KR100377373B1 - 와이어의 복합 피로 시험기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이어의 굴곡 피로 특성과 비틀림 특성 등에 대한 시험을 동시에 실시할 수 있는 와이어의 복합 피로 시험기에 관한 것이다.

본 발명의 복합 피로 시험기는 와이어의 일측 단부를 고정시킴과 동시에 정/역회전 모터에 의해 부여되는 비틀림 응력을 와이어에 전달하는 매개체인 고정구와, 정/역회전 모터에 의하여 좌우 진자 운동을 하는 굴곡 시험 로드와, 굴곡 시험 로드의 진자 운동에 의한 와이어의 움직임을 상하 직선 운동으로 변환하면서 추에 의하여 부여되는 인장 하중에 대한 작용점 역할을 하는 지지구와, 이들 고정구와 시험 로드 및 지지구가 지지되는 프레임으로 구성됨에 특징이 있다.

본 발명의 복합 피로 시험기는 굴곡 피로 시험과 비틀림 응력 시험을 동시에 수행할 수 있게 하는 것으로서, 굴곡 시험 로드 자체가 좌우 진자 운동을 함으로써 무게추에 의한 와이어 축과 일치하는 종응력과 함께 와이어 축과 일치하지 않는 횡응력을 시험 대상 와이어에 부여하여 실사용 조건과 같은 복합적인 응력 조건 하에서의 와이어 거동 특성을 한 시험기에서 한 번의 시험을 통하여 파악할 수 있는 장점이 있을 뿐 아니라 굴곡 시험과 비틀림 시험을 각기 개별적인 실시도 가능한 바, 다양한 종류의 와이어 특성에 맞는 시험을 하나의 시험기에서 할 수 있어 와이어 특성 시험 검사 작업의 효율성을 제고할 수 있는 이점이 있다.

Description

와이어의 복합 피로 시험기{Fatigue and twist tester for wires}

본 발명은 와이어의 복합적인 내구성을 검사하기 위한 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 검사 대상 와이어 시편에 반복 굴곡 응력과 비틀림 응력 및 인장 응력을 동시에 부여하여 와이어의 내비틀림성을 포함한 복합적인 내피로성능을 검사하기 위한 와이어의 복합 피로 시험기에 관한 것이다.

일반적으로 와이어의 물리적 특성치에 대한 검사로는 인장시험, 피로시험, 튀틀림시험 등이 있으며, 상기 각 시험은 해당 시험을 위한 전용 시험기를 이용하여 각각 개별적으로 수행된다. 특히, 꼬임 구조의 와이어는 인장 하중에 대한 특성보다는 내피로 특성과 내비틀림 특성이 더욱 중요하다고 할 수 있으나 상기 각 특성들에 대한 시험이 별개의 시험으로 각기 행하여지기 때문에 굴곡 운동에 대한 내피로 특성과 내비틀림 특성에 대한 복합적인 특성 파악이 어려운 실정이다

즉, 와이어의 물리적인 각 특성들은 각 시험치를 참고할 수 있을 뿐, 종합적인 특성을 파악하기는 어려운 실정이다. 현재 이루어지고 있는 상기의 각 시험들은, 와이어가 사용될 때 와이어에 작용되는 복합적인 외부 응력을 여러 종류의 단순화된 응력으로 나누고, 나눠져 단순화된 응력과 동일한 형태의 응력을 와이어 시편에 적용함으로써, 한 가지 시험마다 와이어의 한가지 특성만을 파악하기 위한 것이기 때문에 단편화된 와이어의 특성을 파악할 수 있을 뿐이다.

따라서, 종래의 시험기로는 인장력, 굴곡응력, 비틀림 등이 복합적으로 작용되는 와이어의 실제 사용 조건에 대한 와이어의 특성을 종합적으로 파악할 수가 없다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 종래의 시험기는 와이어의 단편적인 한 측면에 대한 특성만을 검사할 수 있는 바, 와이어의 실제 사용 특성을 검사하고 비교할 수 있는, 와이어의 실제 조건과 같이 복합적인 응력을 동시에 부여할 수 있는 복합 시험기를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 본 발명 시험기의 사시도.

도 2는 본 발명 시험기의 구성품 조립 상태를 보인 것으로,

(가)는 시험기의 평면도이고,

(나)는 지지구의 조립 단면도이며,

(다)는 고정구의 조립 단면도이다.

