KR20020016240A - 평면 직각2축 인장전단 시험기 - Google Patents

평면 직각2축 인장전단 시험기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평면상에 직각2축으로 된 하중장치를 제공하여 하나의 시험기를 이용하여 인장과 압축 및 파단시험을 수행할 수 있도록 함으로 시험의 용이성을 제공할 수 있도록 한 평면 직각 2축 인장전단 시험기에 관한 것으로서, 상기 평면 직각 2축 인장전단 시험기(10)는;
충분한 강성을 가지는 베이스(11)의 평면상에 직각 2축이 되도록 인장시험축선(P)과 전단시험축선(Q)상에 인장시험파트(12)와 전단시험파트(13)를 설치하고;
상기 인장, 전단시험파트(12,13)는 시험대상물을 고정하는 그립부(20)와;
상기 그립부(20)를 이송시켜 하중을 부여할 수 있도록 하는 이송부(40);
상기 그립부(20)와 이송부(40) 사이에 설치되어 그립부(20)의 하중을 측정하기 위한 하중변환기로 개재되는 로드셀(60);
상기 그립부(20)와 베이스(11) 사이에 설치되어 그립부(20)의 이송량을 바로 측정하기 위한 변위측정 센서로 개재되는 리니어 스캐일(51,52)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

평면 직각2축 인장전단 시험기{Rectangular biaxial tension and shear test machine on plane}
본 발명은 평면 직각 2축 인장전단 시험기에 관한 것으로서 작은 용량의 금속이나 비교적 강성이 작은 복합재료, 알루미늄과 같은 비철금속 및 취성이 큰 유리나 세라믹 등의 인장, 압축 및 전단시험을 용이하게 할 수 있는 정밀 시험기의 제공에 관한 것이다.
보편적으로 재료의 기계적 성질 및 파괴적 성질을 파악하기 위한 시험기는 단일모드(인장(압축) 또는 전단 또는 비틀림)만을 시험할 수 있는 즉, 하나의 인장(압축)시험을 위한 인장시험기나 인장시험기를 응용한 전단시험기 또는 비틀림 시험을 위한 비틀림시험기가 독립적으로 구성되어 있으며 최근에 와서는 인장과 비틀림을 동시에 행할 수 있는 시험기가 있다. 그러나 인장과 전단시험을 동시에 할 수 있는 시험기는 없는 실정이다.
이러한 종래의 시험기는 시험하고자 하는 대상이나 시험요소에 따라 각각의 시험기를 구비하여야 하기 때문에 시험자의 경제적인 비용부담이 가중되는 단점을 가진다. 또한 종래의 시험기는 하중을 부여함에 있어 스크루에 의한 기계식이거나 유압에 의한 유압식인데 이러한 시험기는 하중 방향이 바뀜에 따라 백래쉬가 존재하고 변위를 제어함에 있어 정밀제어가 곤란하여 취성이 큰 재료의 정밀 시험은 어렵다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명된 것으로서 평면상에 직각방향으로 각각 독립적인 2축 하중장치를 제공하여 하나의 시험기로부터 인장과 압축 및 전단시험을 행하고 하중의 방향변화에 대한 백래쉬 제거와 정밀한 변위제어가 가능한 시험기로서 재료시험의 용이성을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 기술이 적용된 평면 직각2축 인장전단 시험기의 평면도.
도 2는 도 1의 A - A선을 따라서 취한 평면 직각2축 인장전단 시험기의 단면도.
도 3은 도 1의 B- B선을 따라서 취한 평면 직각2축 인장전단 시험기의 단면도.
도 4는 도 1의 C - C선을 따라서 취한 평면 직각2축 인장전단 시험기의 단면도.
*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*
10; 테스터장치
11; 베이스
20; 그립부
21; 바디
23; 그립퍼
40; 이송부
44; 모터
45; 볼스크류
60; 로드셀
이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성과 작용 및 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 기술이 적용된 평면 직각2축 인장전단 시험기의 평면도, 도 2는 도 1의 A - A선을 따라서 취한 평면 직각2축 인장전단 시험기의 단면도, 도 3은 도 1의 B- B선을 따라서 취한 평면 직각2축 인장전단 시험기의 단면도, 도 4는 도 1의 C - C선을 따라서 취한 평면 직각2축 인장전단 시험기의 단면도로서 함께 설명한다.
