JPS5813860B2 - ツカレキヨウドノ ソクテイホウナラビニ ソノソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は適宜の弾性力を保有する試験片を対象として、
その試験片がくり返しの曲げ応力等に対してどれだけの
疲れ強度をもっているかを測定する方法並びにその装置
に関するものである。

従来、一般的な機械部品にくり返しの曲げやねじれ荷重
が加わると、その材料の引張り強さや降伏点から計算し
た値よりもはるかに低い値の荷重で破壊が起こることが
知られている。

そこで、機械部品の実際の使用において、くり返しの曲
げやねじり荷重を受ける場合には、その機械部品がくり
返しの曲げ応力やねじり応力等に対してどれだけの疲れ
強度をもっているか、例えば或る値の応力で何回のくり
返しまで耐えられるかを、予め明確に把握しておく必要
がある。

実際の機械部品では、その使用態様においてくり返しの
応力の変化する様子、例えばどのような時間間隔をもっ
てどのような変化の応力を生ずるかはいろいろあるから
、その実際の使用態様のもとで、どれだけ耐えられるか
を測定すれは、最も理想的な試１験となる。

又、一方では実際の使用態様そのものではないけれども
、その疲れ強度が近似的にどれくらいあるのかを速やか
に求めたい場合もある。

このような場合、その対象とした機械部品には実際の荷
重変化に代わって他の物理的な外力のもとに応力変化を
与えなければならず、このためのエネルギー源を必要と
する。

しかも、疲れ強度の測定は、概して多くのくり返し回数
を伴うものであるから、例えその一回毎のエネルギーが
小さくとも、総じて膨大なエネルギーを要することとな
る。

しかるに本発明は、或る対象とした試験片に、くり返し
の曲げ応力やねじり応力等を発生させるにつき、その試
験片に保有する弾性力を巧みに利用したものであって、
これにより、特に多大なエネルギー源を何ら要すること
なく、極めて簡易に疲れ強度を測定し得るようにしたも
のである。

即ち、適宜の弾性力を保有する試験片は、その試験片単
独の状態でも、又、その試験片に他の重量付加物が組合
わされた状態でも、その弾性力に関係していわゆる自由
振動を行うことができ、しかも、その振動によってはそ
の試験片にくり返しの曲げ応力（曲げ振動のとき）やね
じり応力（ねじり振動のとき）を発生している。

そこで、その試験片の自由振動を何らかの助勢力のもと
に或る一定の振幅に維持すれば、前記試験片に対して一
定の値のくり返しの応力をその振動の周期で規則的に発
生させることができ、しかも、そのエネルギーは、例え
ばその一回の振動毎にその振動が減衰しないように順次
補正するだけの微少なものでも充分であるから、極めて
経済的である。

又、その振動の振幅の大小を変更すれば、その振動一回
毎に生ずる応力の大小も関係的に変化するから、それに
よって各種の応力値のもとて巾広い疲れ強度の測定を行
うことができる。

更に、その振動の周期を変更すれは、その周期に関係し
てくり返しの応力が発生する時間間隔をも変化させるこ
とができるから、これによって、いろいろな応力変化の
もとに巾広く測定することもできる。

以下に本発明を具体化した第一の実施例を第１図乃至第
６図についてその詳細を説明する。

図中１は試験片で、例えば細長の金属線材や薄帯状の金
属板等を対象とするものであるが、ここでは、手編機用
編針の粗材となる断面略小判形の鋼線材が取上げられて
いる。

２は前記試験片１と共に振動系を構成する一個の重量付
加物で、強磁性を有する例えば鉄材によってつくられる
。

この重量付加物２は、その中心部に備えた挿通孔３内に
前記試験片１を挿入し、かつ締ねじ４を操作することに
よって、その試験片１の下端部に堅く固定される。

５は測定器の本体で、その前面に一個のＬ形金具６が、
一対の取付ねじ７によって取付けられる。

８はそのＬ形金具６と共に試験片支持装置を構成する比
較的厚手の支持板で、この支持板８は、その上端部が前
記Ｌ形金具６に対して片持ち式に固定されているたみに
、その下端部分が撓曲し易いとは言えないまでもわずか
ながらに撓曲可能とされる。

