁止状態に固定されていることである。
【００３９】
レバー部材７１が回動禁止状態であると云うことは、供試体側リンク部材６１が回動禁止状態にすることを意味し、供試体側リンク部材６１が供試体Ｗに作用する捩りトルクの反力を受け止める。
【００４０】
つぎに上述の構成による捩り・曲げ複合負荷試験機の作用について説明する。
【００４１】
供試体Ｗに対する捩りトルクの付与は、捩り用アクチュエータ４０によってレバー部材３１を支持軸１２の中心軸線周りに回動させることにより行われる。
【００４２】
レバー部材３１が支持軸１２の中心軸線周りに回動すると、リンク部材３４によって非供試体側リンク部材２２がピン１４の中心軸線周りに回動変位し、第１の４節リンク機構２０が回動する。
【００４３】
第１の４節リンク機構２０の回動とは、球面軸受２３、２４、２５、２６による４個の枢点により画定される平行四辺形が変形することであり、供試体側リンク部材２１が非供試体側リンク部材２２の回転角と同じ角度だけ回動する。この供試体側リンク部材２１の回動によって供試体Ｗに自身の中心軸線周りの捩りトルクが与えられる。
【００４４】
この時の捩りトルクは、固定側ユニット５０の第１の平行リンク機構６０の連接リンク部材６７の中間部に設けられている荷重検出器９２の計測値と、もう一方の連接リンク部材６８の中間部に設けられている荷重検出器９３の計測値との差により求められ、捩り用アクチュエータ４０のフィードバック制御に使用される。
【００４５】
供試体Ｗに対する曲げ力の付与は、曲げ用アクチュエータ４５、８０によって揺動アーム１３、５３を支持軸１２、５２の中心軸線周りに回動させることにより行われる。
【００４６】
揺動アーム１３が支持軸１２の中心軸線周りに回動すると、第２の４節リンク機構３０の平行リンク運動の下に第１の４節リンク機構２０の全体が、その平行四辺形の形状を変形させることなく上下に平行移動する。
【００４７】
これによって供試体側リンク部材２１が上下に平行移動し、供試体Ｗの左端側に曲げ力が与えられる。
【００４８】
この時に供試体Ｗの左端側に作用するラジアル荷重は、複合負荷付与側ユニット１０の第１の４節リンク機構２０の連接リンク部材２７の中間部に設けられている荷重検出器９０の計測値と、もう一方の連接リンク部材２８の中間部に設けられている荷重検出器９１の計測値との合計値により求められ、曲げ用アクチュエータ４５のフィードバック制御に使用される。
【００４９】
また、揺動アーム５３が支持軸５２の中心軸線周りに回動すると、第２の平行リンク機構７０の平行リンク運動の下に第１の平行リンク機構６０の全体が、その平行四辺形の形状を変形させることなく上下に平行移動する。
【００５０】
これによって供試体側リンク部材６１が上下に平行移動し、供試体Ｗの右端側に曲げ力が与えられる。
【００５１】
この時に供試体Ｗの右端側に作用するラジアル荷重は、固定側ユニット５０の第１の平行リンク機構６０の連接リンク部材６７の中間部に設けられている荷重検出器９２の計測値と、もう一方の連接リンク部材６８の中間部に設けられている荷重検出器９３の計測値との合計値により求められ、曲げ用アクチュエータ８０のフィードバック制御に使用される。
【００５２】
上述のように、捩りトルクの付与に際して非供試体側リンク部材２２は揺動レバー１３の先端のピン１４を中心して回動し、曲げ力の付与に際して揺動レバー１３は支持軸１２を中心して回動する。ここで、第２の４節リンク機構３０は、支持軸１２と、ピン１４と、球面軸受３２、３３とを４個の枢点とする平行リンク機構を構成しているから、非供試体側リンク部材２２のピン１４を中心とする回動運動と、揺動レバー１３の支持軸１２を中心する回動運動とは互いに干渉することがなく、捩り用アクチュエータ４０、曲げ用アクチュエータ４５の各々から独立に駆動力が伝達される。
【００５３】
これにより、供試体Ｗに大きい曲げ変形が生じても第２の４節リンク機構３０が低抵抗で動作するだけで、捩り用アクチュエータ４０の慣性マスによる曲げモーメントが発生することがなく、供試体Ｗに加わる曲げモーメントを正確にコントロールすることができる。従って、曲げ変形が大きい複合負荷も正確に行うことができる。
【００５４】
連接リンク部材２７、２８と供試体アタッチメントである供試体側リンク部材２１、また連接リンク部材６７、６８と供試体アタッチメントである供試体側リンク部材６１は、軽量構造にすることができるから、荷重検出器９０、９１、９２、９３の各々から供試体Ｗまでの移動部質量を小さくでき、荷重検出器９０、９１、９２、９３の剛性と移動部質量との共振周波数を高く設定することができる。
【００５５】
このことにより、高い周波数まで加振することができ、実動波試験などの動的な加振試験も可能になる。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による請求項１に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機によれば、捩り負荷と曲げ負荷とが作用するシャフトなどの負荷試験を行う捩り・曲げ複合負荷試験機において、供試体の一端を固定接続され、前記供試体に作用する捩りトルクの反力を受け止める固定側ユニットと、供試体側リンク部材、当該供試体側リンク部材と平行に配置された非供試体側リンク部材、前記供試体側リンク部材と非供試体側リンク部材の両端を互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材により四辺形をなし、前記供試体側リンク部材の中央部において前記供試体の他端を固定接続される第１の４節リンク機構と、前記第１の４節リンク機構を回動させて前記供試体に捩りトルクを与える捩り負荷付与手段と、前記第１の４節リンク機構全体を平行移動させて前記供試体に曲げ力を与える曲げ負荷付与手段とを有しているものとした。