본 발명의 기술이 적용되는 평면 직각 2축 인장전단 시험기(10)는 자중에 의한 처짐과 작동방향을 중력방향과 달리함으로써 동적마찰을 최소화하도록 하기위해 강성이 좋은 두꺼운 베이스(11)의 수평 평면에 직각 2축이 되는 인장시험축선(P)과 전단시험축선(Q) 상에 인장시험파트(12)와 전단시험파트(13)를 설치한다.
상기 인장 및 전단시험파트(12,13)는 시험대상물을 고정하는 그립부(20)와상기 그립부(20)를 이송시켜 시험을 수행할 수 있도록 하는 이송부(40), 상기 그립부(20)와 이송부(40) 사이에 설치되어 그립부(20)의 하중을 측정하기 위한 하중변환기로 개재되는 로드셀(60)과 상기 그립부(20)와 베이스(11) 사이에 설치되어 그립부(20)의 이송량을 바로 측정하기 위한 변위측정 센서로 개재되는 리니어 스캐일(51,52)로 형성한다.
상기 그립부(20)는 장방형상의 바디(21)상면에 시험재료에 따라 적합한 그립퍼(23)를 고정할 수 있도록 다수개의 나사구멍(22)을 가지며 그립퍼(23)를 수용할 수 있는 수용홈(24)을 형성하고, 전단시험파트(13) 바디(21)의 상면에는 시험재료가 투명한 재질일 때 재료의 거동을 측면에서 관찰할 수 있도록 경사진 거울부착대(25)를 형성한다.
상기 그립부(20)의 바디(21)의 저면에는 각 인장시험축선(P)과 전단시험축선(Q) 방향으로 슬라이딩레일(26)을 고정하여 바디(21)에 고정된 슬라이딩블럭(27)과 결합하여 정밀 이송할 수 있도록 한다.
상기 바디(21)의 인장시험축선(P), 전단시험축선(Q)과 평행한 방향의 측면에는 시험시 대향측의 작동으로 발생하는 모멘트에 의하여 바디(21)가 비틀어지는 것을 방지할 수 있도록 보조 슬라이딩블록(31,32)를 더 구비한다.
상기 보조 슬라이딩블록(31,32)은 베이스(11)의 단부에서 상방으로 돌출되는 브라켓(30)에 고정되는 보조 슬라이딩레일(28,29)과 결합되도록 한다.
상기 그립부(20)의 정확한 이송량을 측정하기 위하여 변위측정 센서로 개재되는 리니어 스캐일(51,52)을 베이스(11)에는 메인 스캐일(51)을 부착하고그립부(20)에는 인덱스 스캐일(52)을 부착하여 베이스(11)에 대한 그립부(20)의 상대적인 변위를 바로 측정하도록 한다.
상기 그립부(20)와 로드셀(60)을 개재하여 연결되는 이송부(40)는 스크류박스(41)를 형성하여 일측은 두 개의 앵귤러 베어링에 의하여 백래쉬를 허용하지 않는 서포트(42)에 의하여 지지되고 대향측은 감속기(43)를 일체로 가지는 고분해능의 스텝 또는 서보 모터(44)와 연결되는 볼스크류(45)를 구비한다.
상기 볼스크류(45)는 볼너트와의 사이에 예압이 부여된 것을 사용하여 방향전환시 생기는 백래쉬를 허용하지 않으며 또한 볼너트(46)는 베이스(11)상에 고정되는 터널형상의 이송부브라켓(47)에 고정시켜 모터(44)의 구동에 대하여 볼스크루(45)가 이송하는 방식을 취한다.
상기 스크류박스(41)의 양측에는 슬라이딩레일(48)을 고정하여 이송부브라켓(47)의 안쪽 양측에 구비되는 슬라이딩블럭(49)과 결합하여 모터(44)의 구동에 대하여 볼스크루(45)의 좌굴(Buckling)을 방지하고 이송부(40)의 정확한 이송을 유지하도록 한다.
