JP6185447B2 - Stress measuring apparatus and stress measuring method - Google Patents
Stress measuring apparatus and stress measuring method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6185447B2 JP6185447B2 JP2014229672A JP2014229672A JP6185447B2 JP 6185447 B2 JP6185447 B2 JP 6185447B2 JP 2014229672 A JP2014229672 A JP 2014229672A JP 2014229672 A JP2014229672 A JP 2014229672A JP 6185447 B2 JP6185447 B2 JP 6185447B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- test piece
- thin film
- stress
- metal thin
- sliding surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
本発明は、相手部材と摺動する部材の摺動面の内部の応力を評価する技術に関する。 The present invention relates to a technique for evaluating stress inside a sliding surface of a member that slides with a counterpart member.
たとえば、金属ベルト式CVT変速機構においては、ベルトエレメントに対するプーリの接触部の摩耗防止が重要な課題である。非特許文献1によれば、プーリに対するベルトエレメントの摺動により、プーリの表層部には表面から数μmの深さまで微細化組織層が生じており、基地のマルテンサイト組織と微細化組織の境界付近に表面起点のクラックが観察されている。また、表面から15μm程度の深さに内部起点のクラックが発生していることが観察されている。そして、摩耗は、発生したクラックが進展し、表面がはく離して発生することが推察される。したがって、クラックの原因となるプーリの摺動面の内部歪ないし内部応力を把握することは、プーリの摩耗抑制手段を講ずる上で重要である。 For example, in a metal belt type CVT transmission mechanism, it is an important problem to prevent wear of a contact portion of a pulley with respect to a belt element. According to Non-Patent Document 1, due to the sliding of the belt element with respect to the pulley, a refined structure layer is generated from the surface to a depth of several μm on the surface of the pulley, and the boundary between the base martensite structure and the refined structure In the vicinity, cracks originating from the surface are observed. It has also been observed that cracks originating from the inside occur at a depth of about 15 μm from the surface. It is presumed that the wear occurs when the generated cracks progress and the surface peels off. Therefore, grasping the internal strain or internal stress of the sliding surface of the pulley, which causes cracks, is important in taking measures for suppressing pulley wear.
金属内部の歪の測定方法としては、中性子応力測定法や音弾性法が知られているが、これらは一般工業的には使用が困難である。摩耗に影響する内部歪は、摺動面から数100μm程度の深さまでに存在するものであり、そのような歪は歪ゲージのような直接測定する手段で測定することは不可能であるため、有限要素法等の計算法によって算出する他なかった。 Neutron stress measurement methods and acoustoelastic methods are known as methods for measuring strain inside metal, but these are difficult to use in general industrial applications. The internal strain that affects the wear exists from the sliding surface to a depth of about several hundred μm, and such strain cannot be measured by means of direct measurement such as a strain gauge. There was nothing but to calculate by a calculation method such as the finite element method.
非特許文献2には、電着銅薄膜を用いて金属部材の応力を測定する方法が紹介されている。この測定方法では、金属部材に電着銅の薄膜をメッキして薄膜の平面方向へ向けて金属部材に繰返し荷重を与える。これにより、薄膜にも繰返し荷重が作用し、薄膜に結晶が発生し成長する。そして、最大せん断応力が結晶の成長を支配するので、結晶の発生密度から最大せん断応力が計測され、結晶の方位から主応力の計測ができると報告されている。 Non-Patent Document 2 introduces a method for measuring the stress of a metal member using an electrodeposited copper thin film. In this measuring method, a thin film of electrodeposited copper is plated on a metal member, and a load is repeatedly applied to the metal member in the plane direction of the thin film. Thereby, a repeated load acts on the thin film, and crystals are generated and grow on the thin film. Since the maximum shear stress dominates crystal growth, it has been reported that the maximum shear stress can be measured from the crystal generation density and the principal stress can be measured from the crystal orientation.
しかしながら、非特許文献2に記載の技術にあっては、金属部材の表面のせん断応力やせん断歪は求めることはできるが、金属部材内部の応力を求めることができず、摺動面の内部の応力の評価を行うことはできなかった。したがって、本発明は、摺動面の内部の応力を評価することができる応力測定装置および応力測定方法を提供することを目的としている。 However, in the technique described in Non-Patent Document 2, although the shear stress and shear strain on the surface of the metal member can be obtained, the stress inside the metal member cannot be obtained, and the inside of the sliding surface cannot be obtained. Stress evaluation could not be performed. Therefore, an object of the present invention is to provide a stress measuring device and a stress measuring method capable of evaluating the stress inside the sliding surface.