【００５７】
このため、固定側ユニットが供試体の一端を固定し、第１の４節リンク機構の供試体側リンク部材の中央部に供試体の他端が固定接続され、捩り負荷付与手段によって第１の４節リンク機構を回動させることにより供試体側リンク部材を回動して供試体に捩りトルクを与え、これとは別に曲げ負荷付与手段によって第１の４節リンク機構全体を平行移動させることにより供試体側リンク部材を平行移動させて供試体に曲げ力を与えることができ、このことにより捩りトルクと曲げ力を互いに干渉することなく供試体に付与することができる。従って、曲げ変形が大きい試験においても、供試体に加わる曲げモーメントを正確にコントロールして正確な複合負荷を行うことができる。
【００５８】
請求項２に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機によれば、更に、固定支持体より揺動可能に支持された揺動アームを含み、前記平行リンク機構は前記非供試体側リンク部材の中央部を前記揺動アームの一端部に回動可能に連結されて前記揺動アームより支持され、前記非供試体側リンク部材、前記揺動アーム、前記揺動アームと同心配置のレバー部材、前記非供試体側リンク部材と前記レバー部材とを枢動可能に連結するリンク部材とにより第２の４節リンク機構が構成され、前記捩り負荷付与手段はレバー部材を回動させて前記非供試体側リンク部材を前記揺動アームとの支持点を中心として回動変位させるアクチュエータにより構成され、前記曲げ負荷付与手段は前記揺動アームを前記固定支持体との支持点を中心として回動させるアクチュエータにより構成されているものとした。
【００５９】
このため、捩り用アクチュエータがレバー部材を回動させることにより非供試体側リンク部材が揺動アームとの支持点を中心として回動変位し、これによって第１の４節リンク機構が回動することで供試体に捩りトルクに与え、これとは別に曲げ用アクチュエータが揺動アームを固定支持体との支持点を中心として回動させることにより第２の４節リンク機構の平行リンク運動の下に第１の４節リンク機構全体が平行移動することで供試体に曲げ力を与えることができ、このことにより捩りトルクと曲げ力を互いに干渉することなく供試体に付与することができる。従って、曲げ変形が大きい試験においても、供試体に加わる曲げモーメントを正確にコントロールして正確な複合負荷を行うことができる。
【００６０】
請求項３に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機によれば、第１の４節リンク機構を構成する２個の連接リンク部材の中間部に各々荷重検出器が設けられているとした。
【００６１】
このため、第１の４節リンク機構を構成する２個の連接リンク部材の中間部に各々設けられた荷重検出器によって供試体に作用する荷重の計測が行われ、この２個の荷重検出器の計測値合計値よりラジアル荷重を計測できる。この構造では、連接リンク部材と供試体アタッチメントである供試体側リンク部材を軽量構造にすることができるから、荷重検出器から供試体までの移動部質量を小さくでき、荷重検出器の剛性と移動部質量との共振周波数を高く設定することができる。このことにより、高い周波数まで加振することができ、実動波試験などの動的な加振試験も可能になる。
【００６２】
請求項４に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機によれば、前記固定側ユニットが、固定支持体より揺動可能に支持された揺動アームと、供試体側リンク部材、当該供試体側リンク部材と平行に配置された非供試体側リンク部材、前記供試体側リンク部材と非供試体側リンク部材の両端を互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材により平行四辺形をなし、前記非供試体側リンク部材の中央部を前記揺動アームの一端部に回動可能に連結されて前記揺動アームより支持され、前記供試体側リンク部材の中央部において前記供試体の他端を固定接続される第１の平行リンク機構と、前記非供試体側リンク部材、前記揺動アーム、前記揺動アームと同心配置のレバー部材、前記非供試体側リンク部材と前記レバー部材とを枢動可能に連結するリンク部材とによる第２の平行リンク機構と、前記レバー部材の回動を禁止する固定手段と、前記揺動アームを前記固定支持体との支持点を中心として回動させる曲げ用アクチュエータにより構成されているものとした。
【００６３】
このため、固定側ユニットにおいて、曲げ用アクチュエータが固定側ユニットの揺動アームを固定支持体との支持点を中心として回動させることにより第２の平行リンク機構の平行リンク運動の下に第１の平行リンク機構全体が平行移動し、固定側ユニットにおいても供試体に曲げ力を与えることができ、多様な捩り・曲げ複合負荷試験を行うことができる。
【００６４】
請求項５に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機によれば、前記固定側ユニットの前記２個の連接リンク部材の中間部に各々荷重検出器が設けられているものとした。
【００６５】
このため、固定側ユニットにおいて、第１の平行リンク機構を構成する２個の連接リンク部材の中間部に各々設けられた荷重検出器によって供試体に作用する荷重の計測が行われ、この２個の荷重検出器の計測値差より捩りトルクを計測でき、２個の荷重検出器の計測値合計値よりラジアル荷重を計測できる。この構造では、連接リンク部材と供試体アタッチメントである供試体側リンク部材を軽量構造にすることができるから、荷重検出器から供試体までの移動部質量を小さくでき、荷重検出器の剛性と移動部質量との共振周波数を高く設定することができる。このことにより、高い周波数まで加振することができ、実動波試験などの動的な加振試験も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による捩り・曲げ複合負荷試験機の一つの実施の形態を示す正面図である。