도 3은 본 발명 시험기의 제어 블록도.

((도면의 주요부분에 대한 부호의 설명))

11. 프레임 12. 고정구

12C. 삽입편 13. 굴곡 시험 로드

13A. 관성추 13B. 굴곡 롤러

14. 지지구

본 발명의 상기 목적은 비틀림 시험을 위한 정/역회전 모터 및 고정구와, 굴곡 시험을 위한 정/역회전 모터 및 굴곡 롤러가 함께 구비됨으로써 달성된다.

본 발명 와이어의 복합 피로 시험기 일측 단부에 구비되는 와이어 고정구는 쐐기의 형상을 이용한 와이어 고정구로서, 볼트 같은 별도의 고정 수단 없이 와이어에 부여되는 인장력에 의하여 스스로 와이어가 고정되는 구조이며, 이 고정구에는 정/역회전이 가능한 모터가 연결되어 시험 대상 와이어에 반복적인 비틀림 응력을 부여한다.

본 발명 시험기의 중앙부에 장착되는 굴곡 시험 로드에 부착되는 굴곡 롤러는 하나 내지는 세개의 롤러로 구성되며, 둘 중의 하나 또는 셋 중의 중앙 롤러 하나는, 와이어에 부여하는 굴곡의 정도를 조절할 수 있도록 그 위치의 변경이 가능하다.

그리고, 굴곡 롤러가 부착되지 않은 굴곡 시험 로드의 타 단부측에는 원호상 톱니가 부착되고, 이와 치차 결합하면서 정/역회전 모터에 의하여 정/역회전하는 원판형 톱니 바퀴에 의하여 고정핀을 중심으로 상기 굴곡 시험 로드는 프레임 종축에 수직한 시험 로드 종축의 좌우 일정 각도 범위내에서 회동 운동이 가능한 구조이다.

그리고, 상기 본 발명 시험기의 타측 단부에는 상기 고정구에 고정되는 시험 대상 와이어가 굴곡 롤러를 통과한 후, 이 와이어에 적절한 인장력을 부여할 수 있도록 와이어 통과공이 형성되는 와이어 지지구가 구비된다. 이 지지구의 좌우 위치는 변경될 수 있는데, 이는 상기 굴곡 사험 로드와 지지구 사이의 거리를 조절함으로써 와이어에 부여되는 시험 조건의 경중을 조절하기 위한 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 시험기의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.

도 1에 제어부와 부속되는 모터들을 제외한 본 발명 와이어 복합 피로 시험기의 사시도를 도시하였다,

도시된 바와 같이, 본 발명의 시험기(1)는 프레임(11)과, 와이어를 고정시킴과 동시에 정/역회전 모터에 의해 부여되는 비틀림 응력을 와이어에 전달하는 매개체인 고정구(12)와, 정/역회전 모터에 의하여 좌우 회동 운동을 하는 굴곡 시험 로드(13)와, 굴곡 시험 로드의 진자 운동에 의한 와이어의 움직임을 상하 직선 운동으로 변환하면서 와이어의 일측 단부에 연결되는 무게추(16)에 의하여 부여되는 인장 하중에 대한 작용점 역할을 하는 지지구(14)로 구성된다.

상기 프레임은 상 방향으로 개방된 'ㄷ'자형으로, 저면(11A) 일측 단부 가까이에는 시험 대상 와이어가 통과하는 와이어 통과홈(도2의 11B)이, 타측 단부에는 고정구가 지지되는 일측이 개방된 통과홈(도2의 11C)이 프레임 길이 방향으로 각각 형성된다.

상기 고정구(12)와 지지구(14)가 조립된 상태를 볼수 있는 도 2에서 알 수 있듯이 지지구(14)측 통과홈(11B)은 프레임 단부측이 막혀있으며, 고정구(12)측 통과홈(11C)은 프레임 단부측이 개방되어 있는 상태이다.

즉, 프레임 저면상에 놓여져 지지구 고정편(11E)과 프레임 저면 사이로 슬라이딩 시켜 분리할 수 있는 지지구(14)와 달리, 고정구(12)를 프레임으로부터 분리하기 위해서는 시험시 고정구가 들리는 것을 방지하기 위하여 프레임 상단에 고정구 상면을 지지하는 고정구 고정편(11D)이 부착되고 고정구(12)가 프레임 저면(11A)을 관통하고 있기 때문에 프레임(11)으로부터 고정구(12)를 슬라이딩 시켜 분리하기 위해서는 상기 통과홈(11C)의 프레임 단부측은 개방되어야 하는 것이다.

