JPS622252B2 - - Google Patents

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JPS622252B2
JPS622252B2 JP13020082A JP13020082A JPS622252B2 JP S622252 B2 JPS622252 B2 JP S622252B2 JP 13020082 A JP13020082 A JP 13020082A JP 13020082 A JP13020082 A JP 13020082A JP S622252 B2 JPS622252 B2 JP S622252B2
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JP
Japan
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average load
load
vibration
test
torsional
Prior art date
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Expired
Application number
JP13020082A
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English (en)
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JPS5919834A (ja
Inventor
Katsuji Sarugi
Kazuyoshi Ogawa
Akira Yamada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP13020082A priority Critical patent/JPS5919834A/ja
Publication of JPS5919834A publication Critical patent/JPS5919834A/ja
Publication of JPS622252B2 publication Critical patent/JPS622252B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

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振或いは
これに近い状態で励振することによりねじり振動
荷重を加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を発生させる回転
偏心重錘10が取りつけられた加振レバー12を
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を回転させること
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。これによつて小さな強性加振力、即ち少ない
消費電力で疲労試験を可能とし、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
つている。 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20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、一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つた重錘を取りつけ
る手段が考えられる。しかしこの手段は、振動系
の共振点が取りつけた重錘の大きさに応じて著し
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
状態を得るように構成される疲労試験装置がある
が、これら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し、共振状態或いはこ
れに近い状態でねじり疲労試験を行う装置であつ
て構造が簡単で試験速度が早く、任意の大きさの
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
励振する振動系と、静的ねじりモーメントをねじ
り弾性体を介して被試験物へ伝える平均荷重装置
とを有し、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
んだねじり振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大きさ
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
くするようになつている。 以下、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
が示されており、この試験装置は振動荷重装置2
2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26は一端をチヤツク28
で把持されており、このチヤツク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の他端はチヤツク34へ把持されて
おり、このチヤツク34が固着された揺動軸36
は両端部付近が軸受38,40で軸支されてい
る。これらの軸受38,40間には揺動軸36へ
加振レバー42の略中央部が固着されて揺動軸3
6と共に揺動するようになつている。 この加振レバー42の一端には共振周波数調整
用重錘44が取りつけられており、この重錘44
の重量は変更可能となつている。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で制御され
るようになつており、この制御器52は比較器5
4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58を介してロードセル30へ
連結されている。 従つて試験片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46により発生される強制力の数倍
から数十倍の振動荷重を試験片26へ加えること
ができ、可変速モータ50の回転数を変更するこ
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
なつている。 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ばね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を振動荷
重装置22へ伝達させる役目を有すると共に、揺
動軸36の振動を平均荷重装置24へ伝達させな
いようになつている。 このねじりばね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6
8が固着されており、この平均荷重レバー68の
一端に重錘受け70を介して重錘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つてお
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はねじりばね60のば
ね定数Km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の共振周
波数
【式】の値を試験片26を含む 振動荷重装置22の共振周波数faよりも十分小さ
くなるように、一例として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。 即ち振動荷重装置22と平均荷重装置24の振
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
の共振周波数を振動荷重装置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
平均荷重装置24に含まれているねじりばね60
によつて振動的な絶縁がなされ、振動荷重装置2
2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けない。 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6
6、平均荷重レバー68の剛性、耐久性を考える
と平均荷重装置24の慣性モーメントを大きく下
げることはできないので実際はねじりばね60の
ばね定数を試験片26を含む振動荷重計のばね定
数よりもかなり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、揺動軸36と平
均荷重軸66とは一体的な運動をすることになり
試験速度が著しく低下するために適当でない。 従つて平均荷重装置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ようにな
つている。 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
Kmを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の回転によつて試験片2
6が共振状態となり、且つ平均荷重レバー68に
よつて所定値の平均荷重が加えられた状態で被労
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6
0によつて振動的な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つて荷
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74,76を被試験物としてねじり疲労試
験を行なつ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
と同等となつている。但しこの試験装置ではねじ
り弾性体として第4図のねじりばね60に換えて
トーシヨンバー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でも行つ
ている。 このねじり疲労試験に用いられた歯車74,7
6は浸炭鋼で製作されており、ピツチ円直径はそ
れぞれ40mm,80mmであり歯幅は両者とも15mmであ
る。 この場合の振動荷重装置22の共振周波数は55
Hz、平均荷重として20Kgm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5
Hzであつた。 この状態で振動荷重の振幅が±20Kgmの疲労試
験を行なつた結果、荷重繰り返し速度は45Hz、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であつた。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被労試験装置の荷重
繰り返し速度は10Hz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、ねじり弾性体のばね定数を被
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、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
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、ねじり弾性体によつて振
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
数を大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図は本実施例い係るねじり疲労試験装置の系統
図、第5図は一対の歯車を疲労試験する場合の試
験装置の系統図である。 22……振動荷重装置、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……平均荷重レバー、72……重錘、7
8……トーシヨンバー。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 被試験物が荷重装置によつてねじり共振状態
    に励振される振動系と、静的ねじれモーメントを
    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、を有し、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ばね定数
    よりも低くし、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
    大きさを設定したことを特徴とするねじり疲労試
    験装置。
JP13020082A 1982-07-26 1982-07-26 ねじり疲労試験装置 Granted JPS5919834A (ja)

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JPS5919834A JPS5919834A (ja) 1984-02-01
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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