KR20030073990A - 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치 - Google Patents

분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치에 관한 것으로서, 피로시험에 사용되는 시편을 시험장치 본체와 연결시켜 주는 연결지그에 장착함에 있어서 반원통 형상으로 된 2개의 분리형 시편지그를 이용하여 시편을 그 안에 안착 수용하는 방식으로 장착할 수 있는 지그수단을 제공함으로써, 고주기 인장-인장 피로시험시, 시험 결과의 신뢰성과 직결되는 하중 중심축의 직선 정렬성을 용이하게 확보할 수 있고, 이렇게 피로시험에서 가장 중요한 요소인 하중 중심축과 시편축의 일치화 문제를 해결하여 시험 결과의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 또 시편 그립부의 나사가공 공정을 배제하므로 상기 시편 그립부를 최소화가 가능하여 시험에 필요한 비용을 절감할 수 있으며, 시편의 탈장착을 용이하게 할 수 있도록 한 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치{High cycle fatigue tester using separative specimen jig}
본 발명은 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 피로시험에 사용되는 시편을 시험장치 본체와 연결시켜 주는 연결지그에 장착함에 있어서 반원통 형상으로 된 2개의 분리형 시편지그를 이용하여 시편을 그 안에 안착 수용하는 방식으로 장착할 수 있는 지그수단을 제공함으로써, 고주기 인장-인장 피로시험시, 시험 결과의 신뢰성과 직결되는 하중 중심축의 직선 정렬성을 용이하게 확보할 수 있고, 이렇게 피로시험에서 가장 중요한 요소인 하중 중심축과 시편축의 일치화 문제를 해결하여 시험 결과의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 또 시편 그립부의 나사가공 공정을 배제하므로 상기 시편 그립부를 최소화가 가능하여 시험에 필요한 비용을 절감할 수 있으며, 시편의 탈장착을 용이하게 할 수 있도록 한 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 재료의 피로시험은 구조물의 파괴까지의 수명을 예측하기 위한 필수적인 시험으로써, 이러한 피로시험의 방식은 부품의 실제 적용 조건을 구현하기에 가장 적합한 하중부가 형태에 따라 분류될 수 있으며, 특정 재료의 피로 한계를 평가하는데 있어 그 시험 방법의 용이성과 시험기간 단축의 필요로 인해 고주기 인장-인장 하중을 가하는 피로시험이 널리 이용되고 있다.
한편, 시편에 일정하중을 반복적으로 부가시켜 시편의 파단 시점의 부가강도 측정, 또는 파단 시점의 해당 누적 사이클수의 측정을 행하며, 부가하중의 범위, 또는 반복 하중 사이클수의 다소 여부에 의해 고, 저 주기로 분류하게 된다.
아울러, 어떤 양상의 피로시험이던지 시편에 가하는 하중의 직선 정렬화, 또는 로딩 얼라인(loading align)의 확보가 중요하다. 즉, 시편에 가하는 힘의 방향이 정수직이 되어야 시편에 작용하는 응력의 분포가 일정한 각도로 유지되는 것이다.
통상적으로, 이 피로시험에 사용되는 시편은 봉상 형태로서, 표점 부분은 일정한 곡률 반경에 의해 시편 한 가운데가 직경이 가장 작은 형태로 제작되며, 그립 부는 나사가공을 통해 시험장치의 연결지그에 체결시키게 된다.
이러한 상태의 시험장치에서 최소하중/최대하중의 비를 0.1~0.8범위에서 설정하고, 최대하중을 감소시키면서 여러개의 시편으로부터 피로한계를 결정하게 된다.
최근 차량 경량화의 요구가 대두되면서 로어암, 어퍼암, 너클, 서브프레임 등을 포함한 다양한 샤시 부품들에서 기존 스틸 재료를 대체하여 알루미늄 합금의 적용이 증대되고 있다.
이러한 샤시 부품은 현가장치 유형 및 설계 형상에 따라 다양한 하중 이력을 받게 되며, 한 부품에서도 위치에 따라 그 이력이 달라지게 되는데, 알루미늄제 샤시부품의 제조에 있어서, 매우 다양한 가공 공법이 적용되고 있는 실정이다.
따라서, 안전성이 확보된 알루미늄제 샤시부품의 설계를 위해서는 매우 많은 수의 시편에 대한 피로시험 데이터의 축적이 필요하며, 보안부품이라는 특성상, 신뢰성 있는 데이터의 확보도 중요하다.
