KR850001688B1 - Multiaxial tireness examiner - Google Patents
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Abstract
내용 없음.No content.
Description
제 1도는 본 발명 다축피로 시험기의 측면도.1 is a side view of the multiaxial fatigue tester of the present invention.
제 2도는 제1도의 A-A선 단면도.2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
제 3도는 원리를 나타내는 개략도.3 is a schematic diagram illustrating a principle.
제 4도는 기구학적 원리를 나타내는 백터도.4 is a vector diagram showing kinematic principles.
제 5도는 주축상에 배열된 기계장치의 요부 단면도.5 is a cross-sectional view of the main parts of the mechanism arranged on the main shaft.
제 6도는 위상판의 구조 설명도.6 is a structural explanatory diagram of a phase plate.
제 7도는 편심판의 구조 설명도.7 is a structural explanatory diagram of an eccentric plate.
제8도는 평균 응력조절을 위한 연절봉의 나사배열도.8 is a screw arrangement of the soft rods for the average stress control.
제 9도는 시편고정대(V블럭)의 부품도.9 is a part view of the specimen holder (V block).
제10도는 모멘트 측정을 위한 3개 로드셀(Load Cell)의 배열도.10 is an arrangement diagram of three load cells for moment measurement.
제11도는 제어회로부 설명도.11 is an explanatory diagram of a control circuit unit.
제12도는 로드셀 출력에 따른 가감산 회로의 개략도.12 is a schematic diagram of an additive subtraction circuit according to a load cell output.
제13도는 가감산 회로의 상세도.13 is a detailed view of an additive subtraction circuit.
제14도는 제어회로 구성도.14 is a control circuit configuration diagram.
제15도는 제어회로 상세도.15 is a detailed view of a control circuit.
제16도는 단절기 조절에 일어나는 전자파형.Figure 16 shows the electromagnetic wave that occurs in interrupt control.
제17도는 애널로그-디지틀 변환기.Figure 17 shows the analog-digital converter.
제18도는 전기적 회로의 개략도.18 is a schematic diagram of an electrical circuit.
제19도는 응력작용 상태도.19 is a stress state diagram.
제20도는 본 발명 시험기와 기존 시험기의 굽힘 및 비틀림 피로시험 결과도.20 is a bending and torsional fatigue test results of the present invention and the existing tester.
제21도는 본 발명 시험기의 독특한 기능인 다축피로 시험의 결과 그래프.Figure 21 is a graph of the results of the multi-axis fatigue test is a unique function of the tester of the present invention.
본 발명은 구조물, 기계요소 및 부품에 상당한 피해를 가함으로서 심각한 문제로 대두된 피로 및 그 파괴현상에 대해 굽힘피로, 비틀림피로, 굽힘 및 비틀림의 비위상 조합피로, 굽힘 및 비틀림의 동위상 피로및 이의 각각에 대한 평균응력 실험등을 가능하게하는 다축피로 시험기에 관한 것이다.The present invention provides fatigue and torsional fatigue of the phase, bending and torsional phase fatigue, bending and torsional phase fatigue, It relates to a multi-axis fatigue tester that enables the average stress test for each of them.
현대의 생활도구로 이바지하고 있는 자동차 산업에 있어 크랭크축 및 그밖의 일반축등에서 이러한 다축 피로현상은 흔히 발생되고 있다.In the automobile industry, which serves as a modern living tool, such a multi-axis fatigue phenomenon is common in crankshafts and other general shafts.
그러나 피로시험기에 있어, 현재까지 독일의 센크(Scheuck)사등 다수의 피로시험기가 제작되어 있으나 이 피로시험기들은 굽힘피로나 비틀림피로등 단순한 하중상태 적용방법만이 가능했던 것이어서 대부분의 구조물에서 받고 있는 굽힘과 비틀림의 복합적일 하중을 감안하면 피로시험의 생명이라 할 수 있는 보다 실제와 가까운 실험상태부여는 불가능하다.However, in the fatigue tester, many fatigue testers such as the German company Scheuck have been manufactured so far, but these fatigue testers were able to apply simple load state methods such as bending fatigue and torsional fatigue. Given the combined loads of torsion and torsion, it is impossible to give a more realistic test state, which is the life of the fatigue test.
이에 비해서 본 발명은 다양한 상태의 굽힘 및 비틀림 하중의 조합상태를 사용자가 원하는 바에 따라 임의로 부여할 수 있음은 물론 각각의 독립적인 하중상태에 대해서도 시험할 수 있게 하였다. 시험기의 구조는 그 역할에 따라 구동부, 시편, 측정부, 회로부등 크게 네개로 분류될 수 있다.On the contrary, the present invention allows a combination of bending and torsional loads of various states to be arbitrarily given as desired by the user, as well as to test each independent load state. The structure of the tester can be classified into four parts according to its role: driving part, specimen, measuring part, and circuit part.
첨부도면중 제1도, 제2도는 본 발명 시험기의 축면도 및 단면도로서 구동부, 시편, 측정부가 잘 나타나있다.1 and 2 of the accompanying drawings are axial views and cross-sectional views of the tester of the present invention, in which the driving part, the specimen, and the measuring part are shown well.
동작순서 대로 시험 하는 과정을 설명하면 다음과 같다.The following describes the test procedure in the operation sequence.
