JPS5831539B2 - ツカレキヨウドノソクテイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は疲れ強度の測定装置、特に適宜の弾性力を保有
する試験片を対象として、その試験片がくり返しの曲げ
応力等に対してどれだけの疲れ強度をもっているかを測
定する装置に関するものである。

従来一般の例えば金属線材や薄板等の適宜の弾性力を保
有する試験片は、その試験片単独の状態でも、又、その
試験片に他の重量付加物が組合わされた状態でも、その
弾性力に関係していわゆる自由振動を行うことができ、
しかも、その振動によってはその試験片にくり返しの曲
げ応力（曲げ振動のとき）やねじり応力（ねじり振動の
とき）を発生することから、その自由振動を何らかの適
当な制御系のもとに維持すれば、これによって、前記試
験片に対し一定の値のくり返しの応力を極く簡単に、し
かも規則的に発生させることができるが、本発明は、こ
れを更に改良発展させて、特に、前記の自由振動を維持
するための制御系にあって、その装置の対象とする試験
片に最も効果的で効率のよい振動の維持作用を発揮でき
るように構成したものである。

以下に本発明を具体化した一実施例を説明するに、第１
図において、１は試験片で、例えば細長の金属線材や薄
帯状の金属板等を対象とするものであるが、ここでは、
手編機用編針の粗材となる断面略小判形の鋼線材が取上
げられている。

２は前記試験片１と共に振動系を構成する一個の重量付
加物で、強磁性を有する例えば鉄材によってつくられる
。

この重量付加物２は、その中心部に備えた挿通孔３内に
前記試験片１を挿通し、かつ締ねじ４を操作することに
よって、その試験片１の下端部に堅く固定される。

５は測定装置の枠体で、その前面に一個の強固なＬ彫金
具６が、一対の取付ねじ７によって取付けられる。

８はそのＬ彫金具６と共に試験片支持装置を構成する比
較的厚手の支持板で、この支持板８は、その上方の肉厚
部８ａが前記り彫金具６に対して片持ち式に固定されて
いるために、その下方の折曲端部分８ｂが撓曲し易いと
は言えないまでもわずかながらに撓曲可能とされる。

この支持板８には、その下端部分８ｂに前記試験片１の
上端部を挿嵌する凹溝９が上下に細長く設けられると共
に、その凹溝９に挿嵌した前記試験片１をその溝９内に
堅く固定するための挾持用締付具１０が取付けられてい
る。

この締付具１０は、例えば第３図及び第４図に示される
如き形状の他の締付具２０と交換すれば、これによって
、薄帯状の金属板等の試験片１をも、その板厚の変化に
応じて前記支持板８の下端に堅固に取付けることができ
る。

そして、他の重量付加物２についても、そのときどきの
試験片１に適合したものを選べば、これによって、巾広
い測定が可能となる。

本実施例において、前記試験片１と重量付加物２とから
なる振動系が自由振動を行ったときに、その自由振動を
維持するに必要な助勢力を発生する装置は、前記振動系
の特に重量付加物２に対応して取付けられた電磁石ＳＱ
Ｌによって構成されると共に、この電磁石ＳＱＬが、第
５図に電気回路のブロックダイヤグラムで示される制御
装置の動作（第６図はその動作波形図を示す）によって
断続的に駆動される。

即ち、前記の制御装置は、およそ前記振動系が電磁石Ｓ
ＱＬから最も離隔する直前より、最も接近する直前まで
の半サイクルの間（第７図参照）だけに、前記電磁石Ｓ
ＯＬを駆動するものであり、これを更に各回路別に詳述
すると、第５図左方において示されるＤＥＴは検出回路
であり、具体的には前記支持板８の肉厚変化付近に取付
けられ、その部分の撓曲型を検出するためのブリッジ型
ストレインゲージＳＧとそのストレインゲージＳＧから
の出力を増巾するための増巾器ＡＭＰ１とから構成され
ている。