本発明は、試験片の摺動面に相手試験片を接触させて往復摺動させ、前記試験片の内部応力を解析する応力測定装置において、試験片に、摺動面側から試験片の深さ方向に向けて金属薄膜を設け、金属薄膜を解析する解析手段を備えたことを特徴とする。 The present invention relates to a stress measuring apparatus for reciprocally sliding an opposing test piece in contact with a sliding surface of a test piece and analyzing the internal stress of the test piece. A metal thin film is provided in the vertical direction, and an analysis means for analyzing the metal thin film is provided.
試験片の摺動面に相手試験片を接触させて往復摺動させると、試験片が繰り返し負荷を受け、金属薄膜に粒子が発生する。この粒子の成長は、試験片に生じる最大せん断応力に支配されるため、金属薄膜に生成された結晶の密度は最大せん断を示す指標となる。本発明においては、金属薄膜が摺動面側から内側に向けて延在するから、結晶の密度と方位を計測することによって、試験片の内部の最大せん断応力と主応力を計測することができる。 When the mating test piece is brought into contact with the sliding surface of the test piece and slid back and forth, the test piece is repeatedly loaded and particles are generated in the metal thin film. Since the growth of the particles is governed by the maximum shear stress generated in the test piece, the density of crystals generated in the metal thin film is an index indicating the maximum shear. In the present invention, since the metal thin film extends inward from the sliding surface side, the maximum shear stress and principal stress inside the test piece can be measured by measuring the density and orientation of the crystal. .
ここで、金属薄膜としては銅、ニッケル、クロム、金、白金など種々の金属を用いることができるが、銅が好適である。金属薄膜は、電解メッキや無電解メッキ、あるいはスパッタリングなど凝固を経ない薄膜形成法で形成することによって非晶質とすることができる。金属薄膜の厚さは、10〜30μmであることが望ましい。また、金属薄膜は非晶質であることが望ましい。これにより、結晶の発生と成長が捉え易くなり、応力解析の精度が向上する。 Here, as the metal thin film, various metals such as copper, nickel, chromium, gold, and platinum can be used, but copper is preferable. The metal thin film can be made amorphous by forming it by a thin film forming method that does not undergo solidification, such as electrolytic plating, electroless plating, or sputtering. The thickness of the metal thin film is desirably 10 to 30 μm. The metal thin film is preferably amorphous. This makes it easier to capture the generation and growth of crystals and improve the accuracy of stress analysis.
金属薄膜は、摺動面に対して直交してもよく、傾斜していてもよい。金属薄膜に相手試験片が接触すると計測結果に影響を受けるので、金属薄膜は摺動面から内側に没しているか、摺動面に露出している場合には、相手試験片の金属薄膜の位置に凹部を設けることが望ましい。 The metal thin film may be orthogonal to the sliding surface or may be inclined. The measurement results are affected when the mating test piece comes into contact with the metal thin film, so if the metal thin film is immersed inward from the sliding surface or exposed to the sliding surface, the metal thin film of the mating test piece It is desirable to provide a recess at the position.
試験片は、摺動面に開口する凹部を備え、凹部の側面の一方または両方に金属薄膜を設けることができる。凹部の側面の一方のみに金属薄膜を設けることにより、金属薄膜の前に空間ができ、試験片からの金属薄膜への影響を軽減することができ、計測精度を高めることができる。また、凹部の側面の両方に金属薄膜を設けると、そのような効果に加えて計測のばらつきを把握することができるという効果が得られる。 A test piece is provided with the recessed part opened to a sliding surface, and can provide a metal thin film in the one or both of the side surface of a recessed part. By providing the metal thin film only on one of the side surfaces of the recess, a space is formed in front of the metal thin film, the influence of the test piece on the metal thin film can be reduced, and the measurement accuracy can be increased. Moreover, when a metal thin film is provided on both side surfaces of the concave portion, in addition to such an effect, it is possible to obtain an effect of grasping variation in measurement.
本発明は、上記の特徴を備えた応力測定用試験片である。また、本発明は、上記の応力測定装置を用いた応力評価方法であって、往復摺動を行った試験片の金属薄膜の表面をEBSD(Electron Backscatter Diffraction)で解析し、金属薄膜の結晶の発生密度から最大せん断応力を求め、結晶の方位から主応力を求めることを特徴とする応力評価方法である。 The present invention is a test piece for stress measurement having the above characteristics. Further, the present invention is a stress evaluation method using the above-described stress measuring device, wherein the surface of the metal thin film of the test piece that has been reciprocated is analyzed by EBSD (Electron Backscatter Diffraction), and the crystal of the metal thin film is analyzed. It is a stress evaluation method characterized in that the maximum shear stress is obtained from the generation density and the principal stress is obtained from the crystal orientation.
