JPS5919834A - ねじり疲労試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被試験物を含む装置全体を共撮或いはこれに近
い状態で励振することによりねじり振動荷重装置えるね
じり疲労試験装置に関する。

ねじり負荷を受ける機械構成部品、試験片等の被試験物
のねじり疲労試験（ねじり耐久試験を含む）を行う装置
として第１図に示される共振を利用した試験装置が用い
られている。

この装置では不釣り合い荷重全発生させる回転偏心重錘
１０が取りつけられた加振レバ−１２ｉ試験片１４へ固
定し、可撓軸１６を介して可変速モータ１８で回転偏心
重錘１０に回転させることにより、試験片１４．加振レ
バー１２等を各部品と共に共振状態に励振させる振動系
を形成している。これによって小さ々強性加振方、即ち
少ない消費電力で疲労試験全可能とし、共振状態を利用
して迅速に疲労試験を行うことができるようになってい
る。

ところがこのようなねじり疲労試験装置の荷重波形は、
第２図にサイン波２ｏで示される如くねじり荷重の最大
トルクと最小トルクの値が等しく且つ符号が反対の波形
である。これに対し、第３図にサイン波２０Ａ、２０Ｂ
、２０Ｃで示される如く実際の機械部品等は平均荷重が
零でない振動荷重を受ける場合が多い。このような平均
荷重が所定値であるねじり疲労試験を第１図の装置で実
施する場合には、−例として加振レバー１２の先端に平
均荷重の大きさに見合った重錘を取りつける手段が考え
らね、る。しかしこの手段は、振動系の共振点が取りつ
けた重錘の太きζに応じて著しく下がるため、試験能率
が低下する不具合を有する。

また圧力媒体を用いた荷重装置と流体サーボ制御調節装
置とで平均荷重を加えた上でねじり共振状態金得るよう
に構成される疲労試験装置があるが、これ［−）は圧力
発生源を必要とすること及び流体サーボ機構を有するこ
とにより高価な試験装置で且つ大型となる。

本発明は上記事実を考慮（〜、共搗状態或いはこれに近
い状態でねじり疲労試験を行う装置であって構造が簡卸
で試験速度が早く、任意の太き芒の平均荷重を加えた状
態で疲労試験を行うことができるねじり疲労試験装置を
得ることが目的である。

本発明に係るねじり疲労試験装置は共振状態に励損する
振動系と、静的ねじりモーメントｆねじり弾性体を介し
て被試験物へ伝える平均荷重装置と金有し、ねじり弾性
体のばね定数は被試験物を含んだねじり振動荷重装置の
ばね定数よりも低くし且つ平均荷重装置の共振周波数を
被試験物を含んだねじり］辰動荷重装置の共振周波数よ
り低くなるべく、平均荷重装置の慣性モーメントの太き
びを設定して共振振動系が平均荷重装置の慣性モーメン
トの影響を受けることがなく、試験速度を早くするよう
に々つている。

以下２本発明の実施例を図面に従い説明する。

第４図には本実施例に係るねじり疲労試験装置が示でれ
ており、この試験装置は振動荷重装置２２と平均荷重装
置２４とを有している。

最初に振動荷重装置２２について説明すると。

被試験物である試験片２ｆｌｔ一端をチャック２８で把
持づれており、このチャック２８は荷重検出用のロード
セル３０を介して固定フレーム３２へ取りつけられてい
る。

試験片２６の他端はチャック３４へ把持烙れており、こ
のチャック３４が固着された揺動軸３６は両端部伺近が
軸受３８，４０で軸支ばれている。

これらの軸受３８，４０間にけ揺動軸３６へ加振レバー
４２の略中央部が固着されて揺動軸３６と共に揺動する
ようになっている。

この加振レバー４２の一端には共振周波数調整用重錘４
４が取りつけられており、この重錘４４の重量は変更可
能と寿っている。一方この加振レバー４２の他端には励
振器４６が取りつけられている。この励振器４６には従
来例と同様に不釣り合い荷重を発生させる回転偏心重錘
が軸支されており、この重錘は可撓軸４８を介して可変
速モータ５０へ連結されている。