この支持板８には、その下端部分に、前記試験片１の上
端部を挿嵌する凹溝９が上下に細長く設けられると共に
、その凹溝９に挿嵌した前記試験片１をその溝９内に堅
く固定するための上下の一対の締付ねじ１０が備えられ
る １１は前記支持板８の上端部付近の歪を検出するストレ
インゲージで、その支持板８の左右両側面に取付けた複
数のものを周知の如きブリッジ回路に組んで、前記支持
板８の歪を電気的な信号として取り出す。

１２は助勢力発生用の電磁石で、前記振動系の特に重量
付加物２に対応して本体５の前面に取付けられている。

第４図は助勢力発生のための制御装置の構成を示すもの
で、前記ストレインゲージ１１からの検出信号を受けて
、その微弱な信号を制御に適するまでに増幅する増幅器
１３が設けられると共に、その増幅器１３からの信号が
或る特定された値に対してどれくらいの差があるかを検
出する比較器１４が設けられる。

１５はその比較器１４に対して比較の基準となる値を適
宜に変更して設定するための基準値設定器で、その設定
のための操作ダイヤル１５ａと、そのときどきの基準値
を表示する指示装置１５ｂとが、本体５の前面に配置さ
れる。

１６は前記電磁石１２の励磁回路に挿入された電流制御
器で、この制御器１６は、前記比較器１４からの出力信
号、即ち差の信号を受けて、その差の大小により前記電
磁石１２の励磁回路に流れる電流の量を制御し、これに
よって前記電磁石１２の磁力を強くしたり弱くしたりす
る。

１７は同じく励磁回路に挿入されたＯＮ，ＯＦＦの切換
器で、この切換器１７は、前記増幅器１３からの信号を
受けて、その信号の波を感知することにより、その波の
一側頂点から他側頂点までの半サイクルの間だけに、前
記励磁回路をＯＮにする。

１８は前記増幅器１３からの出力信号を受けるカウント
用パルス発生器で、その信号の波を感知することにより
、その一サイクル毎に一つのパルスを発生し、その発生
パルスを電磁式のデイジタルカウンター（表示装置）１
９に送出する。

このデイジタルカウンター１９は、一つのパルスを受け
る毎に数字車をーピツチだけ歩進する周知のもので、本
体５の前面に外部より観察可能に配置されると共に、同
じく周知の帰零ボタン１９ａが備えられる。

上記構成において、例えば前記試験片１を第１図実線示
の状態に取付けてから、その試験片１並びに重量付加物
２からなる振動系を、そのままに停止させておけば、こ
れによって前記ストレインゲージ１１には伺らの歪信号
も検出されず、従って、前記切換器１７に対し何らの信
号も送られないままとなる。

よって、前記電磁石１２の励磁回路がＯＮになることが
ない。

そこで、前記試験片１の疲れ強度を測定する場合には、
前記振動系を第１図矢線方向のいづれか一方向に押圧し
かつその抑圧を急激に解除すればよい。

これによって、その振動系は、前記試験片１自体に弾性
力を保有するために、その振動系に固有の周波数をもっ
て、即ち、前記試験片１に保有する弾性力に基因するは
ね定数と、その振動系全体の質量とによって決定される
固有の周波数をもって自由振動を開始する。

このとき、その振動系を支示した前記支持板８は、その
支持板８が比較的厚手の撓曲し難い材質からなるとはい
っても、その支持板８の本体５に対する片持ち式の支持
のために、その振動方向と同方向に撓曲傾向が与えられ
、これによってわずかながらも撓曲歪が発生する。