本発明によれば、摺動面の内部の応力を評価することができる応力測定装置および応力測定方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stress measuring apparatus and stress measuring method which can evaluate the stress inside a sliding surface are provided.
1.第1実施形態
以下、図面を参照して本発明の第1実施形態を説明する。図1において符号10は試験片である。試験片10は、金属ベルト式CVT変速機構のプーリを模したもので、一方の側面または両側面に銅薄膜(金属薄膜)12を電着メッキした金属ブロックを、銅薄膜12どうしを対向させて組み合わせ、溶接などの適宜な方法で金属ブロックどうしを接合して構成されている。この試験片10の摺動面13には、相手試験片20が押圧されている。
1. First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1,
相手試験片20は、金属ベルト式CVT変速機構のベルトエレメントであり、その側面には潤滑油の流路となる複数の溝21が形成されている。溝21は銅薄膜12に対向し、そのため銅薄膜12は相手試験片20と接触していない。
The
上記構成の応力測定装置では、試験片10の摺動面13に潤滑油を供給し、相手試験片20に試験片10に向かう垂直荷重を与え、その状態で試験片10を図1において紙面と直交する方向へ往復移動させる。そして、所定の繰返し数に達したら、試験片10を分解し、銅薄膜12の表面をEBSDにより解析する。EBSD解析により、金属薄膜の結晶の発生密度(成長粒子発生面積/測定領域面積)と結晶方位を求め、非特許文献2に記載された数式を用いて最大せん断応力と主応力を求める。
In the stress measuring apparatus having the above-described configuration, lubricating oil is supplied to the sliding
上記構成の応力測定装置においては、摺動面13の内部の所望の部分における最大せん断応力と主応力を計測することができる。特に、上記実施形態においては、銅薄膜12が相手試験片20と接触していないので、相手試験片20からの影響がなく正確な計測が可能である。
In the stress measuring apparatus having the above configuration, the maximum shear stress and the main stress in a desired portion inside the sliding
図2は上記第1実施形態の変形例を示す図である。この変形例では、銅薄膜12の間隔は一定ではなく、また、銅薄膜12の端部は試験片10の内部に没している。このような変形例においても銅薄膜12が相手試験片20と接触していないので、相手試験片20からの影響がなく正確な計測が可能である。
FIG. 2 is a diagram showing a modification of the first embodiment. In this modification, the interval between the copper
2.第2実施形態
図3は本発明の第2実施形態を示す図である。図3(A)に示すように、試験片30は、第1試験片30aと第2試験片30bとが互いに結合されたものである。第1試験片30aの側面には、その上下方向の全長(全面またはその一部)に亘って銅薄膜(金属薄膜)32が電着メッキによって形成されている。また、第2試験片30bの角部には、傾斜面34が形成され、銅薄膜32の前方に空間を形成している。このような試験片30は、第1試験片30aに銅薄膜32を形成した後に、第1、第2試験片30a,30bどうしを溶接等で接合して得ることができる。なお、第1、第2試験片30a,30bどうしをボルト等で締結してもよい。このような試験片30においては、銅薄膜32の前方に空間を形成しているので、試験片30からの銅薄膜32への影響が軽減され、正確な計測を行うことができる。
2. Second embodiment
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3 (A), the
図3(B)は図3(A)の変形例であって、試験片30cの角部に矩形の切欠35を設けたもので、図3(A)に示す試験片30と同様の効果を得ることができる。なお、切欠35の形状は任意であり、例えば弧状に形成することもできる。
FIG. 3B is a modification of FIG. 3A, in which a
図3(C)に示す実施形態は、第1試験片30dと第2試験片30eの角部に傾斜面34を形成し、それぞれの傾斜面34に銅薄膜32を形成したものである。このような試験片30においては、上記図3(A)および図3(B)に示す試験片30の効果に加えて、2つの銅薄膜32を有するから計測のばらつきを把握することができるという効果が得られる。
In the embodiment shown in FIG. 3C, inclined surfaces 34 are formed at corners of the
図3(D)に示す実施形態は、第1試験片30fと第2試験片30gの角部に、矩形の切欠35を設け、それぞれの切欠35の側面に銅薄膜32を設けたもので、図3(C)に示す試験片30と同様の効果を得ることができる。
In the embodiment shown in FIG. 3D,