고정구(12)는 축의 한 방향으로 내경이 일정하게 증가하는 원통형 외형의 케이싱(12B)과 종단면 형상이 쐐기형인 삽입편(12C)으로 구성된다. 삽입편은 적어도 두개 이상의 세그먼트(segment)로 구성되며 삽입편을 밀착할 경우 그 외주면 형상은 원추형 형상을 하며, 케이싱의 내경은 원추형 삽입편 외주면과 밀착하도록 위에서 아래로 갈 수록 점차적으로 증가한다. 따라서, 삽입편 사이에 와이어(15)가 삽입된 상태에서 삽입편을 윗쪽으로 미는 힘이 작용되면 삽입편 간의 틈이 조여져 와이어가 고정되는 구조이며, 고정구의 프레임에 대힌 고정은 고정 볼트(12A)에 의한다. 그리고, 상기 삽입편을 밀착시키면 도 2의 (다)에 도시된 바와 같이 삽입편 상부에 내주면 단면이 나팔형인 공간(12D)이 형성되는데, 이에 대한 설명은 아래에서 하기로 한다.

지지구(14) 역시 외형은 상기 고정구와 같은 원통형이나 내주면의 직경은 위에서 아래로 갈수록 작아지는 나팔형으로서, 이는 상기 고정구(12)의 삽입편(12C) 밀착시 삽입편 상부에 공간(12D)이 형성되는 것과 같은 이유로서, 시험 대상 와이어의 일측 단부가 고정되어 움직일 때, 고정구와 지지구와의 접촉면에 의하여 꺽임과 같은 굴곡을 방지하기 위해서이다. 그리고, 지지구와 굴곡 시험 로드 사이의 거리(17) 및 고정구와 굴곡 시험 로드 사이의 거리(18)는 지지구구와 고정구를 프레임 저면 상에서 일정 범위내로 좌우 이동시킴으로써 그 위치 조정이 가능하며, 지지구와 고정구의 고정은 고정 볼트(14A)(12A)에 의한다. 이와 같이 지지구 및 고정구와 굴곡 시험 로드 사이의 거리를 조절하는 것은 시험 대상 와이어에 부여되는 굴곡의 정도를 조절하기 위한 것이다.

굴곡 시험 로드(13)는 그 일측 단부에 좌우 회동 운동을 위한 원호상 톱니(13A)가 부착되고, 타측 단부에는 굴곡 시험을 위한 세개의 굴곡 롤러(13B)가 부착되며 중앙부가 고정핀(13C)에 의하여 프레임(11)에 좌우 회전 가능하게 고정됨으로써, 상기 원호상 톱니(13A)에 치차 결합하며 정/역회전 모터에 의하여 정/역회전하는 원판형 톱니 바퀴(13D)에 의하여 굴곡 시험 로드는 고정핀을 회전 중심축으로 하여 좌우 일정 각도 범위내에서 원호상 궤적을 갖는 운동 즉, 좌우 회동 운동을 하게 됨으로써 시험 대상 와이어에 굴곡 응력을 부여하게 된다. 그리고, 세 굴곡 롤러(13B)중에서 중앙 롤러는 시험 대상 와이어에 부여되는 굴곡 정도를 조절하기 위하여 그 높이의 조절이 가능한 구조이며, 굴곡 롤러가 하나일 경우에도 상기와 같이 와이어에 부여되는 굴곡 정도를 조절하기 위하여 굴곡 롤러의 높이가 조절 가능한 것이, 두개의 롤러가 구비된 경우에도 둘 중 하나의 높이를 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명 시험기를 이용한 시험 방법은 다음과 같다.

시험 대상 와이어가 선정되면, 이를 적당한 길이로 절단하여 그 와이어의 일측 단부를 삽입편이 분리된 고정구 케이싱의 내경부에 완전히 관통시킨 다음 삽입편을 케이싱 하구(下口)를 통하여 케이싱내로 삽입시켜 와이어를 고정시킨다. 고정된 와이어를 굴곡 롤러를 통하여 지지구의 내경부로 통과시킨 후 와이어의 타측 단부에 시험에 필요한 하중에 해당하는 무게추를 연결함으로써 시험 준비가 완료된다.