상기와 같은 본 발명의 작용관계를 살펴보면;
그립부(20)의 바디(21)에 형성되는 수용홈(24)에 고정되는 그립퍼(23)에 시험재료를 고정한다.
이러한 상태에서 인장시험이나 전단시험을 선택하여 인장시험축선(P)과 전단시험축선(Q)에 설치된 인장시험파트(12)나 전단시험파트(13)를 작동시키면 된다.
이들 인장시험파트(12)와 전단시험파트(13)의 작동관계는 동일하기 때문에하나의 예를 들어 설명한다.
시험재료의 고정이 완료되면 콘트롤유니트(도시하지 않음)의 제어에 의하여 모터(44)가 작동하고 이는 감속기(43)를 거쳐 감속된 동력이 커플링(53)을 통해 볼스크류(45)로 전달되어 볼스크류(45)를 회전시킨다.
그러면 볼스크류(45)는 베이스(11)와 이송부브라켓(47), 그리고 볼너트(46)가 일체로 결합된 상태에 있기 때문에 스크류박스(41)와 로드셀(60) 및 그립부(20)가 이동한다.
이 이동으로 그립퍼(23)에 고정된 시험재료에 하중이 가하여져 인장 또는 전단시험을 할 수 있게 되고, 시험재료에 가하여지는 하중은 그립부(20)와 이송부(40)사이에 개재된 로드셀(60)에 의하여 변환되어 콘트롤유니트로 정보가 입력되고 그립부(20)의 이송량은 그립부(20)와 베이스(11)에 부착된 리니어 스캐일(51,52)로부터 정보가 입력된다.
상기와 같이 모터(44)가 작동하여 볼스크류(45)를 회전시킴으로서 스크류박스(41)와 바디(21) 저면에 고정된 슬라이딩레일(48,26)이 이송부브라켓(47)과 베이스(11)에 고정된 슬라이딩블럭(49,27)과 결합된 상태에 있기 때문에 레일의 방향으로 정확하게 움직일 수 있게 된다.
특히 상기와 같이 모터(44)를 작동시켜 시험하는 과정에서 재료의 고정단(작동하지 않는 축)에 발생하는 모멘트(MZ)에 의하여 바디(21)가 비틀어지는 것 즉, 인장시험파트(12)가 작동할 경우에는 전단시험파트(13)의 바디(21)가 인장시험파트(12)방향으로 모멘트가 발생하게 되고, 전단시험파트(13)가 작동할 경우에는 인장시험파트(12)의 바디(21)가 전단시험파트(13)방향으로 모멘트가 발생하게 된다.
이를 각 바디(21)의 측면에 고정된 보조 슬라이딩블럭(31)과 베이스(11)의 상방으로 돌출되는 브라켓(30)에 고정된 보조 슬라이딩레일(28,29)이 결합된 상태에 있기 때문에 작동하지 않는 측에 발생하는 모멘트를 잡아줄 수 있는 것이다.
그리고, 전단시험파트(13)에는 거울부착대(25)가 있어 시험재료가 투명한 것일 경우에는 시험 중 시험재료의 측면 거동을 부착된 거울을 통하여 용이하게 관찰할 수 있게된다.
이러한 본 발명은;
콘트롤유니트의 제어방법에 따라 인장시험파트(12)의 경우에는 역방향의 제어로 압축시험을 행할 수 있을 것이며, 전단시험파트(13)의 경우에는 양(+)의 전단과 음(-)의 전단시험을 변환시켜 할 수 있다. 그리고, 인장시험축선(P)과 전단시험축선(Q)을 순차적으로 또는 동시에 제어함으로서 인장변화를 준 후 전단변화를 주어 시험재료에 인위적인 혼합 모우드(인장과 전단)를 동시에 발생시킬 수 있으며 모터의 회전을 주기적으로 바꾸어 줌으로서 인장압축 피로시험뿐만 아니라 전단 피로시험도 가능하다.
이와 같이 본 발명의 평면 직각 2축 인장전단 시험기(10)는 제어방식에 따라 다양하게 시험을 수행할 수 있어 재료시험의 용이성과 정밀성을 추구할 수 있는 것이다.