図4(A)は図3(D)に示す試験片30に相手試験片40を接触させた状態を示すものである。相手試験片40には、溝41が形成されており、溝41の幅は銅薄膜32どうしの間隔よりも広く設定されている。これにより、銅薄膜32と相手試験片40との接触が回避され、相手試験片40からの銅薄膜32への影響がなく、しかも、銅薄膜32の前方に空間を形成しているので、試験片30からの銅薄膜32への影響が軽減され、計測の精度が高められる。図4(B)に示すように、溝41と銅薄膜32の距離を変えることで接触部の位置と内部応力の関係を求めることができる。
FIG. 4 (A) shows a state in which the
図4(B)は、切欠35の側面の全長(全面またはその一部)に亘って銅薄膜32を設けたものであるが、応力を計測することができる摺動面からの深さには限界があるため、図5(A)に示すように、計測できる範囲まで銅薄膜32を設けてもよい。あるいは、図5(A)に示す試験片30とは逆に、図5(B)に示すように、摺動面から離れた部分にのみ銅薄膜32を設けることができる。また、応力の計測可能な範囲が不明の場合には、図5(C)に示すように、銅薄膜32を深さ方向に分割して設けることにより、計測可能な範囲を見付けることができる。
In FIG. 4B, the copper
図6は往復摺動試験の手順を示す図である。先ず、片面に電解メッキにより銅薄膜を形成した金属ブロックを、銅薄膜どうしを合わせて組み合わせて試験片50とする。次いで、この試験片50を枠60に挿入する。この場合において、枠60と試験片50に隙間が生じた場合は、シムを使って隙間がゼロになるように調整するか、枠60に外力を加えて変形させ、隙間がゼロになるように調整してもよい。
FIG. 6 is a diagram showing the procedure of the reciprocating sliding test. First, a metal block in which a copper thin film is formed on one side by electrolytic plating is combined with the copper thin film to obtain a
次いで、枠60を往復摺動試験装置に装着する。この場合において、摺動ストロークの全域で相手試験片に設けた溝が試験片50の銅薄膜と一致するように摺動方向を調整する。次いで、相手試験片に荷重を負荷して往復摺動試験を開始する。そして、規定の繰返し数を完了したら、往復摺動試験を終了する。
Next, the
次いで、試験片50を枠60から取り出し、銅薄膜の表面をEBSDで解析する。銅薄膜に繰返し負荷が作用すると銅薄膜に結晶が発生し成長する。銅薄膜に作用する最大せん断応力が結晶の成長を支配するため、結晶の発生密度から最大せん断応力を計測し、結晶の方位から主応力を計測する。
Next, the
図6は本発明の試験片を金属ベルト式CVT変速機構のプーリ70に適用した例を示す図である。プーリ70は、プーリ本体71の外周にリング状の外周部材73を嵌合し、ボルト74で固定して構成されている。プーリ本体71の外周には、電解メッキによって銅薄膜72が形成されている。この銅薄膜72は、プーリ70の応力を評価したい場所に設けられている。銅薄膜72は、プーリ本体71の全周または周方向の一部に設けられている。そして、ベルトエレメント(相手試験片)80をプーリ70に押圧した状態で適宜な方法で固定し、プーリを往復回転させることで往復摺動試験を行うことができる。
FIG. 6 is a view showing an example in which the test piece of the present invention is applied to a
本発明は、金属ベルト式CVT変速機構のプーリなどの相手部品と摺動する部品の応力の計測に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for measuring the stress of a part that slides with a mating part such as a pulley of a metal belt type CVT transmission mechanism.
10…試験片、12…銅薄膜(金属薄膜)、13…摺動面、20…相手試験片、
21…溝、30…試験片、32…銅薄膜(金属薄膜)、35…切欠、40…相手試験片、41…溝、50…試験片、60…枠、70…プーリ、
80…ベルトエレメント(相手試験片)。
DESCRIPTION OF
21 ... groove, 30 ... test piece, 32 ... copper thin film (metal thin film), 35 ... notch, 40 ... mating test piece, 41 ... groove, 50 ... test piece, 60 ... frame, 70 ... pulley,
80: Belt element (counter specimen).
Claims (7)
前記試験片に、前記摺動面側から前記試験片の深さ方向に向けて金属薄膜を設け、前記金属薄膜を解析する解析手段を備えたことを特徴とする応力測定装置。 In the stress measuring device for reciprocally sliding the mating test piece in contact with the sliding surface of the test piece and analyzing the internal stress of the test piece,
A stress measurement apparatus comprising: an analysis unit configured to analyze the metal thin film by providing a metal thin film on the test piece from the sliding surface side in a depth direction of the test piece.