【図２】この発明による捩り・曲げ複合負荷試験機の一つの実施の形態を示す左側面図である。
【図３】この発明による捩り・曲げ複合負荷試験機の一つの実施の形態を示す右側面図である。
【図４】従来の捩り・曲げ複合負荷試験機を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 基台
１０ 複合負荷付与側ユニット
５０ 固定側ユニット
１１ 固定支持体
１２ 支持軸
１３ 揺動アーム
２０ 第１の４節リンク機構
２２ 非供試体側リンク部材
２１ 供試体側リンク部材
２７、２８ 連接リンク部材
３０ 第２の４節リンク機構
３１ レバー部材
３４ リンク部材
４０ 捩り用アクチュエータ
４５ 曲げ用アクチュエータ
５１ 固定支持体
５２ 支持軸
５３ 揺動アーム
６０ 第１の平行リンク機構
６１ 供試体側リンク部材
６２ 非供試体側リンク部材
６７、６８ 連接リンク部材
７０ 第２の平行リンク機構
７１ レバー部材
７４ リンク部材
７５ 固定ロッド
８０ 曲げ用アクチュエータ
９０、９１、９２、９３ 荷重検出器
【発明の属する技術分野】
この発明は、捩り・曲げ複合負荷試験機に関し、特に、自動車のプロペラシャフトなど、捩り負荷と曲げ負荷とが作用するシャフトなどの負荷試験を行う捩り・曲げ複合負荷試験機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のプロペラシャフトなど、捩り負荷と曲げ負荷とが作用するシャフトの耐久性測定、特性測定などのために、供試体（シャフト）に、捩りトルク、曲げ力を与えて捩り・曲げ複合負荷試験を行う試験機は従来より知られている。
【０００３】
特に、最近は、ＣＦＲＰなどの新素材を自動車部品に使用する研究が盛んに行われており、実稼動負荷にできるだけ近い複合負荷を供試体に加えて、供試体の特性や耐久性を測定する試験が増えている。非金属の新素材は、金属材料とは異なって柔らかく、変形が大きいため、この種の新素材による供試体に捩り負荷と曲げ負荷などの複合負荷を加えると、相互に干渉が生じるから、これを避けるために、各負荷を与えるアクチュエータを供試体の変形に追従させて移動させる必要がある。
【０００４】
図４は従来の捩り・曲げ複合負荷試験機を示している。従来の捩り・曲げ複合負荷試験機は、基台１００上において供試体Ｗを実装状態と同等の状態で支持する軸受け部材１０１、１０２と、基台１００上の一端にリンク機構１０３によって上下動可能で回転不能に設けられ、供試体Ｗの一端を固定接続されて供試体Ｗに作用する捩りトルクの反力を受け止めるトルク反力受止め部材１０４と、基台１００上の他端にリンク機構１０５によって上下動可能に設けられ、供試体Ｗの他端を固定接続されて供試体Ｗに捩りトルクを与える捩り用アクチュエータ１０６と、基台１００上に配置された門形構造体１０７に取り付けられ、軸受け部材１０１とトルク反力受止め部材１０４との間において供試体Ｗに上下方向の曲げ力を付与する曲げ用アクチュエータ１０８と、基台１００に取り付けられ、軸受け部材１０２と捩り用アクチュエータ１０６との間において供試体Ｗに上下方向の曲げ力を付与するもう一つの曲げ用アクチュエータ１０９とを有し、トルク反力受止め部材１０４と供試体Ｗとの接続部間に捩りトルク検出器１１０が組み込まれ、また、曲げ用アクチュエータ１０８、１０９と供試体Ｗとの各々の接続部間に曲げモーメント検出器１１１、１１２が組み込まれている。
【０００５】
上述のような捩り・曲げ複合負荷試験機では、軸受け部材１０１、１０２によって供試体Ｗを実装状態と同等の状態で支持し、供試体Ｗの一端をトルク反力受止め部材１０４によって回り止めした状態で、捩り用アクチュエータ１０６によって供試体Ｗの他端を捩り、これにより供試体Ｗに与えられる捩りトルクを捩りトルク検出器１１０によって検出し、また、曲げ用アクチュエータ１０８、１０９によって供試体Ｗに径方向に押圧あるいは引張って供試体Ｗにラジアル荷重を与え、これにより供試体Ｗに与えられる曲げモーメントを曲げモーメント検出器１１１、１１２によって検出することが行われる。
【０００６】
供試体Ｗは曲げモーメントによって曲げ変形し、供試体Ｗの軸端は上下変位する。これに対し、トルク反力受止め部材１０４、捩り用アクチュエータ１０６は、リンク機構１０３、１０５によって上下動可能に支持されているから、供試体Ｗの端部の上下変位に追従して上下変位する。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のような従来の捩り・曲げ複合負荷試験機では、供試体にラジアル変位を与えた時に、捩り用アクチュエータの慣性マスによる曲げモーメントが発生するため、供試体に加わる曲げモーメントを正確にコントロールすることが難しいと云う欠点があり、曲げ変形が大きい場合には正確な複合負荷を行うことができないと云う欠点がある。
【０００８】
このため、上述のような従来の捩り・曲げ複合負荷試験機は、曲げ変形が少なく、静止状態に近い状態での試験に用途を限られる。