구동부는 모터에서 발생된 동력을 사용자가 원하는 상태로 시편에 전달하는 역할을 한다. 위상판(5)와 편심판(6)(6')에 사용자가 원하는 시험하중상태(세부 부품별 설명에서 언급)를 조절한 후 별도로 구성된 회로부의 전기스위치로 전원을 연결시키면 무단변속 전기모터(1)에서 동력이 발생되고, 이의 정확한 전달을 위해 선택될 타이밍 벨트(2)를 통해 주축(3)(3')상의 풀리(4)로 전달되고, 후술한 위상판(5), 편심판(6)(6')에 전달된다. 다시 연결봉(7)으로 전달된 동력은, 편심판(6)(6')의 회전에 따라 위치가 변하는 시편고정대(V블럭)(8)를 통해 시편(9)으로 전달되어 시험을 수행할 수 있게 된다.The drive unit transmits the power generated from the motor to the specimen in a state desired by the user. After adjusting the test load state (referred to in the detailed description of each part) to the
시험기의 측정부는 로드셀과 회전수 측정기로 구성된다. 시편(9)에 가해진 하중이 시편고정판(8')를 통해 로드셀(10)에서 감지되며 이 값은 회로부를 거쳐 조절기에서 수치로 읽게 된다. 회전수 측정기(11)(11')로서 피로시험의 반복회전수(싸이클수)를 알 수 있다.The measuring part of the tester is composed of a load cell and a rotation speed measuring device. The load applied to the
각 부분별 기능을 상세히 서술하면 다음과 같다. 구동부는 전기모우터(1), 타이밍벨트(2), 주축(3), 위상판(5), 편심판(6)(6'), 연결봉(7), 시편고정대(8)로서 구성된다. 위상판, 편심판은 다축피로 시험기의 굽힘 및 비틀림하중의 크기 및 위상변화를 주는 기능이 있으며, 그 원리는 제3도와 제4도에 나타나 있다The function of each part is described in detail as follows. The drive unit is constituted by an
제3도는 본 발명 다축피로 시험기의 작동원리에 대한 개략도이다. 양쭉 편심판의 편심량에 따라 발생되는 시편의 비틀림 변위는 T, 굽힘변위는 B로 나타내었다. 시험전에 조절한 편심판의 눈금값과 시편에서 발생되는 변위는 오른쪽 편심판의 눈금을 R, 왼쪽 편심판의 눈금을 L이라 했을때 수식( I )( Ⅱ )와 같다3 is a schematic diagram of the operation principle of the multi-axis fatigue tester of the present invention. The torsional displacement of the specimen and the bending displacement were represented by B and B, respectively. The scale value of the eccentric plate adjusted before the test and the displacement generated in the specimen are the same as the formula (I) (Ⅱ) when the scale of the right eccentric plate is R and the scale of the left eccentric plate is L.
B=1/2(R+L) (Ⅰ)B = 1/2 (R + L) (Ⅰ)
T=1/2(R-L) (Ⅱ)T = 1/2 (R-L) (II)
굽힘변위 B는 양쪽 편심판의 합으로서 표현되며, 비틀림변위 T는 양쪽 편심판의 차이로 나타난다. 비틀림 변형각 θ는 수식 ( Ⅲ )으로 표시된다.Bending displacement B is expressed as the sum of both eccentric plates, and torsional displacement T is represented by the difference between both eccentric plates. The torsional deformation angle θ is represented by the formula (III).
θ=arc sin( Ⅲ )θ = arc sin (Ⅲ)
여기서 2D는 두 편심판 사이의 거리이다.Where 2D is the distance between the two eccentric plates.
제4도는 편심판, 위상판의 눈금값과 변위와의 기구학적 원리를 나타내는 백터도면이다. 시편에 하중이 가해지지 않을 상태를 0로 하여 임의의 상태에서 시편의 굽힘변위를, 비틀림 변위를, 오른쪽 및 왼쪽 편심판의 운동을, 실제로 시편에서 나타나는 굽힘과 비틀림의 위상각을, 위상판에서 조절하는 각도를 A라 하면 다음 관계식(Ⅳ)(Ⅴ)을 만족한다.4 is a vector diagram showing the kinematic principle of the scale value and displacement of the eccentric plate and the phase plate. Set the bending deflection of the specimen in any state with 0 as no load applied to the specimen. Torsional displacement Movement of the right and left eccentric, The phase angles of bending and twisting If the angle adjusted by the phase plate is A, the following relation (IV) (V) is satisfied.
여기서 254는 구등부의 시편고정대(8)의 길이로서 단위는 mm이다.Where 254 is the length of the
원하는 바의 실험상태 즉 굽힘변위 B, 비틀림각 θ, 굽힘과 비틀림의 위상각 를 얻기 위하여 위의 관계식(Ⅳ)(Ⅴ)를 사용하여 다축피로 시험기의 편심판 조절량의 R,L과 위상판 조절각 A를 구한다. 이때 계산의 능률을 높이기 위해 컴퓨터를 활용하였고 B,θ,는 입력데이터(input)로 R,L,A는 출력결과(output)가 된다.R, L and phase plate control of the eccentric plate control of the multiaxial fatigue tester using the above equation (IV) (V) to obtain the experimental state as desired, namely bending displacement B, torsion angle θ, and phase angle of bending and torsion. Find each A. At this time, the computer was used to improve the efficiency of calculation. Is input data, and R, L, and A are output results.