前記試験片に、前記摺動面側から前記試験片の深さ方向に向けて金属薄膜を設け、前記金属薄膜を解析することを特徴とする応力測定手法。 In the stress measurement method for analyzing the internal stress of the test piece by reciprocally sliding the mating test piece in contact with the sliding surface of the test piece,
A stress measurement method characterized in that a metal thin film is provided on the test piece from the sliding surface side in the depth direction of the test piece and the metal thin film is analyzed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014229672A JP6185447B2 (en) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | Stress measuring apparatus and stress measuring method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014229672A JP6185447B2 (en) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | Stress measuring apparatus and stress measuring method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016095145A JP2016095145A (en) | 2016-05-26 |
JP6185447B2 true JP6185447B2 (en) | 2017-08-23 |
Family
ID=56071740
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014229672A Expired - Fee Related JP6185447B2 (en) | 2014-11-12 | 2014-11-12 | Stress measuring apparatus and stress measuring method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6185447B2 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02240541A (en) * | 1989-03-14 | 1990-09-25 | Yasuo Nagase | Fatigue measuring instrument utilizing metallic thin film |
JP3209323B2 (en) * | 1996-10-11 | 2001-09-17 | 日産自動車株式会社 | Plate element and belt for belt-type continuously variable transmission, and belt-type continuously variable transmission |
JP4206112B2 (en) * | 2006-08-30 | 2009-01-07 | 株式会社神戸製鋼所 | Pulley for continuously variable transmission |
JP5020884B2 (en) * | 2008-04-30 | 2012-09-05 | 新日本製鐵株式会社 | Method for improving pitting fatigue resistance of sheave surface of pulley and method for manufacturing pulley with excellent pitting fatigue resistance |
-
2014
- 2014-11-12 JP JP2014229672A patent/JP6185447B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016095145A (en) | 2016-05-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Barhli et al. | J-integral calculation by finite element processing of measured full-field surface displacements | |
Yoneyama | Smoothing measured displacements and computing strains utilising finite element method | |
Vázquez et al. | Fretting fatigue investigation on Al 7075-T651 alloy: Experimental, analytical and numerical analysis | |
CN110672441A (en) | Characterization method of crack tip state in fatigue crack propagation process | |
CN104865310B (en) | The Pulsed eddy current testing apparatus and method of gear and axial workpiece carburizing depth | |
Abshirini et al. | Interaction of two parallel U-notches with tip cracks in PMMA plates under tension using digital image correlation | |
Avan et al. | Experimental and numerical investigations of oil film formation and friction in a piston ring–liner contact | |
CN109870258A (en) | A kind of instrumentation spherical shape indentation detection method of any residual stress of plane | |
JP6185447B2 (en) | Stress measuring apparatus and stress measuring method | |
Bär et al. | Investigation of energy dissipation and plastic zone size during fatigue crack propagation in a high-alloyed steel | |
Blug et al. | Application of high‐performance DIC for a comprehensive evaluation of biaxial fatigue crack growth experiments | |
Yang et al. | Existence and insufficiency of the crack closure for fatigue crack growth analysis | |
Haciane et al. | Photoelastic and numerical analysis of a sphere/plan contact problem | |
Beretta et al. | Stress Intensity Factor calculation from displacement fields | |
Bandara et al. | Fatigue strength prediction formulae for steels and alloys in the gigacycle regime | |
Zhang et al. | Crack analysis in unidirectionally and bidirectionally functionally graded materials | |
Brune et al. | Profile indentation pressure evaluation method for impulse manufacturing technologies | |
RU2354952C1 (en) | Method of determining residual stress | |
Özdin et al. | Investigation of Spring-Back and Spring-Go of AISI 400 S Sheet Metal in" V" Bending Dies Depending on Bending Angle and Punch Radius | |
CN103335905B (en) | Method for measuring microhardness of curved surface | |
JP2016217182A (en) | Valve lift amount measurement method of internal combustion engine | |
JP2014163795A (en) | Multi-axial stress load test device, multi-axial stress load test method, and method for predicting stress corrosion cracking | |
Behrens et al. | Investigation of surface topography evolution of sheet aluminum under pressure and tension | |
Tomasella et al. | Influence of the transient material behaviour in the fatigue life estimation under random loading | |
Brynk et al. | Mini-samples technique in tensile and fracture toughness tests of nano-structured materials |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160226 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20161216 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161226 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170215 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170706 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170727 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6185447 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |