JPS6238331A - ボルト軸力の測定方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はボルト軸力の測定方法に係るものである。

（従来の技術） 超音波を利用したボルト軸力の非破壊方法として、超音
波を利用してボルト長さの変化を測定し、動力に換算す
る方法がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらこの方法は音弾性効果を利用する方法では
なく、ボルト締付前の初期測定値を必らず必要とし、非
破壊的方法とはいい難い。

現在までに音弾性効果を利用した応力測定対象は、何れ
も超音波の進行方向と垂直な平面内の平面応力に限られ
、ボルトの軸力のような超音波の伝搬方向と同じ方向の
一軸応力の測定例はない。

しかもボルトの軸力はボルトの材長方向、即ち超音波の
伝搬方向内で均一ではないため、従来の音弾性法則をそ
のまま適用することはできない。

（問題点を解決するための手段） 本発明はこのような問題点を解決するために提案された
ものであって、ボルトの材軸方向に伝搬する縦波と横波
との各伝搬時間を計測し、同縦横両波の伝搬時間の比率
の算出値に基いてボルトの締付軸力を演算することを特
徴とするボルト軸力の測定方法に係るものである。

（ｆｆ−ヨ）　　　　　　　　　　　　　　　１金属中
の縦波の音速ｖＬ、横波の音速ｖＴは音弾性理論によれ
ば、夫々下記の（１１式及び（２）式で与えられる。

ｖＬ＝ＶＬ　　（１＋ｇｃｒ）　　　　　　　　（１１
ＶＴ＝Ｖｒ　　（ｘ＋ｂσ）　　　　　　　　＋２＋こ
とに、 ｖＬ及びｖＴは夫々無応力時の縦波と横波との音速、 α、ｂは超音波媒質の種類によシ定まる定数、σは超音
波の伝搬経路内に均一に存在する一軸応力である。

ボルト締付時に生じる応力は、ボルト全長に亘シ均一で
ないため、ここに等価均等応力長さｌを導入する。

このｌ′はボルトの締付長さに成る一定の長さを加えた
値で、下記（３）式によって表わされる。

１’＝　１６　ｄＡ！／（Ｎ／Ａ）　　　　　　　　（
３）ここに、 Ｎ：ボルトの締付力 Ａ：ボルトのねじ部有効断面積 ｆσｄｌ：ボルトに生じている軸方向応力をボルト材長
に沿って積分した値である。

ボルトの全長を！とすれば、ボルトの材軸方向に伝搬す
る縦波と横波の伝搬時間ＴＬ、　ＴＴは下記（４）式及
び（５）式で表わされる。

Ｔｘ、＝１７ｖＬ＋（ｌ−！′）／ｖＬ０＝　ｌ’／Ｃ
（１＋（！ｌｊ）　ＶＬ″）　＋　（Ｊ−ｚ’）ｖＴ：
（４）ＴＴ　＝　ｌ’／’ｉＴ＋（、、、、／ｖ、。

＝　Ｊ７’（（１＋（１（Ｆ）ｖＴ′）　＋　（Ａ’−
１’）ＩＩＩ　　　　　　（５）（４）式と（５）式と
の比をとシＴＴ／ＴＬ＝Ｒ，五）α、ｏ＝Ｒｏ　ｅ　Ｃ
１−１ｔ）／ｌ　＝　、　　とおいてσに関して整理す
ると下記（６）式が得られる。

σ＋Ｒ−Ｒ６（（ｈ”ａｒ）Ｒ−（ａ”ｂｒ）Ｒ”σ＋
　−！−＝　０ ａｂｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）（６
）式の解（σ）は２次方程式（６）の２つの解のうち、
音速圧の条件（１＋ασ＞０．ｔ＋ｂσ〉０）を満足す
る解が正解である。

前記（６）式の解（σ）はＲ、Ｒｏ、α、Ａ、ｒで表わ
される。

而してＪＩＳ規格に適合するボルト類は通常、工場で量
産されるため、同一ロット内のボルトの超音波に関する
材料定数Ｒ８，ａ、ｈのばらつきは小さいと考えられる
。従って軸力測定の対象とされるボルト固有の材料定数
をその都度測定する必要はなくなシ、応力（０）を求め
るためのノぞラメータはＲ（＝ＴＴ／Ｔｂ）とデＣ＝ｌ
−１ｔ’／７１）のみとなる。

なおボルト長さに関するパラメータｒは、前記したよう
にＪ工Ｓ規格に適合するボルト類が通常工場で量産され
るので、同−四ツド内のボルトに関しては一定であり、
ｔた測定誤差がσの測定値に与える影響は（６）式から
判断して十分に許容しうる程度の値である。

而して本発明においては前記したように、ボルトの材軸
方向に伝搬する縦波と横波との各伝搬時間を計測し、同
縦横両波の伝搬時間の比率の算出値を演算装置に入力演
算して前記（６）式に基きボルトの締付軸力を求めるよ
うにしたものである。

（発明の効果） このように本発明によればボルトの材軸方向に伝搬する
縦横両波の伝搬時間を計測し、同縦横両波の伝搬時間の
比率の算出値に基いてボルトの締付軸力を演算すること
によって、超音波を利用した非破壊試験法によシ、ボル
ト軸力を正確、迅速に測定しうるものである。

（実施例） 以下本発明を図示の実施例について説明する。

（勾は被測定ボルトで、超音波が有効に伝搬するように
ボルト頭部の面を清掃、若しくは研磨したのち接触媒質
を塗布し、超音波伝搬時間測定装置（ｑに接続された超
音波縦波横波振動子（至）をボルト頭部に前記接触媒質
を介して密着させる。

前記超音波縦波横波振動子としては、電気信号を縦波と
横波との両方の超音波に、また縦波と横波との両層波を
電気信号に変換する振動子、或いは縦波専用振動子と横
波専用振動子とを接着して一体化した振動子が使用され
る。

また前記超音波伝搬時間測定装置（ｑはオシロスコープ
０及びマイクロコンピュータを内蔵した演算機器■に接
続されている。

而して前記超音波伝搬時間測定装置（ｑによってポル）
（Ａ）中をその材軸方向に伝搬する縦波、横波の各反射
伝搬時間ＴＬ、　Ｔ、　を測定し、この測定値を予め被
測定体のボルトを測定して得られた値α。

ｂ、ｒ及び無応力時の縦波の音速の比ＶＬ’　／Ｖ、１
’とともに演算機器（ト）に入力して演算し、ボルト締
付力を算出するものである。

このように前記実施例によればポル）（Ａ）の動力を、
同ポル）（Ａ）の材軸方向に伝搬する超音波を利用して
、非破壊的に、迅速且つ正確に測定しうるものであり、
この際、前記オシロスコープ（Ｄ）に表われる波形によ
って、超音波が正確にボルトの材軸方向に反射している
か否かを観測し、測定の正確を期するものである。

以上本発明を実施例について説明しだが、本発明は勿論
このような実施例にだけ局限されるものではなく、本発
明の精神を逸脱しない範囲内で種種の設計を改変しうる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するだめのボルト軸力の測
定装置の一実施例を示すフロー図である。 （Ａ）−・・ボルト、（Ｂ）・・・超音波縦波横波振動
子、（Ｃ）・・・超音波伝搬時間測定装置、（ト）・・
・演算機器。 代理人　弁理士　岡　本　重　文 外２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ボルトの材軸方向に伝搬する縦波と横波との各伝搬時間
   を計測し、同縦横両波の伝搬時間の比率の算出値に基い
   てボルトの締付軸力を演算することを特徴とするボルト
   軸力の測定方法。