이상과 같은 본 발명은 평면상에 직각2축으로 된 하중장치를 제공하여 하나의 시험기를 이용하여 인장과 압축 및 파단시험을 수행할 수 있도록 함으로 시험의 용이성을 제공할 수 있는 등 기대되는 효과가 큰 발명이다.

Claims (4)

  1. 평면 직각 2축 인장전단 시험기(10)를 구성함에 있어서;
    상기 평면 직각 2축 인장전단 시험기(10)는;
    충분한 강성을 가지는 베이스(11)의 평면상에 직각 2축이 되도록 인장시험축선(P)과 전단시험축선(Q)상에 인장시험파트(12)와 전단시험파트(13)를 설치하고;
    상기 인장, 전단시험파트(12,13)는 시험대상물을 고정하는 그립부(20)와;
    상기 그립부(20)를 이송시켜 하중을 부여할 수 있도록 하는 이송부(40);
    상기 그립부(20)와 이송부(40) 사이에 설치되어 그립부(20)의 하중을 측정하기 위한 하중변환기로 개재되는 로드셀(60);
    상기 그립부(20)와 베이스(11) 사이에 설치되어 그립부(20)의 이송량을 바로 측정하기 위한 변위측정 센서로 개재되는 리니어 스캐일(51,52)을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 직각 2축 인장전단 시험기.
  2. 제 1 항에 있어서;
    상기 그립부(20)는 장방형상의 바디(21)상면에 시험재료에 따라 적합한 그립퍼(23)를 고정할 수 있도록 다수개의 나사구멍(22)을 가지며 그립퍼(23)를 수용할 수 있는 수용홈(24);
    상기 바디(21)의 일측 상면에는 시험재료의 거동을 측면에서 관찰할 수 있도록 설치된 경사진 거울부착대(25);
    상기 그립부(20)의 바디(21)의 저면에는 인장시험축선(P)과 전단시험축선(Q) 방향으로 고정되어 베이스(11)에 고정된 슬라이딩레일(26)과 결합하여 이동할 수 있는 슬라이딩블럭(27);
    상기 바디(21)의 인장시험축선(P), 전단시험축선(Q)과 평행한 방향의 측면에는 시험시 대향측의 작동으로 발생하는 모멘트에 의하여 바디(21)가 비틀어지는 것을 방지할 수 있도록 브라켓(30)에 고정되는 보조 슬라이딩레일(28,29)과 결합되는 보조 슬라이딩블록(31,32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 직각 2축 인장전단 시험기.
  3. 제 1 항에 있어서;
    상기 이송부(40)는 스크류박스(41)를 형성하여 일측은 백래쉬를 허용하지 않는 서포트(42)에 의하여 지지되고 대향측은 감속기(43)를 일체로 가지는 고분해능의 모터(44)와 연결되는 볼스크류(45);
    상기 볼스크류(45)의 볼너트(46)는 베이스(11)상에 고정되는 터널형상의 이송부브라켓(47)에 고정시켜 모터(44)의 구동에 대하여 볼스크루(45)가 이송하도록 하고;
    상기 스크류박스(41)의 양측에는 슬라이딩레일(48)을 고정하여 이송부브라켓(47)의 안쪽 양측에 구비되는 슬라이딩블럭(49)과 결합하여 모터(44)의 구동에 대하여 볼스크루(45)의 좌굴(Buckling)을 방지하고 이송부(40)의 정확한 이송을 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 평면 직각 2축 인장전단 시험기.
  4. 제 1 항에 있어서;
    상기 평면 직각 2축 인장전단 시험기(10)는 콘트롤유니트의 제어에 따라 인장시험축선(P)과 전단시험축선(Q)을 순차적 또는 동시에 제어하여 인장변화를 준 후 전단변화를 주어 시험재료에 인위적인 혼합 모우드(인장과 전단)를 동시에 발생시키고;
    상기 모터(44)의 회전을 주기적으로 바꾸어 인장압축 피로시험과 전단 피로시험이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 평면 직각 2축 인장전단 시험기.
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