제 5도는 주측(3)(3')를 나타낸 것인데 모우터(1)로부터 발생된 동력은 앞서 설명한 바와 같이 타이밍벨트(2) 및 풀리(4), 주측(3)(3')를 통해 편심판(6)(6')으로 전해진다. 주축받침대(11a)에는 측정부의 일부인 회전수 측정수(11)가 설치되어 있다.FIG. 5 shows the main side 3, 3 ', and the power generated from the
제6도는 위상판의 도면으로서 기능은 앞서 설명한 바와 같이 굽힘과 비틀림하중의 위상을 변화시켜주는 것이다.6 is a diagram of a phase plate, whose function is to change the phase of bending and torsional loads as described above.
본 위상판은 위상각을 조정해준 만큼 편심판 사이의 상대운동이 일어날 수 있도록 두 부분으로 구성되었고 주축(3)(3')을 두 부분으로 분리하여 한 부분씩 고정시킨 것이다. 그 한부분은 제6도로서 타이밍 벨트를 통해 힘의 전달을 받는 주축(3)에 고정되어 있어 구동판(5a)이라 일컬으며, 그 원주를 360등분하여 각도를 표기하였다. 다른 주측(3')에 부착된 위상판은 종동판(5b)라 하여 구동판의 각도를 지시할 수 있도록 0점만 표시한다.This phase plate is composed of two parts so that relative motion between eccentric plates can occur as the phase angle is adjusted. The main shaft (3) (3 ') is divided into two parts and fixed one by one. One part thereof is fixed to the main shaft 3 receiving the force transmission through the timing belt as shown in FIG. 6, which is referred to as the driving plate 5a, and the circumference is divided into 360 equal parts to indicate the angle. The phase plate attached to the other main side 3 'is referred to as driven plate 5b so that only 0 points are displayed so as to indicate the angle of the drive plate.
제6도에서 작은 원으로 표시된 곳은 두 위상판을 고정시키는 보울트 구멍(5c)이다.The small circle in Fig. 6 is the bolt hole 5c for fixing the two phase plates.
제7도는 편심판(6)(6')을 나타낸 것으로서 기능은 굽힘변위와 비틀림 변의의 크기를 조절하는 역할을 한다. 좌우 두개의 편심판이 있는데 각각은 내편심판(6a), 외편심판(6b) 및 편심 뒷받침판(6c)로 구성된다. 내편심판(6a)에는 원주의 이동거리가 바로 연결봉(7)의 행정거리로 나타나게끔 눈금을 그어서 굽힘변위가 0에서 140mm까지 조절가능토록 하였다.7 shows the
외편심판(6b)지름의 크기는 외편심판상에 두개의 핀구멍 및 4개의 연결보울트 구멍을 만들 수 있는 최소치보다 훨씬 크게 하였다. 편심판의 눈금조절을 쉽게 하기 위해서 내편심판(6a)과 외편심판(6b)간에는 서로 경사면(Taper)을 두며 내편심판(6a)에 홈(6e)을 파서 손잡이를 끼울 수 있게 한다.The size of the outer core 6b was much larger than the minimum that could make two pin holes and four connecting bolt holes on the outer core. In order to facilitate the adjustment of the eccentric plate, between the inner eccentric plate 6a and the outer eccentric plate 6b, a taper is placed on each other, and the groove 6e is dug into the inner eccentric plate 6a so that the handle can be fitted.
제8도는 연결봉(7)을 나타낸 것으로서 편심판(6)과 시편고정대(8)를 연결하고 있다. 연결봉 양끝을 반대나사부(7a)로 제작하여 연결봉(7)을 한쪽방향으로 회전시켰을 때 조립부품이 졸려지거나 조여지게 하여 전체길이가 짧아지게 되거나, 길어지게 됨으로서 시편에 평균하중을 부여할 수 있게 하였다.8 shows a connecting rod (7) connecting the eccentric (6) and the specimen holder (8). Both ends of the connecting rods were made with opposite threaded parts (7a) so that when the connecting rods (7) were rotated in one direction, the assembly parts became sleepy or tightened so that the overall length was shortened or lengthened so that the average load could be given to the specimen. .
또한 연결봉(7)의 양끝단에는 편심판(6) 및 시편고정대(8)가 자유롭게 연결되고 편심판(6)과 주축(3)(3')으로부터 연결봉(7)으로 힘이 정확하게 전달되기 위하여 베어링 조립부가 연결된다. 연결봉 상단에는 모노베어링(Mouo Bearing)(7b)를, 하단에 는 피스턴핀으로 체결된 볼베어링(7c)를 사용하였다.In addition, both ends of the connecting rod (7) to the eccentric plate (6) and the specimen holder (8) is freely connected and the force is accurately transmitted from the eccentric plate (6) and the spindle (3) (3 ') to the connecting rod (7) The bearing assembly is connected. At the top of the connecting rod, a mono bearing (Moo Bearing) (7b) was used, and at the bottom, a ball bearing (7c) fastened with a piston pin was used.
제9도는 시편고정대의 부품도로서 시편(9)을 고정할 뿐 아니라 연결봉(7)에 연결되어 있어 실험시 상하로 운동을 하고 있다. 시편의 한쪽 끝에 철구(steel ball)(8a)를 접촉시켜 제1도와 같이 시편고정대(8) 밖으로 나오게 함으로서 보강판(12)에서 다이알 게이지(Dial gage)를 부착하며 굽힘변위를 측정할 수 있게한 것이다. 또한 시편고정대(8)상에 임의의 점을 잡고 고정대 길이위의 대칭점에서 서로 변위를 측정하여 비틀림 변위로 이용할 수 있는 것이다.9 is a component diagram of the specimen fixture, which not only fixes the
도면중 미설명부호(8b)는 V블럭, (8c)는 체결핀, (8d)는 옆판, (8e)는 윗판, (8f)는 밑판이다. 측정부에는 하중측정을 위한 로드셀, 싸이클수 측정을 위한 회전수 측정기가 포함된다.In the figure, reference numeral 8b is a V block, 8c is a fastening pin, 8d is a side plate, 8e is a top plate, and 8f is a bottom plate. The measuring unit includes a load cell for measuring load and a rotation speed measuring device for measuring the number of cycles.
제10도는 시편에 가해진 굽힘과 비틀림 하중을 분리하여 측정하기 위해서 배치한 로드셀(10-A, B, C)를 나타낸다. 제10a도는 3개 로드셀의 위치를, 제10b도는 측면에서 봤을 때 시편과의 고정관계를, 제10c도는 시편과 측정부위 시편고정대 사이의 전단력 분포를, 제10d도는 시편과 측정부위 시편고정대 사이의 모멘트 분포를 보이고 있다.FIG. 10 shows load cells 10-A, B, and C arranged to separate and measure the bending and torsional loads applied to the specimen. FIG. 10a shows the position of the three load cells, FIG. 10b shows the fixed relationship with the specimen when viewed from the side, FIG. 10c shows the shear force distribution between the specimen and the test fixture specimen, and FIG. 10d shows the test force between the specimen and the test fixture specimen. Moment distribution is shown.
로드셀 하나로서는 평면에 수직한 한점의 인장, 압축 하중밖에 측정할 수 없으며, 2개로서는 굽힘 모멘트나 비틀림 모멘트등의 하나의 모멘트밖에 측정할 수 없으므로 3개로서 굽힘 모멘트 및 비틀림 모멘트를 동시에 얻도록 시도한 것이다. 로드셀 3개의 측정치를 FA, FB, FC라 하고 로드셀 2개가 일직선으로 놓인 A, B점으로부터 임의의 점 X에서의 굽힘 모멘트를 MX, 굽힘응력을 δx, 비틀림모멘트 MT, 비틀림응력을 τ라 할 때 그 관계는 수식 (Ⅵ)-(Ⅶ)과 같다.Only one load cell can measure only one tensile and compressive load perpendicular to the plane, and only two load cells can measure only one moment such as bending moment or torsional moment. will be. The measurement of three load cells is called F A , F B , F C , and the bending moment at any point X is MX, bending stress δx, torsion moment MT, and torsional stress τ from points A and B where two load cells are in a straight line. The relationship is as shown in equation (VI)-(-).
D점에서 모멘트가 0가 되므로 굽힘모멘트는 식(Ⅵ)에 나타나 있다.Since the moment at point D becomes zero, the bending moment is shown in equation (VI).
Mx=(X+100)·FC-X·(FA+FB)=FC-(FA+FB)·X+100FC(Ⅵ)Mx = (X + 100) ・ F C −X ・ (F A + F B ) = F C- (F A + F B ) · X + 100F C (Ⅵ)
또한 단순굽힘 응력을 받는 원형비임에서 굽힘모멘트는이므로 임의의 점에 대한 굽힘응력은 식(Ⅶ)과 같다.Also, in a circular beam subjected to simple bending stress, the bending moment is Therefore, the bending stress at any point is given by equation (Ⅶ).
즉 세개의 로드셀에서 걸리는 하중을 측정하면(Ⅵ)와 (Ⅶ)식에 의해 시편 임의의 단면에 걸리는 최대 굽힘응력을 계산할 수가 있다. 또한, 비틀림 모멘트는 식(Ⅷ)으로 써진다.In other words, by measuring the loads applied to three load cells, the maximum bending stresses applied to any cross section of the specimen can be calculated by the equations (VI) and (Ⅶ). The torsional moment is also written by the equation.
Mr=│FA-FB│.50 (Ⅷ)Mr = │F A -F B │.50 (Ⅷ)
단순 비틀림 응력을 받는 실린더에서 비틀림 모멘트는,이므로 비틀림응력은 식(Ⅷ)으로 나타난다.In cylinders subjected to simple torsion stresses, the torsional moment is Therefore, the torsion stress is represented by the equation (Ⅷ).
여기서 A와 B점의 하중을 측정하면, 시편의 최대 비틀림 응력을 계산할 수 있다.By measuring the loads at points A and B, the maximum torsional stress of the specimen can be calculated.
회전수 측정기는 측정부의 일부로서 주축과 받침대에 한 부분씩 설치되어 있다.The speed measuring device is part of the measuring part and installed on the main shaft and the pedestal one by one.
제5도에서처럼 주축(3')에 부착된 원형판(11)에 구멍을 가공하여 주축의 회전과 동일한 회전수를 측정하는 것인데, 광학적 장치이다. 원형판의 구멍을 통과하는 빛을 감지하여 회전수를 세도록 하였다. 회로부는 로드셀에서 측정한 하중을 굽힘 및 비틀림하중으로 계산하는 회로(제12도), 시편에 균열이 발생하면 시험기를 정지시키는 회로(제14도) 및 시험기의 전기적 흐름을 나타내는 회로(제18도)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 5, a hole is drilled in the
제11도는 로드셀로부터 모터까지의 제어회로부 설명도이다. 로드셀에서 나온 각각의 값은 가산 및 감산회로에 따라 계산이 되며, 이값은 시편에 균열이 발생되면 시험기가 정지하도록 이미 조절기상에 설정된 기준값보다 큰지 작은지를 비교하여 계산값의 일부가 기준값보다 작을 때는 모터의 계전기 구동부(Relay driver)가 작동하여 모터를 정지시킨다.11 is an explanatory diagram of a control circuit part from a load cell to a motor. Each value from the load cell is calculated according to the addition and subtraction circuits, and this value is compared with the reference value already set on the controller so that the tester stops when a crack occurs in the specimen. The relay driver of the motor operates to stop the motor.