この可変速モータ５０は制御器５２で制御式れるように
なっており、この制御器５２は比較器５４を介し゛て設
定器５６へ連結されている。この比較器５４は増幅器５
８を介してロードセル３０へ連結されている。

従って試験片２６を含む振動荷重装置２２の共振点付近
の周波数で可変速モータ５０を回転させると、励振器４
６により発生される強制力の数倍から数十倍の振動荷重
全試験片２６へ加えることができ、可変速モータ５０の
回転数全変更することにより励振器４６の強制力の大き
さ及び周波数を変化させて共振倍率を変化させることが
できる。

また試験片２６に作用する荷重振幅はロードセル３０で
測定され、この測定結果が比較器５４で設定器５６から
の設定値と比較され、設定値と実際の荷重振幅とに差が
ある場合には制御器５２が可変速モータ５０の速度を変
更して試験片２６へ作用する荷重振幅を所望の値に維持
するように々つている。

次に平均荷重装置２４について説明すると、この平均荷
重装置２４では、一端が揺動軸３６へ固着されたねじり
弾性体としてのねじりげね６０を有している。このねじ
りばね６０は平均荷重装置２４で生じた静的ねじりモー
メントのみ全振動荷重装置２２へ伝達させる役目を有す
ると共に１揺動軸３６の振動を平均荷重装置２４へ伝達
させないように々つている。

このねじ９ばね６０の他端は、軸受６２，６４で軸支さ
れた平均荷重軸６６の一端へ固着されている。この平均
荷重軸６６へは平均荷重レバー６８が固着されており、
この平均荷重Ｌ／　バー　５８の一端に重錘受け７０全
介して重錘７２が吊り下げられている。この重錘７２は
試験片２６へ作用する平均荷重の大きさを決定するよう
になっており、平均荷重はこの重錘７２の重量を変更す
ることにより行われる。

ここに平均荷重装置２４ばねじりばね６０のばね定数ｋ
ｍ及び平均荷重レバー６８の慣性モーメントＪｍから計
算される平均荷重装置２４の共振荷重装Ｒ２２の共振周
波数ｆａよりも十分小嘔くなるように、−例として３分
の１以下になるようにｋｍ、Ｊｍの値が定められる。

このように平均荷重装置２４の共振周波数を振動荷重装
置２２の共振周波数よりも低くするのは以下の理由から
である。

即ち撮動荷重装置２２と平均荷重装置２４の撮動的な干
渉を防ぐ目的で、双方の共振点は相当量以上離す必要が
ある。この場合平均荷重装置２４の共振周波数を撮動荷
重装置２２の共振周波数よりも低くすると、実際の試験
状態において双方は平均荷重装Ｒ２４に含まれているね
じりはね６０によって振動的な絶縁が々され、振動荷重
装置２２の共振周波数は平均荷重装置２４の慣性モーメ
ントの影響をほとんど受は外い。

ところが平均荷重装置２４の共振周波数を振動荷重装置
２２の共振周波数よりも高くすることも考えられる。と
ころがこの場合は、平均荷重軸６６、平均荷重レバー６
８の剛性、耐久性を考えると平均荷重装置２４の慣性モ
ーメント’ｉ＝大きく下げることはできないので実際は
ねじ（りばね６【０のばね定数全試験片２６を含む振動
荷重計のばね定数よりもかカリ高くする必要がある。し
かしこの結果、実際の試験状態において、揺ｗＪ軸３６
と平均荷重軸６６とは一体的な運動をすることＫｆｚり
試験速度が著しく低下するために適当でない。

従って平均荷重装置２４の共振周波数を振動荷重装置２
２の共振周波数よりも低くするようになっている。

また試験装置の耐久性を確保するためには、ねじりばね
６０に作用する荷重振幅を試験片２６へ作用する荷重振
幅よりも低くする必要があり、このためには試験片２６
を含む振動荷重装置２２のばね定数ｋａに対し、ねじり
ばね６０のばね定数ｋ　ｍ　ｆ　２分の１以下にするこ
とが好ましい。