【０００９】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、曲げ変形が大きい試験においても供試体に加わる曲げモーメントを正確にコントロールして正確な複合負荷を行うことができ、しかも、実動波試験などの動的な加振試験も可能な捩り・曲げ複合負荷試験機を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機は、捩り負荷と曲げ負荷とが作用するシャフトなどの負荷試験を行う捩り・曲げ複合負荷試験機において、供試体の一端を固定接続され、前記供試体に作用する捩りトルクの反力を受け止める固定側ユニットと、供試体側リンク部材、当該供試体側リンク部材と平行に配置された非供試体側リンク部材、前記供試体側リンク部材と非供試体側リンク部材の両端を互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材により四辺形をなし、前記供試体側リンク部材の中央部において前記供試体の他端を固定接続される第１の４節リンク機構と、前記第１の４節リンク機構を回動させて前記供試体に捩りトルクを与える捩り負荷付与手段と、前記第１の４節リンク機構全体を平行移動させて前記供試体に曲げ力を与える曲げ負荷付与手段とを有しているものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機は、更に、固定支持体より揺動可能に支持された揺動アームを含み、前記第１の４節リンク機構は前記非供試体側リンク部材の中央部を前記揺動アームの一端部に回動可能に連結されて前記揺動アームより支持され、前記非供試体側リンク部材と、前記揺動アームと、前記揺動アームと同心配置のレバー部材と、前記非供試体側リンク部材と前記レバー部材とを枢動可能に連結するリンク部材とにより第２の４節リンク機構が構成され、前記捩り負荷付与手段はレバー部材を回動させて前記非供試体側リンク部材を前記揺動アームとの支持点を中心として回動変位させる捩り用アクチュエータにより構成され、前記曲げ負荷付与手段は前記揺動アームを前記固定支持体との支持点を中心として回動させる曲げ用アクチュエータにより構成されているものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機は、前記２個の連接リンク部材の中間部に各々荷重検出器が設けられているものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機は、前記固定側ユニットが、固定支持体より揺動可能に支持された揺動アームと、供試体側リンク部材、当該供試体側リンク部材と平行に配置された非供試体側リンク部材、前記供試体側リンク部材と非供試体側リンク部材の両端を互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材により平行四辺形をなし、前記非供試体側リンク部材の中央部を前記揺動アームの一端部に回動可能に連結されて前記揺動アームより支持され、前記供試体側リンク部材の中央部において前記供試体の他端を固定接続される第１の平行リンク機構と、前記非供試体側リンク部材、前記揺動アーム、前記揺動アームと同心配置のレバー部材、前記非供試体側リンク部材と前記レバー部材とを枢動可能に連結するリンク部材とによる第２の平行リンク機構と、前記レバー部材の回動を禁止する固定手段と、前記揺動アームを前記固定支持体との支持点を中心として回動させる曲げ用アクチュエータにより構成されているものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機は、前記固定側ユニットの前記２個の連接リンク部材の中間部に各々荷重検出器が設けられているものである。
【００１５】
請求項１に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機では、固定側ユニットが供試体の一端を固定し、第１の４節リンク機構の供試体側リンク部材の中央部に供試体の他端が固定接続され、捩り負荷付与手段によって第１の４節リンク機構を回動させることにより供試体側リンク部材が回動し、供試体に捩りトルクが与えられ、これとは別に曲げ負荷付与手段によって第１の４節リンク機構全体を平行移動させることにより供試体側リンク部材が平行移動し、供試体に曲げ力が与えられる。
【００１６】
請求項２に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機では、前記捩り負荷付与手段をなす捩り用アクチュエータがレバー部材を回動させることにより非供試体側リンク部材が前記揺動アームとの支持点を中心として回動変位し、これによって第１の４節リンク機構が回動することで、供試体側リンク部材が回動して供試体に捩りトルクが与えられ、これとは別に曲げ負荷付与手段をなす曲げ用アクチュエータが揺動アームを固定支持体との支持点を中心として回動させることにより、第２の４節リンク機構のリンク運動の下に第１の４節リンク機構全体が平行移動し、これによって供試体側リンク部材が平行移動し、供試体に曲げ力が与えられる。
【００１７】
請求項３に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機では、第１の４節リンク機構を構成する２個の連接リンク部材の中間部に各々設けられた荷重検出器によって供試体に作用する荷重の計測が行われ、この２個の荷重検出器の計測値合計値がラジアル荷重になる。
【００１８】
請求項４に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機では、固定側ユニットにおいて、もう一つの曲げ負荷付与手段をなす曲げ用アクチュエータが固定側ユニットの揺動アームを固定支持体との支持点を中心として回動させることにより、第２の平行リンク機構の平行リンク運動の下に第１の平行リンク機構全体が平行移動し、これによって供試体側リンク部材が平行移動し、固定側ユニットにおいて供試体に曲げ力が与えられる。
【００１９】