여기서 FA,FB,FC는 로드셀에서 나오는 신호로서 이 값은 동적 변형증폭기(dynamic strain amplifier)(4)(4')를 거쳐 증폭되고 비틀림 하중에 대해선 XT를 계산하여 최대치 검출기(peak detector)(C5)를 통해 최대치를 검출한 다음 히미 시험기에 설정된 비틀림 하중의 기준값과 비교기(C6)에서 비교한다.Where F A, F B, F C is a signal from the load cell, the value is a dynamic strain amplifier (dynamic strain amplifier) (4) (4 ') which amplifies through is calculated on the X T about the torsional load peak detector (peak The maximum value is detected by a detector (C5) and then compared in the comparator (C6) with the reference value of the torsional load set in the Himi tester.
굽힘하중에 대해선 FA,FB에 대해 덧셈 연산을 하여 하중 XB를 구한다. 이것을 하중 FC와의 뺌셈 연산을 하여 굽힘하중 YB를 계산하고, 최대치 검출기(peak detector)(C5)를 통해 최대치를 검출한 다음시험 기상에 설정된 굽힘하중의 기준값과 비교기에서 비교한다. 두개의 하중, 굽힘하중과 비틀림 하중의 비교에서 두 값중 어느 하나라도 기준값보다 작으면 계전기 구동부(Relay drive)가 작동하여 모터를 정지시킨다.About the bending load to the addition operation for the F A, F B B X obtains the load. This is calculated by the calculation of the load F C and the bending load Y B is calculated. The maximum value is detected by the peak detector C5 and then compared in the comparator with the reference value of the bending load set in the test gas phase. In the comparison of the two loads, the bending load and the torsion load, if any one of the values is smaller than the reference value, the relay drive is activated to stop the motor.
제12도는 전자회로내에서 가감산하는 과정을 설명한 개략도를 나타내는데 입력이 바이어스 조절기(C7)(C7')에서 조절되어 버퍼회로(Buffer)(C8)(C8')를 거쳐 이득(gain)조절기(C9)(C9')를 통하며 극성스위치(Polarity Switch)(C10)(C10')로부터 가감산을 선택하고 가감산기에서 계산하여 출력부(owtput)(C11)로 출력 된다.FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a process of adding and subtracting in an electronic circuit, in which an input is adjusted in a bias regulator C7 (C7 ') and passed through a buffer circuit C8 and C8'. Through C9) and C9 ', an addition and subtraction is selected from the polarity switch C10 and C10', and calculated by the adder and subtractor, and output to the output unit C11.
이의 상세도는 제13도로 설명이 된다. 입력신호는 버퍼회로(Buffer)(Cl2)(Cl2')의 입력부(input) KA, HB로 입력되고, 바이어스(Cl3)(Cl3')에서 바이어스(bias)전압이 조정되어 0에서 100%까지 동작점이 임의로 이동할 수 있게 된다. 버퍼회로 다음은 이득(gain)조절기(Cl4)(Cl4')인데 두 신호를 더할 경우 신호가 두배될 수 있으므로 가변저항을 써서 신호를 1.0배율이하로 감쇠시킨다.The details thereof are explained in FIG. 13. The input signal is input to the inputs KA and HB of the buffer circuits Cl2 and Cl2 ', and the bias voltage is adjusted from bias Cl3 (Cl3') to operate from 0 to 100%. The point can be moved arbitrarily. Next to the buffer circuit is a gain regulator (Cl4) (Cl4 '). If two signals are added, the signal can be doubled, so use a variable resistor to attenuate the signal below 1.0 magnification.
이 신호는 이득조절기를 거친 다음 극성스위치(Cl5)(Cl5')에서 가산할 것인지, 감산할 것인지를 결정한다. 두 입력 A와 B가 가감산기(Cl6)에서 계산된 결과의 출력을 영점조절기(Cl7)로 조절하고, 가김산기의 이득(gain)은 필요에 따라 1.25 또는 5로 조절한다.This signal passes through the gain regulator and then decides whether to add or subtract from the polarity switch Cl5 (Cl5 '). The two inputs A and B adjust the output of the result calculated by the adder / subtractor (Cl6) with the zero controller (Cl7), and the gain of the adder is adjusted to 1.25 or 5 as necessary.
제14도는 시험기가 작동하고 있는 도중에 시편에 균열이 발생되면 모터를 정지토록 하여 시편의 균열발생시까지의 싸이클수를 얻는데 이용한 제어과정이다. 이 원리는 시편에 균열이 발생되면 시편의 단면적이 줄어들어 동적변형측정기를 통해서 감지된 전압도 떨어지게 됨으로서 미리 설정된 기준값과 비교하여 그 이하로 떨어지게 되면 모터의 동작을 중지시키게 되는 것이다.FIG. 14 is a control process used to obtain the number of cycles until a crack occurs in the specimen by stopping the motor when the specimen is cracked while the tester is in operation. The principle is that when a crack occurs in the specimen, the cross-sectional area of the specimen decreases, and the voltage sensed by the dynamic strain gauge drops, so that the motor stops when it falls below the preset reference value.