しかも、その支持板８は、例えば右方向へ振動する振動
系によって同じく右方向への撓曲傾向が与えられ、又、
左方向に振動する振動系によって同じく左方向への撓曲
傾向が与えられるので、その振動系に固有の周波数と同
じ周波数で撓曲歪が発生する。

従って、その撓曲のために前記支持板８の上端部付近に
発生する歪は、前期振動系に固有の周波数でしかもその
振動振幅の大小に応じて変化する。

即ち、前記振動系の振動のために生ずる試験片のくり返
しの曲げ応力は、その振動振幅の大小に関係し、しかも
その周期に関係して生ずるものであるから、これによっ
て、前記支持板８の歪が前記試験片１のくり返しの曲げ
応力の変化を表わすこととなる。

この支持板８の歪は、前記ストレインゲージ１１によっ
て直ちに電気的な信号として検出され、もしその信号レ
ベルが前記切換器１７を動作するに必要なレベル以上で
あれば、その切換器１７が動作して前記電磁石１２の励
磁回路がＯＮとされる。

即ち、前記ストレインゲージ１１からの電気的な歪信号
は、前記振動系の振動方向に関係して第４図乃至第５図
に示されるようなサイクルを描くが、今、例えば、その
各図に示されるように、歪信号の波の振幅方向と、前記
振動系の実際の振動方向とが一致させてあるとすれば、
その信号の波の左側頂点から右側頂点までの半サイクル
の間だけ、前記電磁石１２に電流が流れる。

そして、そのときどきの流れる電流量は、前記電流制御
器１６によって制御されるので、例えは、予め設定した
基準値に対してストレインゲージ１１からの歪信号が余
りに小さい場合には、多くの電流が流れるし、又、その
歪信号が余り小さくない場合には、少ない電流が流れる
。

これによって、もし電磁石１２の磁力が強く発生すれば
、その発生磁力によって前記振動系の特に重量付加物２
を強く吸引することとなるので、その振動系全体の振幅
が大きくなる。

すると、その振動のために生ずる前記支持板８の歪も、
当然に大きくなって、今度は前記電磁石１２に少ない電
流が流れ、これによって、その発生磁力も弱くなる。

これらの制御動作によって、前記振動系が自由振動を続
けるとき、その振動の減衰に応じた助勢力が前記電磁石
１２によって順次与えられると、前記振動系が或る一定
のレベルで振動すると共に、前記支持板８の歪が、略一
定の値に維持されるようになり、そしてその値の大小は
、前記基準値によって決定される。

この支持板８の歪が略一定の値に維持されることは、と
りもなおさず、前記試験片１に略一定の値の曲げ応力を
くり返し発生させていることであり、これによって、疲
れ強度を測定することができる。

又、前記支持板８の歪の値の大小を変動させること、即
ち、基準値を変更することは、前記振動系の振動振幅の
大小を変化させることで、これにより、前記試験片１に
は、大きな値や小さい値の曲げ応力をくり返し発生させ
ることができる。

このようにして、くり返しの曲げ応力が発生する前記試
験片１は、その曲げ応力値が或る一定以上になるといわ
ゆる疲れ破壊を起こすことがあり、この破壊が生じるま
でのくり返しの振動回数が重要な資料となる。

このために、前記支持板８からの歪信号が、増幅器１３
を経てカウント用パルス発生器１８に加えられるが、こ
の発生器１８は、その歪信号の一サイクル毎に一つのパ
ルスヲ規則正しく発生するので、これによって、前記デ
イジタルカウンター１９にその信号サイクルを順次加算
させ、これをもって、前記試験片１に生ずる曲げ応力の
くり返し回数を表示できる。

しかも、そのカウント動作は、前記試験片１に疲れ破壊
が生ずると自動的に停止させることができるもので、例
えば、前記試験片１が最も破壊し易い部分（最大曲げ応
力の発生部分）で破壊を起こすと、その振動が停止する
か或いは振動系そのものが落下して存在しなくなるので
、前記支持板８の歪が発生せず、これによって、何らの
歪信号も伝達されないから、カウント用パルスの送出が
停止される。