도 1에 도시되지는 않았으나, 본 발명 시험기의 굴곡 시험 로드와 고정구에는 정/역회전 모터가 연결되어 굴곡 응력 부여를 위한 굴곡 시험 로드의 좌우 일정 범위내 회동 운동과, 비틀림 응력 부여를 위한 고정구의 정/역회전 운동이 가능하도록 되어 있으며, 본 발명 시험기의 동작 제어는 도 4에 도시된 제어 블럭도와 같이 이루어 진다.

즉, 제어부(41)에서 상기 굴곡 시험용 모터(43)와 비틀림 응력용 모터(44)의 속도 제어가 이루어지며, 상기 두 모터의 동작 상태인 동시에 굴곡 시험 로드의 좌우 진자 운동 횟수와 고정구의 정/역 비틀림 속도인 각 모터의 정/역회전 속도가 표시부(42)에 나타난다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 와이어의 복합 피로 시험기는 굴곡 피로 시험과 비틀림 응력 시험을 동시에 수행할 수 있을 뿐 아니라, 굴곡 시험 로드 자체가 좌우 회동 운동을 함으로써 무게추에 의한 와이어 축과 일치하는 종응력과 함께 와이어 축과 일치하지 않는 횡응력을 시험 대상 와이어에 부여하여 실사용 조건과 같은 복합적인 응력 조건 하에서의 와이어 거동 특성을 한 시험기에서 한 번의 시험을 통하여 파악할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 굴곡 시험과 비틀림 시험을 각기 실시 가능한 바, 다양한 종류의 와이어 특성에 맞는 시험을 하나의 시험기에서 할 수 있기 때문에 와이어 특성 시험 검사 작업의 효율성을 제고할 수 있는 이점이 있다.

Claims (7)

1. 와이어의 복합 피로 시험기에 있어서,

   "ㄷ"자형 바형 프레임과;

   상기 프레임의 일측에 장착되어 시험 대상 와이어의 일측 단부를 고정시킴과 동시에 고정된 와이어에 비틀림 응력을 부여하기 위한 정/역회전이 가능한 모터가 연결된 고정구와;

   정/역회전이 가능한 모터에 결합된 원판상 톱니에 치차결합되는 원호상 톱니가 하단부에 구비되고, 상기 프레임 중앙부에 고정되는 고정핀을 중심으로 좌우 회동 운동을 하며, 그 상부에는 시험 대상 와이어와 접촉되는 1∼3개의 롤러들이 결합된 굴곡 시험 로드와;

   상기 프레임의 타측 단부에 장착되어 굴곡 시험 로드의 회동 운동에 의한 시험 대상 와이어의 움직임을 상하 직선 운동으로 변환하면서 시험 대상 와이어의 타측 단부에 매달린 추에 의하여 부여되는 인장 하중에 대한 작용점 역할을 하는 지지구와;

   상기 고정구 및 굴곡 시험 로드에 연결되는 두 모터를 제어하기 위한 제어부와;

   두 모터의 정/역 회전수와 속도를 보여주는 표시부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 와이어의 복합 피로 시험기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고정구는 축의 한 방향으로 내경이 일정하게 증가하는 원통형 외형의 케이싱과 종단면 형상이 쐐기형인 삽입편으로 구성되며, 삽입편은 적어도 두개 이상의 세그먼트로 구성되고, 삽입편을 밀착시켰을 경우 밀착된 삽입편의 외형은 원추형 형상을 하며, 케이싱의 내경은 원추형 삽입편 외주면과 밀착하도록 위에서 아래로 갈 수록 점차적으로 증가하는 구조임을 특징으로 하는 와이어의 복합 피로 시험기.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 지지구는 외형이 원통형이나 내주면의 직경은 위에서 아래로 갈수록 작아지는 나팔형임을 특징으로 하는 와이어의 복합 피로 시험기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 굴곡 시험 로드 상부 세 굴곡 롤러들 중 중앙 롤러는 그 높이의 조절이 가능한 구조인 것을 특징으로 하는 와이어의 복합 피로 시험기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 굴곡 시험 로드 상부 두 굴곡 롤러들 중 일측 롤러는 높이의 조절이 가능한 구조인 것을 특징으로 하는 와이어의 복합 피로 시험기.
7. 제 1항에 있어서, 상기 굴곡 시험 로드 상부 하나의 굴곡 롤러는 높이의 조절이 가능한 구조인 것을 특징으로 하는 와이어의 복합 피로 시험기.