請求項５に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機では、固定側ユニットにおいて、第１の平行リンク機構を構成する２個の連接リンク部材の中間部に各々設けられた荷重検出器によって供試体に作用する荷重の計測が行われ、この２個の荷重検出器の計測値差が捩りトルクになり、計測値合計値がラジアル荷重になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１〜図３はこの発明による捩り・曲げ複合負荷試験機の一つの実施の形態を示している。
【００２２】
図１に示すように、捩り・曲げ複合負荷試験機は、基台１上に、複合負荷付与側ユニット１０と、固定側ユニット５０とを有している。複合負荷付与側ユニット１０と固定側ユニット５０は、各々、基台１上を図１で見て左右方向にスライド可能に設けられており、ハンドル２、３によって手廻しされる送りねじ４、５（図２、図３参照）により左右方向位置（ユニット間隔）を可変設定され、供試体Ｗの軸長に応じた位置に固定される。
【００２３】
基台１上には供試体Ｗを実装状態と同等の状態で支持する軸受け部材６、７が固定配置されている。
【００２４】
複合負荷付与側ユニット１０は、図２に示すように、ユニット本体をなして基台１上に固定される固定支持体１１と、第１の４節リンク機構２０と、第２の４節リンク機構３０と、捩り負荷付与手段である捩り用アクチュエータ４０と、曲げ負荷付与手段である曲げ用アクチュエータ４５とにより構成されている。
【００２５】
第１の４節リンク機構２０は、フランジ状の下側配置の供試体側リンク部材２１と、供試体側リンク部材２１に対して平行に配置された三角板形状の上側配置の非供試体側リンク部材２２と、これら供試体側リンク部材２１と非供試体側リンク部材２２の両端を球面軸受２３、２４、２５、２６によって互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材２７、２８とにより平行四辺形をなし、供試体側リンク部材２１は供試体アタッチメントとして機能して中央部において供試体Ｗの左端（他端）を複数個のボルト２９によってフランジ接続式に固定接続される。すなわち、第１の４節リンク機構２０は、球面軸受２３、２４、２５、２６を４個の枢点とする平行リンク機構を構成している。
【００２６】
固定支持体１１は支持軸１２により揺動アーム１３の中間部を揺動（回動）可能に支持しており、第１の４節リンク機構２０は、非供試体側リンク部材２２の中央部をピン１４によって揺動アーム１３の一端部に回動可能に連結されて、揺動アーム１３により支持されている。
【００２７】
第２の４節リンク機構３０は、非供試体側リンク部材２２と、揺動アーム１３と、支持軸１２により回動可能に支持されて揺動アーム１３と同心配置のレバー部材３１と、球面軸受３２、３３によって非供試体側リンク部材２２とレバー部材３１とを枢動可能に連結するリンク部材３４とを有している。即ち、第２の４節リンク機構３０は、支持軸１２と、ピン１４と、球面軸受３２、３３とを４個の枢点とする平行リンク機構を構成している。
【００２８】
捩り用アクチュエータ４０は、固定支持体１１にブラケット４１によって取り付けられた流体圧シリンダ装置で構成されており、ピスントロッド４２の先端をピン４３によってレバー部材３１と駆動連結され、レバー部材３１を支持軸１２の中心軸線周りに回転駆動する。
【００２９】
曲げ用アクチュエータ４５は、固定支持体１１にブラケット４６によって取り付けられた流体圧シリンダ装置で構成されており、ピスントロッド４７の先端をピン４８によって揺動レバー１３の他端と駆動連結され、揺動レバー１３を支持軸１２の中心軸線周りに回転駆動する。
【００３０】
第１の４節リンク機構２０の２個の連接リンク部材２７、２８の中間部に各々ロードセルなどによる荷重検出器９０、９１が設けられている。
【００３１】
固定側ユニット５０は、図３に示すように、ユニット本体をなして基台１上に固定される固定支持体５１と、第１の平行リンク機構６０と、第２の平行リンク機構７０と、曲げ負荷付与手段である曲げ用アクチュエータ８０とにより構成されている。
【００３２】
第１の平行リンク機構６０は、フランジ状の下側配置の供試体側リンク部材６１と、供試体側リンク部材６１に対して平行に配置された三角板形状の上側配置の非供試体側リンク部材６２と、これら供試体側リンク部材６１と非供試体側リンク部材６２の両端を球面軸受６３、６４、６５、６６によって互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材６７、６８とにより平行四辺形をなし、供試体側リンク部材６１は供試体アタッチメントとして機能して中央部において供試体Ｗの右端（一端）を複数個のボルト６９によってフランジ接続式に固定接続される。すなわち、第１の平行リンク機構６０は、球面軸受６３、６４、６５、６６を４個の枢点とする平行リンク機構を構成している。
【００３３】
固定支持体５１は支持軸５２により揺動アーム５３の中間部を揺動（回動）可能に支持しており、第１の平行リンク機構６０は、非供試体側リンク部材６２の中央部をピン５４によって揺動アーム５３の一端部に回動可能に連結されて、揺動アーム５３により支持されている。
【００３４】
第２の平行リンク機構７０は、非供試体側リンク部材６２と、揺動アーム５３と、支持軸５２により回動可能に支持されて揺動アーム５３と同心配置のレバー部材７１と、球面軸受７２、７３によって非供試体側リンク部材６２とレバー部材７１とを枢動可能に連結するリンク部材７４とを有している。第２の平行リンク機構７０は、支持軸５２と、ピン５４と、球面軸受７２、７３とを４個の枢点とする平行リンク機構を構成している。
【００３５】
第２の平行リンク機構７０のレバー部材７１は、一端を固定支持体５１に固定された固定ロッド７５の他端とピン７６により連結され、回転不能の固定状態になっている。すなわち、固定ロッド７５がレバー部材７１の回動を禁止する固定手段をなしている。