尚、このストレインゲージＳＧからは直流アンバランス
分の出力を取出すのが一般的であるが、安定性、Ｓ／Ｎ
比改善の目的で交流チョッパ一方式により交流アンバラ
ンス分を出力として取出すこともできる。

ＣＯＭは検出回路ＤＥＴからの検出出力の大きさを基準
レベルと比較するための比較回路であり、増巾器ＡＭＰ
２とその出力の波高値を記憶するためのダイオードＤ１
． コンデンサＣ１とからなる半波整流回路と、この
コンデンサＣ１の端子電圧と基準レベルとの比較を行う
比較器ＤＥＦＩ及びこの基準レベルを設定するための可
変抵抗ＶＲＩ並びにコンデンサＣ１に並列接続されたト
ランジスタＴＲＩとより構成されている。

ＤＲＶは、前記の試験片１を含む振動系に対してその自
由振動を維持するための助勢力を与える助勢力付与用の
電磁石ＳＱＬを７駆動するための駆動回路であり、比較
回路ＣＯＭの出力を増巾する増巾器ＡＭＰ３とその出力
端と電磁石ＳＱＬとの間に直列接続されたゲート用のト
ランジスタＴＲ２とそのトランジスタのベースと接地間
に接続されたトランジスタＴＲ３とより構成されている
。

これらのトランジスタＴＲ２、ＴＲ３のベースは後述す
る駆動期間設定回路ＧＴＥの出力により制御され、トラ
ンジスタＴＲ２に増巾器ＡＭＰ３による電磁石ＳＱＬの
駆動期間を制限するゲート作用を行わせている。

、駆動期間設定回路ＧＴＥは、検出回路ＤＥＴからの検
出出力を可変抵抗ＶＲ２によって設定された基準レベル
と比較する比較器ＤＥＦ２と、その比較出力によりトリ
ガーされる単安定マルチバイブレークＭＭ１と、そのマ
ルチバイブレーク出力によりトリガーされる単安定マル
チバイブレークＭＭ２と、このマルチバイブレータＭＭ
２の出力に同期して鋸歯状波信号を発生する鋸歯状波発
振器ＳＴと、この発振器ＳＴからの鋸歯状波信号の波高
値を記憶するためのコンデンサＣ２と、このコンデンサ
Ｃ２への記憶を単安定マルチバイブレークＭＭ１の出力
に同期して行うための発振器ＳＴとコンデンサＣ２との
間に挿入接続されたトランジスタＴＲ４と、このコンデ
ンサＣ２の端子電圧が増巾器ＡＭＰ４を介して与えられ
る２個の可変抵抗ＶＲ３、ＶＨ２と、これらの可変抵抗
ＶＲ３、ＶＨ２によって夫々設定された基準レベルと発
振器ＳＴの出力とを夫々比較する比較器ＤＥＦ３ 、Ｄ
ＥＦ４と、両比較器ＤＥＦ３．ＤＥＦ４の夫々の比較出
力によってトリガーされる単安定マルチバイブレークＭ
Ｍ３．ＭＭ４と、両マルチバイブレークＭＭ３．ＭＭ４
の各出力により夫々セット及びリセットされるフリップ
フロップＦＦと、可変抵抗ＶＲ５によって設定された基
準レベルと発振器ＳＴの出力とを比較する比較器ＤＥＦ
５と、その比較出力を増巾して警報用のブザ゛−ＢＬを
付勢する増巾器ＡＭＰ５とより構成されている。

尚、単安定マルチバイブレークＭＭ３の出力は比較回路
ＣＯＭのトランジスタＴＲ１のベースへ、フリップフロ
ップＦＦの出力は、駆動回路ＤＲＶのトランジスタＴＲ
２のベースへ増巾器ＡＭＰ５の出力はトランジスタＴＲ
３のベースへ夫々供給される。

第５同左下方において示されるＩＮＤは、振動系のくり
返しの振動回数を計数表示するための表示装置であり、
可変抵抗ＶＲ６により設定された基準レベルと検出回路
ＤＥＴの検出出力とを比較する比較器ＤＥＦ６と、その
出力によりトリガーされる単安定マルチバイブレークＭ
Ｍ５と、このパイブレーク出力が増巾器ＡＭＰ６を介し
て供給される電磁カウンタＣＮＴとより構成されている
。

上記構成において、例えば前記試験片１を第１図の状態
に取付けてから、その試験片１並びに重量付加物２から
なる振動系を、垂下状態のままに停止させておけば、こ
れによって前記ストレインゲージＳＧには伺らの歪信号
も検出されず、従って、前記駆動期間設定回路ＧＴＥに
対し何らの信号も送られないままとなる。

よって、前記電磁石ＳＱＬが駆動されることがない。

そこで、前記試験片１の疲れ強度を測定する場合には、
前記振動系を第１図矢線方向のいずれか一方向に押圧し
かつその押圧を急激に解除すればよい。

これによって、その振動系は、前記試験片１自体に弾性
力を保有するために、その振動系に固有の周波数をもっ
て、即ち、前記試験片１に保有する弾性力に基因するば
ね定数と、その振動系全体の質量とによって決定される
固有の周波数をもって自由振動を開始する。

このとき、その振動系を支持した前記支持板８は、その
支持板８が比較的厚手の撓曲し難い材質からなるとはい
っても、その支持板８の枠体５に対する片持ち式の支持
のために、その振動方向と同方向に撓曲傾向が与えられ
、これによってわずかながらも、撓曲束が発生する。

しかも、その支持板８は、例えば右方向へ振動する振動
系によって同じく右方向への撓曲傾向が与えられ、又、
左方向に振動する振動系によって同じく左方向への撓曲
傾向が与えられるので、その振動系に固有の周波数と同
じ周波数で撓曲束が発生する。

従って、その撓曲のために前記支持板８の肉厚変化付近
の部分に発生する歪は、前記振動系に固有の周波数でし
かもその振動振幅の大小に応じて変化する。

即ち、前記振動系の振動のために生ずる試験片１のくり
返しの曲げ応力は、その振動振幅の大小に関係し、しか
もその周期に関係して生ずるものであるから、これによ
って、前記支持板８の歪が前記試験片１のくり返しの曲
げ応力の変化を表わすこととなる。

この支持板８の歪は、前記ストレインゲージＳＧによっ
て直ちに電気的な検出信号■（第６図参照）として検出
され、もしその信号レベルが前記駆動期間設定回路ＧＴ
Ｅを動作するに必要なレベル以上であれば、その設定回
路ＧＴＥが動作して前記電磁石ＳＱＬが駆動される。

即ち、検出信号■が駆動期間設定回路ＧＴＥの比較器Ｄ
ＥＦ２に入力されると、ここで基準レベルと比較されて
一定レベル以上の検出信号■に対してパルス信号［Ｆ］
が出力される。

このパルス信号［Ｆ］は単安定マルチバイブレークＭＭ
Ｉを介してパルス信号［Ｆ］に変換され、更に次の単安
定マルチバイブレークＭＭ２を介してパルス信号０が得
られる。

これらの信号［Ｆ］、［Ｆ］、■はともに検出信号■の
一サイクル中に一個の割で得られる。

次に、信号０によりトリガーされて鋸歯状波発振器ＳＴ
からは鋸歯状波信号［Ｆ］が出力される。

この信号０の立上り勾配は一定であるので、パルス信号
■のインターバル、即ち検出信号■の繰返し周波数が低
いほど信号０の波高値は高くなる。

この鋸歯状波信号０の波高値はパルス信号［Ｆ］によっ
て開閉されるトランジスタＴＲ４を介してコンデンサＣ
２に記憶され、その電圧レベルは増巾器ＡＭＰ４を介し
て直流信号■として可変抵抗ＶＲ３゜ＶＨ２に夫々印加
される。

これらの可変抵抗ＶＲ３、ＶＨ２は、鋸歯状波信号０の
波高値を分割するためのものであり、これらの可変抵抗
ＶＲ３、ＶＨ２の夫々によって設定された分圧レベルと
鋸歯状波信号［Ｆ］とを比較することにより、夫々に比
較出力■、（Ｄが得られる。

これらの出力■、■は夫々単安定マルチバイブレークＭ
Ｍ３．ＭＭ４によって波形変換されて、パルス信号■、
Ｏとなり、フリップフロップＦＦのセット、リセットの
トリガ一端子に夫々入力される。

これらのパルス信号■、■は鋸歯状波信号０と夫々の可
変抵抗ＶＲ３，ＶＲ４によって設定された直流レベルと
が一致した時点を表わすものであり、鋸歯状波信号［Ｆ
］の一サイクル中の特定の時点が設定できる。

そこで、−サイクルを３６０°とすると、その角度を特
定することができ、本実施例では可変抵抗ｖＲ３が１８
０°〜３６００用、可変抵抗ＶＲ４が００〜１８０°用
に夫々設計されている。

従って、鋸歯状波信号０の繰返し周期が長くなればその
信号０の波高値も高くなるが、可変抵抗ＶＲ３、ＶＨ２
によって設定される分圧レベルも上昇するので、信号０
の一サイクル中の設定角度は変らない。

また、これらのパルス信号■、Ｑによってトリガ゛−さ
れたフリップフロップＦＦからはセット出力［相］が得
られ、この出力■が前記の駆動回路ＤＲＶのゲート用の
トランジスタＴＲ２のベースに入力され、そのエミッタ
に接続された前記の電磁石ＳＱＬをフリップフロップＦ
Ｆからのセット出力［相］が存在する間だけ駆動可能と
する。

この駆動期間は、可変抵抗ＶＲ３、ＶＨ２によって設定
された分圧レベルによって左右される。

従って、その分圧レベルを振動系の自由振動の維持に最
適な値に設定することにより、たとえ、繰返し周波数が
変化しても−サイクル中の電磁石ＳＱＬの駆動期間を一
定に維持できる。

本実施例においては、この特定の駆動期間を、およそ前
記振動系が電磁石ＳＱＬから最も離隔する直前より、最
も接近する直前までの半サイクルの間に設定することで
、その電磁石ＳＱＬのヒステリシス等を考慮した最も有
効な助勢力の発生を可能とするが、その具体的な可変抵
抗ＶＲ３゜ＶＨ２の調整は、それら抵抗ＶＲ３、ＶＨ２
を実験的にいろいろ操作すれば、これによって、極く簡
単に求めることができる。

一方、比較回路ＧＣＭにも入力された検出信号■は、そ
の回路ＣＯＭのダイフードＤ１及びコンデンサＣ１とに
よりその波高値に相当する直流信号［Ｆ］に変換される
。

この直流信号■のレベルは検出信号■の各サイクル毎の
波高値に対応し、検出信号■の振巾が大きくなれば、こ
の信号■もレベルは高くなる。

この直流信号［Ｆ］は比較器ＤＥＦ １でモーメント設
定用の可変抵抗ＶＲＩによって設定された基準直流レベ
ルと比較され、そのレベルに対して補足的な比較出力■
が得られる。

即ち、基準直流レベルに対して直流信号［Ｆ］のレベル
が不足している分の出力が得られる。

しかも、前記の直流信号■は、トランジスタＴＲＩのペ
ースに対して前記駆動期間設定回路ＧＴＥからのパルス
信号■が加わる毎に、即ち検出信号■の一サイクル毎に
、新たな検出信号■に応答したレベルの直流信号■に置
き換えられるので、その検出信号■のレベル変化に直ち
に応答した補足的な比較出力０が得られる。

以上によって、比較回路ＣＯＭからの比較出力０が、前
記の駆動期間設定回路ＧＴＥによって断続されたところ
の駆動出力０は、例えば、予め設定した可変抵抗ＶＲ１
の基準値に対してストレインゲージＳＧからの歪直流信
号■が余りに小さい場合には、大きな出力が得られるし
、又、その歪信号が余り小さくない場合には、小さな出
力が得られる。