このようにねじりばね６０のばね定数及び平均荷重レバ
ー６８の慣性モーメントが決定された本実施例では、モ
ータ５０の回転によって試験片２６が共振状態と々す、
且つ平均荷重レバー　６８によって所定値の平均荷重が
加えられた状態で疲労試験が行われる。この試験状態に
おいて、振動荷重装置２２と平均荷重装置２４とはねじ
りばね６０によって振動的々絶縁が施されているため、
荷重繰り返し速度は平均荷重装置２４の慣性モーメント
の影響をほとんど受けない。

このような本実施例の疲労試験装置では、変動するねじ
りトルクを伝達する軸又はスプライン継手のような荷重
入力側と荷重出力側の軸心が同軸的な品物の耐久試験の
みでなく、一対の歯車のように入力軸と出力軸が偏心し
且つ接触によって荷重を伝達する品物についても容易に
試験を行うことができる。

第５図はこの考えに基づき、一対の互に噛み合う歯車７
４％　７６を被試験物としてねじり疲労試験を行なった
状態を示している。

この第５図において第４図と同一番号は同一部品を示す
ものであり、試験装置は実質的に第４図と同等となって
いる。但しこの試験装置ではねじり弾性体と、して第４
図のねじりはね６０に換えてトーションバー７８が用い
られており、ロードセル３０による荷重検出は荷重振幅
計８０でも行っている。

このねじり疲労試験に用いられた歯車７４．７６は浸炭
鋼で製作されており、ピッチ円直径はそれぞれ４０＋ｍ
ｎ、８０ｎ＋ｍであり歯幅は両者とも１５■である。

この場合の振動荷重装置２２の共振周波数は５５Ｈｚ％
平均荷重として２０ｋｒｍに相当する重錘７２を用いた
ときの平均荷重装置２４の共振周波数は５１（ｚであっ
た。

この状態で振動荷重の振幅が±２０ｈｍの疲労試験を行
なった結果、荷重繰り返し速度は４５１−１　ｚ　、強
制振動力に対する試験振幅荷重の比である共振倍率は約
８であった。これに対して第１図に示す従来装置による
同様の条件での疲労試験装置の荷重繰り返し速度１ｄ：
１０）１ｚ程度でありこの実施例の試験能率がいかに優
れているかが判明する。

以上説明した如く本発明に係るねじり疲労試験装置では
共振状態を得るための振動荷重装置と平均荷重を得るた
めの平均荷重装置とをねじり弾性体を介して連結し、ね
じり弾性体のはね定数を被試験物を含んだねじり振動荷
重装置のはね定数よりも低くシ、平均荷重装置の共振周
波数を被試験物を含んだねじり撮動荷重装置の共振周波
数よりも低くなるべく平均荷重装置の慣性モーメントの
大きさを設定するので、ねじシ弾性体によって振動荷重
装置と平均荷重装置とが振動的に絶縁され、簡単な構造
でねじり振動荷重装置の共振周波数を犬きくして試験速
度を早くすることができる優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の疲労試験装置を示す系統図、第２図は従
来の試験装置によるねじり振動波形、第３図は実際の機
械構成部品のねじり振動波形、第４図は本実施例に係る
ねじり疲労試験装置の系統図１第５図は一対の歯ｌｉｋ
疲労試験する場合の試験装置の系統図である。 ２２・・・撮動荷重装置、　　２４・・・平均荷重装置
、２６・・・試験片、　　３６・・・揺動軸、　４２・
・・加振レバー、　４６・・・励振器、　　５０・・・
可変速モータ、６０・・ねじりばね、　６６・・・平均
荷重軸、６８・・・平均荷πｌレバー、　　７２・・・
重錘、　　７８・・・トーンヨンバー 代理人　弁理士　中　島　　淳 第１図 第２図　　　第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被試験物が荷重装置によってねじり共振状態に励
   振される振動系と、静的ねじれモーメン）Ｑねじり弾性
   体を介して被試験物へ伝え為平均荷重装置と、全有し、
   前記ねじり弾性体のばね定数を被試験物を含んだねじり
   振動荷重装置のはね定数よりも低くシ、平均荷重装置の
   共振周波数を被試験物を含んだねじり振動荷重装置の共
   振周波数より低く々るべく平均荷重装置の慣性モーメン
   トの大きさを設定したこと全特徴とするねじり疲労試験
   装置。