【００３６】
曲げ用アクチュエータ８０は、固定支持体５１にブラケット８１によって取り付けられた流体圧シリンダ装置で構成されており、ピスントロッド８２の先端をピン８３によって揺動レバー５３の他端と駆動連結され、揺動レバー５３を支持軸５２の中心軸線周りに回転駆動する。
【００３７】
第１の平行リンク機構６０の２個の連接リンク部材６７、６８の中間部に各々ロードセルなどによる荷重検出器９２、９３が設けられている。
【００３８】
なお、複合負荷付与側ユニット１０と固定側ユニット５０とは部品の共通化が図られており、複合負荷付与側ユニット１０と固定側ユニット５０との相違点は、複合負荷付与側ユニット１０のレバー部材３１が捩り用アクチュエータ４０と駆動連結されて回動駆動されるのに対して、固定側ユニット５０のレバー部材７１が固定ロッド７５によって回動禁止状態に固定されていることである。
【００３９】
レバー部材７１が回動禁止状態であると云うことは、供試体側リンク部材６１が回動禁止状態にすることを意味し、供試体側リンク部材６１が供試体Ｗに作用する捩りトルクの反力を受け止める。
【００４０】
つぎに上述の構成による捩り・曲げ複合負荷試験機の作用について説明する。
【００４１】
供試体Ｗに対する捩りトルクの付与は、捩り用アクチュエータ４０によってレバー部材３１を支持軸１２の中心軸線周りに回動させることにより行われる。
【００４２】
レバー部材３１が支持軸１２の中心軸線周りに回動すると、リンク部材３４によって非供試体側リンク部材２２がピン１４の中心軸線周りに回動変位し、第１の４節リンク機構２０が回動する。
【００４３】
第１の４節リンク機構２０の回動とは、球面軸受２３、２４、２５、２６による４個の枢点により画定される平行四辺形が変形することであり、供試体側リンク部材２１が非供試体側リンク部材２２の回転角と同じ角度だけ回動する。この供試体側リンク部材２１の回動によって供試体Ｗに自身の中心軸線周りの捩りトルクが与えられる。
【００４４】
この時の捩りトルクは、固定側ユニット５０の第１の平行リンク機構６０の連接リンク部材６７の中間部に設けられている荷重検出器９２の計測値と、もう一方の連接リンク部材６８の中間部に設けられている荷重検出器９３の計測値との差により求められ、捩り用アクチュエータ４０のフィードバック制御に使用される。
【００４５】
供試体Ｗに対する曲げ力の付与は、曲げ用アクチュエータ４５、８０によって揺動アーム１３、５３を支持軸１２、５２の中心軸線周りに回動させることにより行われる。
【００４６】
揺動アーム１３が支持軸１２の中心軸線周りに回動すると、第２の４節リンク機構３０の平行リンク運動の下に第１の４節リンク機構２０の全体が、その平行四辺形の形状を変形させることなく上下に平行移動する。
【００４７】
これによって供試体側リンク部材２１が上下に平行移動し、供試体Ｗの左端側に曲げ力が与えられる。
【００４８】
この時に供試体Ｗの左端側に作用するラジアル荷重は、複合負荷付与側ユニット１０の第１の４節リンク機構２０の連接リンク部材２７の中間部に設けられている荷重検出器９０の計測値と、もう一方の連接リンク部材２８の中間部に設けられている荷重検出器９１の計測値との合計値により求められ、曲げ用アクチュエータ４５のフィードバック制御に使用される。
【００４９】
また、揺動アーム５３が支持軸５２の中心軸線周りに回動すると、第２の平行リンク機構７０の平行リンク運動の下に第１の平行リンク機構６０の全体が、その平行四辺形の形状を変形させることなく上下に平行移動する。
【００５０】
これによって供試体側リンク部材６１が上下に平行移動し、供試体Ｗの右端側に曲げ力が与えられる。
【００５１】
この時に供試体Ｗの右端側に作用するラジアル荷重は、固定側ユニット５０の第１の平行リンク機構６０の連接リンク部材６７の中間部に設けられている荷重検出器９２の計測値と、もう一方の連接リンク部材６８の中間部に設けられている荷重検出器９３の計測値との合計値により求められ、曲げ用アクチュエータ８０のフィードバック制御に使用される。
【００５２】
上述のように、捩りトルクの付与に際して非供試体側リンク部材２２は揺動レバー１３の先端のピン１４を中心して回動し、曲げ力の付与に際して揺動レバー１３は支持軸１２を中心して回動する。ここで、第２の４節リンク機構３０は、支持軸１２と、ピン１４と、球面軸受３２、３３とを４個の枢点とする平行リンク機構を構成しているから、非供試体側リンク部材２２のピン１４を中心とする回動運動と、揺動レバー１３の支持軸１２を中心する回動運動とは互いに干渉することがなく、捩り用アクチュエータ４０、曲げ用アクチュエータ４５の各々から独立に駆動力が伝達される。
【００５３】
これにより、供試体Ｗに大きい曲げ変形が生じても第２の４節リンク機構３０が低抵抗で動作するだけで、捩り用アクチュエータ４０の慣性マスによる曲げモーメントが発生することがなく、供試体Ｗに加わる曲げモーメントを正確にコントロールすることができる。従って、曲げ変形が大きい複合負荷も正確に行うことができる。
【００５４】
連接リンク部材２７、２８と供試体アタッチメントである供試体側リンク部材２１、また連接リンク部材６７、６８と供試体アタッチメントである供試体側リンク部材６１は、軽量構造にすることができるから、荷重検出器９０、９１、９２、９３の各々から供試体Ｗまでの移動部質量を小さくでき、荷重検出器９０、９１、９２、９３の剛性と移動部質量との共振周波数を高く設定することができる。
【００５５】
このことにより、高い周波数まで加振することができ、実動波試験などの動的な加振試験も可能になる。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による請求項１に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機によれば、捩り負荷と曲げ負荷とが作用するシャフトなどの負荷試験を行う捩り・曲げ複合負荷試験機において、供試体の一端を固定接続され、前記供試体に作用する捩りトルクの反力を受け止める固定側ユニットと、供試体側リンク部材、当該供試体側リンク部材と平行に配置された非供試体側リンク部材、前記供試体側リンク部材と非供試体側リンク部材の両端を互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材により四辺形をなし、前記供試体側リンク部材の中央部において前記供試体の他端を固定接続される第１の４節リンク機構と、前記第１の４節リンク機構を回動させて前記供試体に捩りトルクを与える捩り負荷付与手段と、前記第１の４節リンク機構全体を平行移動させて前記供試体に曲げ力を与える曲げ負荷付与手段とを有しているものとした。
【００５７】
このため、固定側ユニットが供試体の一端を固定し、第１の４節リンク機構の供試体側リンク部材の中央部に供試体の他端が固定接続され、捩り負荷付与手段によって第１の４節リンク機構を回動させることにより供試体側リンク部材を回動して供試体に捩りトルクを与え、これとは別に曲げ負荷付与手段によって第１の４節リンク機構全体を平行移動させることにより供試体側リンク部材を平行移動させて供試体に曲げ力を与えることができ、このことにより捩りトルクと曲げ力を互いに干渉することなく供試体に付与することができる。従って、曲げ変形が大きい試験においても、供試体に加わる曲げモーメントを正確にコントロールして正確な複合負荷を行うことができる。
【００５８】
請求項２に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機によれば、更に、固定支持体より揺動可能に支持された揺動アームを含み、前記平行リンク機構は前記非供試体側リンク部材の中央部を前記揺動アームの一端部に回動可能に連結されて前記揺動アームより支持され、前記非供試体側リンク部材、前記揺動アーム、前記揺動アームと同心配置のレバー部材、前記非供試体側リンク部材と前記レバー部材とを枢動可能に連結するリンク部材とにより第２の４節リンク機構が構成され、前記捩り負荷付与手段はレバー部材を回動させて前記非供試体側リンク部材を前記揺動アームとの支持点を中心として回動変位させるアクチュエータにより構成され、前記曲げ負荷付与手段は前記揺動アームを前記固定支持体との支持点を中心として回動させるアクチュエータにより構成されているものとした。
【００５９】
このため、捩り用アクチュエータがレバー部材を回動させることにより非供試体側リンク部材が揺動アームとの支持点を中心として回動変位し、これによって第１の４節リンク機構が回動することで供試体に捩りトルクに与え、これとは別に曲げ用アクチュエータが揺動アームを固定支持体との支持点を中心として回動させることにより第２の４節リンク機構の平行リンク運動の下に第１の４節リンク機構全体が平行移動することで供試体に曲げ力を与えることができ、このことにより捩りトルクと曲げ力を互いに干渉することなく供試体に付与することができる。従って、曲げ変形が大きい試験においても、供試体に加わる曲げモーメントを正確にコントロールして正確な複合負荷を行うことができる。
【００６０】
請求項３に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機によれば、第１の４節リンク機構を構成する２個の連接リンク部材の中間部に各々荷重検出器が設けられているとした。
【００６１】
このため、第１の４節リンク機構を構成する２個の連接リンク部材の中間部に各々設けられた荷重検出器によって供試体に作用する荷重の計測が行われ、この２個の荷重検出器の計測値合計値よりラジアル荷重を計測できる。この構造では、連接リンク部材と供試体アタッチメントである供試体側リンク部材を軽量構造にすることができるから、荷重検出器から供試体までの移動部質量を小さくでき、荷重検出器の剛性と移動部質量との共振周波数を高く設定することができる。このことにより、高い周波数まで加振することができ、実動波試験などの動的な加振試験も可能になる。
【００６２】
請求項４に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機によれば、前記固定側ユニットが、固定支持体より揺動可能に支持された揺動アームと、供試体側リンク部材、当該供試体側リンク部材と平行に配置された非供試体側リンク部材、前記供試体側リンク部材と非供試体側リンク部材の両端を互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材により平行四辺形をなし、前記非供試体側リンク部材の中央部を前記揺動アームの一端部に回動可能に連結されて前記揺動アームより支持され、前記供試体側リンク部材の中央部において前記供試体の他端を固定接続される第１の平行リンク機構と、前記非供試体側リンク部材、前記揺動アーム、前記揺動アームと同心配置のレバー部材、前記非供試体側リンク部材と前記レバー部材とを枢動可能に連結するリンク部材とによる第２の平行リンク機構と、前記レバー部材の回動を禁止する固定手段と、前記揺動アームを前記固定支持体との支持点を中心として回動させる曲げ用アクチュエータにより構成されているものとした。
【００６３】
このため、固定側ユニットにおいて、曲げ用アクチュエータが固定側ユニットの揺動アームを固定支持体との支持点を中心として回動させることにより第２の平行リンク機構の平行リンク運動の下に第１の平行リンク機構全体が平行移動し、固定側ユニットにおいても供試体に曲げ力を与えることができ、多様な捩り・曲げ複合負荷試験を行うことができる。
【００６４】
請求項５に記載の発明による捩り・曲げ複合負荷試験機によれば、前記固定側ユニットの前記２個の連接リンク部材の中間部に各々荷重検出器が設けられているものとした。
【００６５】
このため、固定側ユニットにおいて、第１の平行リンク機構を構成する２個の連接リンク部材の中間部に各々設けられた荷重検出器によって供試体に作用する荷重の計測が行われ、この２個の荷重検出器の計測値差より捩りトルクを計測でき、２個の荷重検出器の計測値合計値よりラジアル荷重を計測できる。この構造では、連接リンク部材と供試体アタッチメントである供試体側リンク部材を軽量構造にすることができるから、荷重検出器から供試体までの移動部質量を小さくでき、荷重検出器の剛性と移動部質量との共振周波数を高く設定することができる。このことにより、高い周波数まで加振することができ、実動波試験などの動的な加振試験も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による捩り・曲げ複合負荷試験機の一つの実施の形態を示す正面図である。
【図２】この発明による捩り・曲げ複合負荷試験機の一つの実施の形態を示す左側面図である。
【図３】この発明による捩り・曲げ複合負荷試験機の一つの実施の形態を示す右側面図である。
【図４】従来の捩り・曲げ複合負荷試験機を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 基台
１０ 複合負荷付与側ユニット
５０ 固定側ユニット
１１ 固定支持体
１２ 支持軸
１３ 揺動アーム
２０ 第１の４節リンク機構
２２ 非供試体側リンク部材
２１ 供試体側リンク部材
２７、２８ 連接リンク部材
３０ 第２の４節リンク機構
３１ レバー部材
３４ リンク部材
４０ 捩り用アクチュエータ
４５ 曲げ用アクチュエータ
５１ 固定支持体
５２ 支持軸
５３ 揺動アーム
６０ 第１の平行リンク機構
６１ 供試体側リンク部材
６２ 非供試体側リンク部材
６７、６８ 連接リンク部材
７０ 第２の平行リンク機構
７１ レバー部材
７４ リンク部材
７５ 固定ロッド
８０ 曲げ用アクチュエータ
９０、９１、９２、９３ 荷重検出器
Claims (5)
- 捩り負荷と曲げ負荷とが作用するシャフトなどの負荷試験を行う捩り・曲げ複合負荷試験機において、
供試体の一端を固定接続され、前記供試体に作用する捩りトルクの反力を受け止める固定側ユニットと、
供試体側リンク部材および当該供試体側リンク部材と平行に配置された非供試体側リンク部材と、前記供試体側リンク部材と非供試体側リンク部材の両端を互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材により四辺形をなし、前記供試体側リンク部材の中央部において前記供試体の他端を固定接続される第１の４節リンク機構と、
前記第１の４節リンク機構を回動させて前記供試体に捩りトルクを与える捩り負荷付与手段と、
前記第１の４節リンク機構全体を平行移動させて前記供試体に曲げ力を与える曲げ負荷付与手段と、
を有していることを特徴とする捩り・曲げ複合負荷試験機。 - 固定支持体より揺動可能に支持された揺動アームを含み、
前記第１の４節リンク機構は前記非供試体側リンク部材の中央部を前記揺動アームの一端部に回動可能に連結されて前記揺動アームより支持され、
前記非供試体側リンク部材と、前記揺動アームと、前記揺動アームと同心配置のレバー部材と、前記非供試体側リンク部材と前記レバー部材とを枢動可能に連結するリンク部材とにより第２の４節リンク機構が構成され、
前記捩り負荷付与手段はレバー部材を回動させて前記非供試体側リンク部材を前記揺動アームとの支持点を中心として回動変位させる捩り用アクチュエータにより構成され、
前記曲げ負荷付与手段は前記揺動アームを前記固定支持体との支持点を中心として回動させる曲げ用アクチュエータにより構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の捩り・曲げ複合負荷試験機。 - 前記２個の連接リンク部材の中間部に各々荷重検出器が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の捩り・曲げ複合負荷試験機。
- 前記固定側ユニットは、
固定支持体より揺動可能に支持された揺動アームと、
供試体側リンク部材および当該供試体側リンク部材と平行に配置された非供試体側リンク部材と、前記供試体側リンク部材と非供試体側リンク部材の両端を互いに枢動可能に連結する２個の連接リンク部材により平行四辺形をなし、前記非供試体側リンク部材の中央部を前記揺動アームの一端部に回動可能に連結されて前記揺動アームより支持され、前記供試体側リンク部材の中央部において前記供試体の他端を固定接続される第１の平行リンク機構と、
前記非供試体側リンク部材と、前記揺動アームと、前記揺動アームと同心配置のレバー部材と、前記非供試体側リンク部材と前記レバー部材とを枢動可能に連結するリンク部材とによる第２の平行リンク機構と、
前記レバー部材の回動を禁止する固定手段と、
前記揺動アームを前記固定支持体との支持点を中心として回動させる曲げ用アクチュエータにより構成されている、
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の捩り・曲げ複合負荷試験機。 - 前記固定側ユニットの前記２個の連接リンク部材の中間部に各々荷重検出器が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の捩り・曲げ複合負荷試験機。
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