시편에서 발생되는 하중의 크기는 로드셀에서 검출하여 제13도에서 보는 바처럽 굽힘 및 비틀림 응력상태에 대한 가감산 회로를 거치게 되며 여기에 나타난 최대치는 제14도의 a회로에서 최대치 검출기(peak detector), 쵸퍼(chopper), 필터(Filter)를 통해서 나타나게 된다. 쵸퍼(Chopper)를 처음 일정한 기간동안의 최대전압을 검출하고 난뒤 다음의 최대치를 얻기 위해 앞의 최대치를 무시하고 새로운 값을 취한다.The magnitude of the load generated in the specimen is detected by the load cell and subjected to the addition and subtraction circuits for the baffled bending and torsional stress states shown in FIG. 13. The maximum values shown here are the peak detector, It is shown through a chopper and a filter. After the chopper first detects the maximum voltage over a period of time, it ignores the previous maximum and takes a new value to obtain the next maximum.
여기서 최대치 검출기를 통해서 나타난 값은 기준점 발생부(Set Point Generatar)에서 미리 부여한 기준전압과 비교하여 비교기 (Comparator)를 통과하게 된다. 이러한 현상은 b회로에서 발생된 최대치에 대해서도 동시에 응용되는데 a회로 및 b회로에서 발생된 최대치중 어느 한 값이라도 기준전압보다 작게되며 논리 1상태검출회로(Ki Signal detector : OR gate)를 통해 전류가 흐르게 되어 모터에 연결된 전원이 중단되어 모터가 정지하고, 기준값보다 큰값일 경우에는 모터가 계속 작동하게 된다.Here, the value displayed through the maximum detector passes through a comparator compared to a reference voltage previously given by the set point generatar. This phenomenon is simultaneously applied to the maximum value generated in circuit b. Any of the maximum values generated in circuit a and circuit b is lower than the reference voltage, and current flows through a logic signal detector (OR gate). If the power supply to the motor is interrupted and the motor stops, if the value is higher than the reference value, the motor continues to operate.
이의 상세도는 제15도에 나타나 있다. 여기서 최대치 검출기는 (Cl8) 및 (Cl8')로서 다이오드(Diode)와 콘덴서(Condenser)로 되어 있어 +의 최대신호를 콘덴서에 저장한다. TP1(Cl9)와 TP2(19')는 측정점을 나타내는 것으로서 전기적 충격을 방지하기 위해 저항을 연결하였다. 다이오드(Diode)는 전류를 역류시킬 수 없기 때문에 입력신호가 낮아져도 검출할 방법이 없어 (C20)(C20')를 사용해서 주기적으로 충전, 방전시키도록 한다.A detailed view thereof is shown in FIG. Here, the maximum detector is composed of a diode and a capacitor as (Cl8) and (Cl8 '), and stores the maximum signal of + in the capacitor. TP 1 (Cl9) and TP 2 (19 ') represent the measurement points and are connected to a resistor to prevent electric shock. Since diodes cannot reverse current, there is no way to detect even if the input signal is low, so it is charged and discharged periodically using (C20) (C20 ').
쵸퍼(Chopper)는 무접점계전기(C2l)와 트랜지스터(C22)를 사용한다. 쵸퍼구동부(Chopper driver)(C23)는 단안정 바이브레터(mono stable vibrator)(C24)(C25)에서 신호를 받는다. 쵸퍼를 거친 신호는 필터(C26)(C26')에서 절환(Switching)에 의한 전기적 충격이 완화되며 비교기(Comparator)(C27)(C27')에서 시험기의 기준값과 비교하여 기준값보다 높으면 비교기 출력이 0, 반대가 되면 12V가 되도록 한다.The chopper uses a solid state relay C2l and a transistor C22. The chopper driver C23 receives a signal from a mono stable vibrator C24 and C25. The signal passed through the chopper mitigates the electrical shock due to switching in the filter (C26) (C26 ') and when the comparator (C27) (C27') is higher than the reference value compared to the reference value of the tester, the comparator output is zero. If it is reversed, set it to 12V.
이 상세도에서 C28은 제14도의 기준점 발생부(set point Generator)이며, C29는 논리 1상태검출회로(Hi Signal Detector), C30은 계전기 구동부(Relay Driver)에 의한 모터의 작동상황회로를 나타낸 것이다.In this detailed view, C28 is a set point generator of FIG. 14, C29 is a logic one-state detector circuit, and C30 is a circuit of a motor operating state by a relay driver. .
제16도는 쵸퍼구동부의 접점에서 발생되는 파형을 나타낸 것으로서 파형 1)은 제14도의 쵸퍼접점이 위 쪽으로 접촉될 때 움직이게 하는 단안정 바이브레터(제15도의 C24)의 출력전압 파형이며 파형 2는 쵸퍼접점이 아래쪽으로 접촉될 때 움직이게 하는 단안정 바이브레터(제15도의 C25)의 출력전압파형을 나타낸 것으로서 TR(C2l)을 통하게 하며 쵸퍼를 방전하는 신호가 된다.FIG. 16 shows the waveform generated at the contact point of the chopper driver. Waveform 1) shows the output voltage waveform of the monostable vibrator (C24 in FIG. 15) which moves when the chopper contact of FIG. This shows the output voltage waveform of the monostable vibrator (C25 in FIG. 15) that moves when the contact is downward. It is a signal to discharge the chopper through TR (C2l).