又、これと共に前記切換器１７に対し何らの信号も送ら
れないままとなるので、電磁石１２の励磁回路もＯＮに
なることはない。

第６図は本装置を利用して応力−くり返し数曲線いわゆ
るＳ−Ｎ曲線を二種の試験片ａ，ｂを対象として夫々に
つき求めたものである。

即ち、前記基準値設定器１５の操作つまみ１５ａを適宜
に操作して、その基準値をいろいろに変更することによ
り、そのときどきの疲れ破壊までのくり返し数を測定し
たものである。

そして、その結果を縦軸に応力の大きさＳをとり、横軸
（対数目盛）にくり返し数Ｎをとって表わしたものであ
るが、その応力の大きさＳについて、例えば基準値設定
器１５の指示目盛と、その目盛に合わせたときの実際の
試験片１の曲げ応力との関係を求めさえすれば、これに
よって、その試験片１の疲れ強度を適確に把握すること
ができる。

ときに、多数の試験片１を対象として、そのいずれにお
いても常に同一の重量付加物２を組合わせれば、常に一
定の周波数でくり返しの曲げ応力を発生させることかで
きるが、例えば、くり返しの応力が発生する時間間隔を
も変えて、これにより疲れ強度かどのように変化するか
を測定することもできる。

即ち、重量付加物２の重量を適宜に増減すれは、言い換
えれば、互いに重量の異なる重量付加物２を多数用意し
て、その内の適宜のものを前記試験片１に組み合わせれ
ば、これによってその振動系全体の質量が変化するので
、その振動系に固有の周波数を必要に応じて容易に変更
することができる。

又、強磁性体製の重量付加物２を組合わせることは、そ
れ自体強磁性をもたない試験片１にあっても、その試験
片１を含む振動系に対して助勢力を容易に与えることが
でき、これによって、例えば合成樹脂材料や銅、アルミ
等の非鉄材料等からなる試験片をも、容易に測定するこ
とができる。

更に、対象とした試験片１にあって、それ自体単独では
極めて高い周波数で自由振動を行うために、例えば、そ
の周波数が測定装置の特に前記デイジタルカウンター１
９等の応答可能な範囲を越える場合であっても、その試
験片１に前記重量付加物２を適宜に組合わせれば、これ
によって、その試験片１を含む振動系全体の周波数を低
く押さえて、測定を行うことができる。

従って、各種の試１験片を対象として巾広く測定できる
。

次に本発明を具体化した第二の実施例を第７図及び第８
図について説明する。

本実施例は、前実施例における制御装置等の構成を異に
するもので、その異なる点についてのみ説明する。

図中２０は前実施例に準じて試験片１に取付けられる重
量付加物で、その左右の側面にＳＮの磁極をもつ永久磁
石製とされている。

２１はその重量付加物２０の一方の磁極に対向して配置
された助勢力発生用の電磁石である。

第７図は助勢力発生のための制御装置の構成を示すもの
で、この装置は、前実施例における電流制御器１６、切
換器１７に変えて次の部分をもっている。

即ち、増幅器１３からの出力信号を受けて、その信号の
位相を４分の１サイクル分ずらす位相変換器２２が備え
られると共に、その変換器２２からの一定レベル以上の
信号を受けて動作する利得可変増幅器２３が備えられる
。

この増幅器２３は、比較器１４からの差の信号をも受け
て、その差の大小により前記変換器２２からの信号の増
幅度を変え、これによって、前記電磁石２１に加える電
圧を大きくしたり小さくしたりする。

上記構成において、試験片１並びに重量付加物２０から
なる振動系を、第１図実線示の状態のように停止させて
おけは、その重量付加物２０の磁力によって電磁石２１
側にわずか偏った状態になるも、これによって前記スト
レインゲージ１１には極めてわずかの歪信号しか検出さ
れず、従って、前記利得可変増幅器２３に対しこれを動
作するに必要なレベル以上の信号が送られないままとな
る。