도 3은 일반적으로 종래에 적용되는 시편의 장착상태를 나타내는 것으로서, 상, 하부의 환형 연결지그(100)에 시편지그(200)를 핀 등의 고정수단으로 고정하고, 상기 시편지그(200)의 암나사에 시편(300)의 수나사를 체결하여 고정시킨 후, 상하 왕복력을 가하여 인장-인장 피로시험을 행하게 된다.
이와 같은 피로시험의 특성상 신뢰성 있는 시험 결과를 얻기 위해서는 하중 중심축과 연결지그, 시편지그 및 시편의 중심축이 정확히 일치하여야 한다.
따라서, 상기 시편의 수나사를 체결하기 위한 나사가공 시에 매우 높은 정밀도를 요구하고 있으며, 피로한계를 구하기 위해서는 수십개의 시편이 소요되는데, 이들 모든 시편은 고정밀 가공이 필요하므로 상당한 비용 부담을 수반하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 피로시험에 사용되는 시편을 시험장치 본체와 연결시켜 주는 연결지그에 장착함에 있어서 반원통 형상으로 된 2개의 분리형 시편지그를 이용하여 시편을 그 안에 안착 수용하는 방식으로 장착할 수 있는 지그수단을 제공함으로써, 고주기 인장-인장 피로시험시, 시험 결과의 신뢰성과 직결되는 하중 중심축의 직선 정렬성을 용이하게 확보할 수 있고, 이렇게 피로시험에서 가장 중요한 요소인 하중 중심축과 시편축의 일치화 문제를 해결하여 시험 결과의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 또 시편 그립부의 나사가공 공정을 배제하므로 상기 시편 그립부를 최소화가 가능하여 시험에 필요한 비용을 절감할 수 있으며, 시편의 탈장착을 용이하게 할 수 있도록 한 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치를 나타내는 사시도
도 2는 본 발명에 따른 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치를 나타내는 분해도
도 3은 종래의 고주기 피로시험 장치를 나타내는 정면도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 연결지그 11 : 중공부
20 : 시편지그 21 : 중공부
21a : 제1공간부 21b : 제2공간부
22 : 일자형 홈 30 : 시편
31 : 그립부 32 : 곡률부
이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치는 나사체결부분을 포함하여 시험장치 본체와 연결시켜 주는 상, 하부의 연결지그(100)와, 상기 연결지그(100)에 체결되어 시편(300)을 고정시키는 시편지그(200)로 구성된 고주기 피로시험 장치에 있어서, 상기 시편지그(20)는 두개의 반원통 형상으로 분리되고, 그 둘레에 수나사가 형성되어 상기 연결지그(10)의 암나사에 체결되며, 그 중심부에는 시편(30)이 삽입 안착될 수 있도록 시편(30)의 그립부 형상으로 이루어진 중공부(21)가 형성된 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 중공부(21)는 상단부에 원통형상의 제1공간부(21a)와, 안쪽으로 곡률이 형성된 깔때기 형상의 제2공간부(21b)로 형성되어 있으며, 상기 제1공간부(21a)와 제2공간부(21b)의 공간적 여유에 의해 시편(30)의 유동을 허용하여 하중 중심축과 시편축이 상기 시편(30)의 인장 하중 부가시에 자동적으로 일치될 수 있도록 상기 제1공간부(21a)의 직경이 시편(30)의 그립부(31)의 직경보다 크게 형성되고, 상기 제2공간부(21b)는 시편(30)의 곡률부(32)에 형성된 곡률 형상과 동일하게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결지그(10)와 시편지그(20)의 체결을 공구를 이용하여 용이하게 해제할 수 있도록 상기 시편지그(20)의 바닥면에 일자형 홈(22)이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연결지그(10)의 암나사의 길이(d)는 상기 시편(30) 길이의 절반에 해당하는 길이(h)보다 크게 형성되어 시편지그(20)의 일자형 홈(22)에 공구를 간섭없이 삽입할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치를 나타내는 분해도이다.
본 발명에 따른 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치는 시험장치 본체(미도시)와 연결시켜 주는 상, 하부의 연결지그(10)와, 상기 연결지그(10)에 체결되어 시편(30)을 고정시키는 시편지그(20)로 구성되어 있다.