제 17도는 회로상에 흐르는 에널로그(analog)신호를 숫자(digit)로 바꾸는 것으로서 입력신호(C31)가 회로를 거치는 동안에 숫자로 바꿔어져 출력실호(C32)에서 수치로 나타나게 된다.FIG. 17 shows an analog signal flowing through a circuit as a digit. The analog signal is converted into a digit while the input signal C31 passes through the circuit, and is represented numerically in the output signal C32.
제18도는 본 발명 시험기에 사용된 모터의 시동 및 정지에 대한 전기적 회로의 개략도이다. 모터(C42)에 대한 전원스위치(C34)를 접속시킨 후 모터를 시동할 때는 조절기(C36)중의 조절계전기(Control Relay)(R1)의 접점(R1-1)이 접촉되며 터미널버스(C45)를 거쳐 정지스위치(C33) 및 시동스위치(C43)에 전원이 연결된다.18 is a schematic diagram of an electrical circuit for starting and stopping a motor used in the tester of the present invention. When starting the motor after connecting the power switch C34 to the motor C42, the contact R1-1 of the control relay R1 in the regulator C36 is brought into contact with the terminal bus C45. The power supply is connected to the stop switch C33 and the start switch C43.
여기서 시동스위치의 보턴을 눌러 전원을 연결시키면 모터작동접점(C38)에 전원이 통하게 되는테 모터작동스위치 보턴을 눌르면 모터작동표시등(C37)에 불이 켜지면서 모터(C42)가 동작하기 시작한다. 이렇게 하여 모터가 동작되면 시험이 시작되고 속도조절기(C40)에서 속도를 조절하여 적정시험상태를 유지한다.If you press the button of the start switch to connect the power, the power is applied to the motor operation contact point (C38). When you press the motor operation switch button, the motor operation indicator (C37) lights up and the motor (C42) starts to operate. . When the motor is operated in this way, the test is started and the speed is adjusted in the speed controller (C40) to maintain the proper test state.
그후 시편에 균열이 발생되면 제14도에서 설명한대로 릴레이(R1)에 전류가 흐르면서 접점(R1-1)를 열어서 모터작동 스위치(C38)가 끊어지고 모터작동 표시등(C37)이 꺼지면서 모터전원접점(C35)이 끊어져 모터(C42)가 정지하게 되므로 시험이 중단되게 된다.Then, if a crack occurs in the specimen, as shown in FIG. 14, the current flows through the relay R1, and the contact R1-1 is opened to open the motor operation switch C38, and the motor operation indicator C37 turns off. The test stops because (C35) is broken and the motor (C42) stops.
시험기의 구성은 앞서 설명한 바와 같으며 본 발명 다축피로 시험기에서 나타나는 결과는 다음과 같다.The configuration of the tester is as described above, and the results shown in the multiaxial fatigue tester of the present invention are as follows.
여기서 시험기의 기능을 그래프로 나타내면 제19도와 같다. 시편이 받고 있는 하중상태를 단면적으로 나누어 응력으로 표시할 때 ①은 굽힘응력의 크기를 나타내며, ②는 비틀림 전단응력의 크기를 나타내는데, 이는 제1도에 나타난 편심판(6)의 조절로 나타나게 된다. ③은 굽힘응력과 비틀림 응력과의 위상차로서 위상판(5)을 조절하여 얻을 수 있다. ④는 굽힘 평균응력으로 연결봉(7)의 조절로서 나타나게 된다.Here, the function of the tester is shown in the graph shown in FIG. 19. When the load state under test is divided into cross sections and expressed as stress, ① indicates the magnitude of bending stress and ② indicates the magnitude of torsional shear stress, which is represented by the control of the
따라서 본 시험기는 이들 응력의 조합으로서 복합적인 응력상태를 나타내게 된다. 이처럼 복합적인 하중상태를 시험할 수 있는 기능을 가진 재래식 시험기는 현재 생산되고 있지 않다. 따라서 다축 하중상태에 대해서는 구체적인 시험결과로서 재래시험기와 본 시험기를 비교하기란 불가능하다.The tester therefore exhibits a complex stress state as a combination of these stresses. Conventional testers with the ability to test such complex loading conditions are not currently in production. Therefore, it is impossible to compare this tester with the conventional tester as a specific test result for the multiaxial load state.
그러나 본 시험기는 굽힘과 비틀림의 복합적인 하중상태이외에도 단순굽힘 하중과 단순비틀림 하중을 피로시험할 수 있는 기능도 아울러 보유하고 있다.However, in addition to the combined load and torsional load conditions, the tester also has the ability to fatigue test simple bending and torsional loads.
참고로 본 시험기의 시험가능분야를 도표로 나타내면 표 1과 같다.For reference, the testable field of this tester is shown in Table 1 as a table.
[표 1]TABLE 1
다축피로 시험기로 가능한 시험Possible test with multiaxial fatigue tester
주 ; W : With, O : WithoutNote; W: With, O: Without
또한 굽힘하중이나 비틀림 하중등의 단순하중상태에 대해서는 재래시험기가 많이 있으므로, 재래시험기와 본 발명시험기의 피로시험결과 자료에 대한 일괄적인 비교를 행할 수 있다. 이러한 목적으로 제20도는 다축피로 시험기에서 산출한 자료중 굽힘응력과 비틀림 응력의 각각에 대한 자료를 재래시험기인 독일의 센크(Schenck)사 피로시험기에서 시험한 자료와 비교한 것이다.In addition, since there are many conventional testers for simple load conditions such as bending load and torsional load, it is possible to perform a batch comparison of fatigue test result data between a conventional tester and the present invention tester. For this purpose, Figure 20 compares the data for each of the bending and torsional stresses from the multiaxial fatigue tester with those from the German Schenck fatigue tester.