よって、前記電磁石２１に対しその励磁回路に電流を流
そうとする電圧が発生しないので、前記振動系はそのま
まの停止状態を維持する。

そこで、前記振動系を前実施例と同じ手操作によって振
動させると、その振動の開始と共に前記電磁石２１の励
磁回路が動作する。

即ち、前記ストレインゲージ１１からの歪信号が、例え
ば第７図及び第８図に示されるように、その信号の波の
振幅方向と、前記振動系の実際の振動方向とを一致させ
てあるとすれば、その位相が前記位相変換器２２によっ
て４分の１サイクルだけずらされ、これによって前記振
動系の右方向と左方向との振動とで正負の異なる電圧が
前記電磁石２１に加わる（ＳＮの極性が変換する）。

そして、その電圧の大小は、前記利得可変増幅器２３に
よって制御されるので、例えば予め設定した基準値に対
してストレインゲージ１１からの歪信号が余りに小さい
場合には、大きな電圧が加わるし、又、その歪信号が余
り小さくない場合には、小さな電圧が加わる。

これによって、もし電磁石２１の磁力が強く発生すれば
、その発生磁力によって前記振動系の特に重量付加物２
０の磁極に関係し、その右方向への振動にあってはこれ
を吸引する力が強く作用すると共に、その左方向への振
動にあってはこれを反発する力が強く作用するので、そ
の振動系全体の振幅が大きく助長される。

すると、その振動のために生ずる前記支持板８の歪も、
当然に大きくなって、今度は電磁石２１に対して小さな
電圧が加わり、これによって、その発生磁力も弱くなる
。

これらの制御動作によって、前記振動系が自由振動を続
けるとき、その振動の減衰に応じた助勢力が前記電磁石
２１によって順次与えられると、前記振動系が或る一定
のレベルで振動すると共に、前記支持板８の歪が、前実
施例と同じように略一定の値に維持されるようになり、
そして、その値の大小は、前記基準値によって決定され
る。

ときに、前二つの実施例のいずれにおいても、試験片１
から直接的に歪信号を取り出すことなく、その試験片１
を支持した支持板８から間接的に取り出すようにしたか
ら、測定の対象となる試験片１を取換える毎に、その各
試験片１に対しストレインゲージを取り付ける等の手間
がなく、その測定を容易かつ迅速に行うことができる。

もつとも、その支持板８に固有の振動数について、簡単
に言えばその撓曲のし易さについて考慮する必要はあり
、例えば、前記支持板８が振動系に比較し犬なる周波数
をもって、その支持板８に振動系の振動振幅に関係した
歪が発生するように注意する。

本発明は以上に説萌したように、適宜の弾性力を保有す
る試験片を対象として、その試験片がくり返しの曲げ応
力等に対してどれだけの疲れ強度をもっているかを測定
するにおいて、少なくとも前記試験片を含む振動系をそ
の振動系に固有の周波数をもって自由に振動させ、かつ
その試験片に生ずる応力を検出してその応力が略一定と
なるように前記振動系の外部からその自由振動に周期し
て加える助勢力のもとに前記振動系の自由振動を維持し
ながら、その振動系に固有の周波数で前記試験片にくり
返しの曲げ応力等を発生させるようにしたものである。

従って、前記試験片に対してくり返しの曲げ応力等を発
生させるにつき、そのために要する外部エネルギーは、
その試験片の自由振動が減衰しないように順次補正する
だけの微少なものでも充分であるから、極めて経済的に
疲れ強度の測定を行うことができる。

又、助勢力を変更することによって振動系の振動の振幅
を変更すれば、その振動の一回毎に生ずる応力の大小も
関係的に変化するから、これによって各種の応力値のも
とて巾広い疲れ強度の測定を簡単に行うことができる。