이를 좀더 상세하게 설명하자면, 상기 연결지그(10)는 원통 형상으로 그 하단부 중심에 일정폭과 길이(d)를 가진 암나사가 수직으로 형성되어 있고, 상기 암나사에 체결되는 시편지그(20)는 두개의 반원통 형상으로 분리되어 그 둘레에 수나사가 형성되어 있으며, 서로 겹쳐지게 하여 체결되도록 형성되는바, 상기 시편지그(20)의 중심부에는 시편(30)이 삽입, 고정될 수 있도록 상기 시편(30)과 동일한 형태로 이루어진 중공부(21)가 형성되어 있어 인장-인장시험 도중에 시편지그(20)로 부터 시편(30)의 이탈을 방지할 수 있다.
한편, 상기 중공부(21)는 상단부에 원통형상의 제1공간부(21a)와, 안쪽으로 곡률이 형성된 깔때기 형상의 제2공간부(21b)로 형성되어 있는바, 상기제1공간부(21a)의 직경은 시편(30)의 그립부(31)의 직경보다 다소 크게 형성되어 있고, 상기 제2공간부(21b)는 시편(30)의 곡률부(32)에 형성된 곡률 형상과 동일한 형상으로 유지되어 있다.
따라서, 상기 시편(30)을 시편지그(20)의 중공부(21)에 장착한 후, 상기 제1공간부(21a)와 제2공간부(21b)의 공간적 여유에 의해 다소간의 시편(30)의 유동을 허용함으로써, 하중 중심축과 시편축이 시편(30)의 인장 하중 부가시에 자동적으로 일치될 수 있게 된다.
한편, 상기 시편지그(20)의 바닥면에는 인장 시험에서의 시편 파단 후, 분리형 시편지그(20)를 연결지그(10)로부터 드라이버 등과 같은 공구를 이용하여 용이하게 분리할 수 있도록 일자형 홈(22)이 형성되어 있다.
이때, 상기 연결지그(10)의 암나사의 길이(d)가 시편(30) 길이의 절반에 해당하는 길이(h)보다 다소 크게 형성되어 있기 때문에 상기 시편(30) 파단 후에 그 시편(30)이 연결지그(10)에 형성된 암나사의 중공부(11)로 들어가 상기 공구를 일자형 홈(22)에 간섭없이 삽입 가능하도록 되어 있다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치는 두개의 분리형 시편지그를 서로 일체가 되도록 겹쳐지게 하는 동시에 상기 시편을 시편지그 내부의 장착홀에 끼워 일치시킴으로써, 시편의 탈장착이 용이하고, 시편의 그립부의 폭을 짧게 하면서 시편의 나사가공 공정을 배제하므로 비용을 절감할 수 있으며, 하중 중심축과 시편축을 용이하게 일치시켜 시험결과의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 나사체결부분을 포함하여 시험장치 본체와 연결시켜 주는 상, 하부의 연결지그(100)와, 상기 연결지그(100)에 체결되어 시편(300)을 고정시키는 시편지그(200)로 구성된 고주기 피로시험 장치에 있어서,
    상기 시편지그(20)는 두개의 반원통 형상으로 분리되고, 그 둘레에 수나사가 형성되어 상기 연결지그(10)의 암나사에 체결되며, 그 중심부에는 시편(30)이 삽입 안착될 수 있도록 시편(30)의 그립부 형상으로 이루어진 중공부(21)가 형성된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중공부(21)는 상단부에 원통형상의 제1공간부(21a)와, 안쪽으로 곡률이 형성된 깔때기 형상의 제2공간부(21b)로 형성되어 있으며, 상기 제1공간부(21a)와 제2공간부(21b)의 공간적 여유에 의해 시편(30)의 유동을 허용하여 하중 중심축과 시편축이 상기 시편(30)의 인장 하중 부가시에 자동적으로 일치될 수 있도록 상기 제1공간부(21a)의 직경이 시편(30)의 그립부(31)의 직경보다 크게 형성되고, 상기 제2공간부(21b)는 시편(30)의 곡률부(32)에 형성된 곡률 형상과 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 연결지그(10)와 시편지그(20)의 체결을 공구를 이용하여 용이하게 해제할 수 있도록 상기 시편지그(20)의 바닥면에 일자형 홈(22)이 형성된 것을 특징으로 하는 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 연결지그(10)의 암나사의 길이(d)는 상기 시편(30) 길이의 절반에 해당하는 길이(h)보다 크게 형성되어 시편지그(20)의 일자형 홈(22)에 공구를 간섭없이 삽입할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 분리형 시편지그를 이용한 고주기 피로시험 장치.
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