이 그래프에서 볼때 본 발명의 다축 피로시험기와 센크피로시험 결과가 상당히 흡사한 값을 산출하고 있음을 알 수 있다. 특히, 피로시험 결과의 특성은 동일한 응력상태가 부여되더라도 결과인 수명의 산출에는 여러가지 요인에 따라 값의 변화가 심하다.From this graph, it can be seen that the results of the multi-axis fatigue test and the crank fatigue test of the present invention are very similar. In particular, the characteristics of the fatigue test results vary significantly depending on various factors in the calculation of the service life even if the same stress state is given.
가령, 시편의 재질, 가공상태, 제작과정에 따라 그 값이 달라짐은 물론 같은 실험상태, 같은 시험기라 할지라도 상당히 큰 구간에 그 결과가 분포되어 있음을 감안하면 시험결과의 기울기는 같은 추세내에 있음을 알 수 있다. 따라서 다축 피로시험기를 사용한 시험결과는 굽힘응력, 비틀림 응력의 피로시험에서는 센크사 피로시험기와 같은 시험결과를 나타냄으로서 다축피로시험기는 단축굽힘 응력 및 비틀림 응력의 피로시험결과 산출에도 응용가능함을 알 수 있다. 또한 다축피로시험기의 독특한기능인 굽힘 및 비틀림의 복합적인 응력상태는 신빙성있는 굽힘 및 비틀림 응력을 복합적으로 조합한 값이기에 이에 대한 시험결과 자료도 실뢰할 수 있게 된다.For example, the slope of the test result is within the same trend, considering that the value varies depending on the material, processing condition, and fabrication process of the specimen, as well as the result is distributed in a fairly large section even in the same experimental condition and the same tester. It can be seen. Therefore, the test results using the multi-axis fatigue tester show the same test results as the Senk's fatigue tester in the fatigue test of bending stress and torsion stress. have. In addition, the complex stress state of bending and torsion, which is a unique feature of the multiaxial fatigue tester, is a combination of reliable bending and torsional stresses.
제21도는 다축피로 시험기의 독특한 기능인 굽힘응력과 비틀림 응력의 조합상태에 대한 시험결과를 나타낸 것이며 제20도와는 달리 굽힘응력과 비틀림 응력을 동시에 받고 있는 상태를 설명한 선도이다. 가로축 BB는 굽힘응력의 상태를, 세로축 TT는 비틀림 응력의 상태를 나타낼 수 있도록 한 것이다. 이들 축 상에서 다축피로에서 이론적인 line인 일정수명에서의 SLEE line을 우선 긋고, 임의의 굽힘응력과 비틀림 응력이 조합적으로 가해진 상태에서 피로시험될 결과를 동일수명끼리 도시한 것이다. SLEE lineFIG. 21 shows the test results for the combined state of bending stress and torsion stress, which is a unique function of the multiaxial fatigue tester. FIG. 21 is a diagram explaining the state under which bending stress and torsion stress are simultaneously received. The abscissa axis BB represents the state of bending stress, and the ordinate axis TT represents the state of torsion stress. These results show that the same lifespan results are drawn first with the SLEE line at constant lifetime, which is the theoretical line in multiaxial fatigue, and under any combination of arbitrary bending and torsional stresses. SLEE line
여기서 105싸이클까지 수명이 다한 시험결과중 t점은 비틀림 응력만이 시편에 부여될 때이며, b점은 굽힘응력만이 부여될 때를 나타낸다. 종래의 시험기를 사용했을 때는, 단축상태에 대한 시험으로 제20도에서 보는 응력-수명 그래프로 나타낼 수 있으며, 이 값을 제21도에서 나타내면 BB라인이나 TT라인상에 나타난다. 따라서 다축피로에서의 시험결과는 제21도와 같이 독특하게 된다.Here, in the test results which have reached the end of 10 5 cycles, the t point is when only the torsion stress is applied to the specimen and the b point is when only bending stress is applied. When a conventional tester is used, it can be shown by the stress-life graph shown in FIG. 20 as a test for a short axis state, and this value is shown on the BB line or the TT line in FIG. Therefore, the test results in multiaxial fatigue are unique as shown in FIG.
이와 같이 본 발명 다축피로 시험기는 종래 단축피로이론이 가지는 결함을 완전제거하고 복합응력이 작용하는 부위의 안정성 및 경제성을 충분히 고려해 줄 수 있게 하였다. 즉, 굽힘응력과 비틀림 응력이 조합하여 작용되는 상황을 임의의 변수로 기계적으로 입력시킬 수 있게 하고, 그 시험결과의 자료를 복합적으로 계측될 수 있게 함으로서 기계요소 및 부품의 기본설계 자료산출에 지대한 효과가 있는 것이다.As described above, the multiaxial fatigue tester of the present invention completely eliminates the defects of the conventional uniaxial fatigue theory and sufficiently considers the stability and economic efficiency of the site where the composite stress acts. In other words, it is possible to mechanically input a situation in which bending stresses and torsional stresses are combined as an arbitrary variable, and to measure data of the test results in a complex manner so that the basic design data of mechanical elements and components can be greatly calculated. It works.
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