更に、振動系に固有の周波数を変更すれば、その周波数
に関係してくり返しの応力が発生する時間間隔をも適宜
に変化させることができるから、これによって、いろい
ろな応力変化のもとに巾広く測定することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は第一の実施例を示すもので、第１図
は本装置の一部切欠正面図、第２図は第１図の■−■線
における拡大断面図、第３図は重量付加物の斜視図、第
４図は制御装置の概略構成図、第５図は作用説明図、第
６図はＳ−Ｎ曲線を示す説明図である。 第７図及び第８図は第二の実施例を示すもので、第７図
は制御装置の概略構成図、第８図は作用説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 適宜の弾性力を保有する試験片を対象として、その
   試験片がくり返しの曲げ応力等に対してどれだけの疲れ
   強度をもっているかを測定する方法において、少なくと
   も前記試験片を含む振動系をその振動系に固有の周波数
   をもって自由に振動させ、かつその試験片に生ずる応力
   を検出してその応力が略一定となるように前記振動系の
   外部からその自由振動に周期して加える助勢力のもとに
   前記振動系の自由振動を維持しながら、その振動系に固
   有の周波数で前記試験片にくり返しの曲げ応力等を発生
   させることを特徴とする疲れ強度の測定方法。 ２ 適宜の弾性力を保有する試験片を対象として、その
   試験片がくり返しの曲げ応力等に対してどれだけの疲れ
   強度をもっているかを測定する装置において、少なくと
   も前記試験片を含む振動系をその振動系に固有の周波数
   をもって自由振動できるように支持する試験片支持装置
   と、前記振動系に対してその自由振動を維持するための
   助勢力を与える助勢力付与装置と、その助勢力付与装置
   に対し前記試験片に生ずる応力を検出してその応力が或
   る特定された略一定の値に維持されるのに必要なだけの
   助勢力を前記振動系の自由振動に周期して発生させるた
   めの制御装置と、前記振動系のくり返しの振動回数を検
   知してその回数をカウントし表示するための表示装置と
   を備えてなる疲れ強度の測定装置。 ３ 適宜の弾性力を保有する試験片を対象として、その
   試験片がくり返しの曲げ応力等に対してどれだけの疲れ
   強度をもっているかを測定する装置において、少なくと
   も前記試験片を含む振動系をその振動系に固有の周波数
   をもって自由振動できるように支持する試験片支持装置
   と、前記振動系に対してその自由振動を維持するための
   助勢力を与える助勢力付与装置と、その助勢力付与装置
   に対し前記試験片に生ずる応力を検出してその応力が或
   る特定された略一定の値に維持されるのに必要なだけの
   助勢力を前記振動系の自由振動に周期して発生させるた
   めの制御装置と、前記試験片に生ずる応力を適宜変更す
   るために前記助勢力付与装置の発生する助勢力を変更で
   きるようにするための装置と、前記振動系のくり返しの
   振動回数を検知してその回数をカウントし表示するため
   の表示装置とを備えてなる疲れ強度の測定装置。 ４ 適宜の弾性力を保有する試験片を対象として、その
   試験片がくり返しの曲げ応力等に対してどれだけの疲れ
   強度をもっているかを測定する装置において、少なくと
   も前記試験片を含む振動系をその振動系に固有の周波数
   をもって自由振動できるように支持する試験片支持装置
   と、前記振動系に含まれかつ前記試験片と共に振動する
   他の重量付加物の組合せによってその振動系に固有の周
   波数を適宜の値に変更可能とした周波数変更手段と、前
   記振動系に対してその自由振動を維持するための助勢力
   を与える助勢力付与装置と、その助勢力付与装置に対し
   前記試験片に生ずる応力を検出してその応力が或る特定
   された略一定の値に維持されるのに必要なだけの助勢力
   を前記振動系の自由振動に周期して発生させるための制
   御装置と、前記振動系のくり返しの振動回数を検知して
   その回数をカウントし表示するための表示装置とを備え
   てなる疲れ強度の測定装置。