これによって、もし電磁石ＳＱＬの磁力が強く発生すれ
ば、その発生磁力によって前記振動系の特に重量付加物
２を強く吸引することとなるので、その振動系全体の振
幅が大きくなる。

すると、その振動のために生ずる前記支持板８の歪も、
当然に大きくなって、今度は前記電磁石ＳＱＬに小さな
出力が加えられ、これによって、その発生磁力も弱くな
る。

これらの制御動作によって、前記振動系力相由振動を続
けるとき、その振動の減衰に応じた助勢力が前記電磁石
ＳＱＬによって順次与えられると、前記振動系が成る一
定のレベルで振動すると共に、前記支持板８の歪が、略
一定の値に維持されるようになり、そしてその値の大小
は、前記可変抵抗ＶＲＩの基準値によって決定される。

この支持板８の歪が略一定の値に維持されることは、と
りもなおさず、前記試験片１に略一定の値の曲げ応力を
くり返し発生させていることであり、これによって、疲
れ強度を測定することができる。

又、前記支持板８の歪の値の大小を変化させること、即
ち、可変抵抗ＶＲＩの基準値を変更することは、前記振
動系の振動振幅の大小を変化させることで、これにより
、前記試験片１には、大きな値や小さい値の曲げ応力を
くり返し発生させることができる。

このようにして、くり返しの曲げ応力が発生する前記試
験片１は、その曲げ応力値が成る一定以上になるといわ
ゆる疲れ破壊を起こすことがあり、この破壊が生じるま
でのくり返しの振動回数が重要な資料となる。

このために、前記の表示装置ＩＮＤの電磁カウンタＣＮ
Ｔは、検出出力■を、比較器ＤＥＦ６、単安定マルチバ
イブレークＭＭ５、増巾器ＡＭＰ６を介して供給するこ
とによって駆動され、計数表示を行っている。

ときに、前記試験片１に疲れ破壊が生じたり等して、前
記振動系の自由振動が停止した場合には、前記の鋸歯状
波信号０のレベルがどんどん上昇し、可変抵抗ＶＲ５に
より設定された基準レベルより高くなると比較器ＤＥＦ
５、増巾器ＡＭＰ５を介して比較出力［Ｆ］が生じ、警
報用のブザーＢＬを付勢するとともに駆動回路ＤＲＶの
トランジスタＴＲ３のベースへ入力され、ゲート用のト
ランジスタＴＲ２へのベース入力を短絡し、トランジス
タＴＲ２を完全に遮断する。

その結果、電磁石ＳＱＬはその後は駆動されない。

ところで、多数の試験片１を対象として、そのいずれに
おいても常に同一の重量付加物２を組合わせれば、常に
一定の周波数でくり返しの曲げ応力を発生させることが
できるが、例えば、くり返しの応力が発生する時間間隔
をも変えて、これにより疲れ強度がどのように変化する
かを測定することもできる。

即ち、重量付加物２の重量を適宜に増減すれば、言い換
えれば、互いに重量の異なる重量付加物２を多数用意し
て、その内の適宜のものを前記試験片１に組み合わせれ
ば、これによってその振動系全体の質量が変化するので
、その振動系に固有の周波数を必要に応じて容易に変更
することができる。

又、強磁性体製の重量付加物２を組合わせることは、そ
れ自体強磁性をもたない試験片１にあっても、その試験
片１を含む振動系に対して助勢力を容易に与えることが
でき、これによって、例えば合成樹脂材料や銅、アルミ
等の非鉄材料等からなる試験片をも、容易に測定するこ
とができる。

更に、対象とした試験片１にあって、それ自体単独では
極めて高い周波数で自由振動を行うために、例えば、そ
の周波数が測定装置の特に前記電磁カウンターＣＮＴ等
の応答可能な範囲を越える場合であっても、その試験片
１に前記重量付加物２を適宜に組合わせれば、これによ
って、その試験片１を含む振動系全体の周波数を低く押
さえて測定を行うことができる。

従って、各種の試験片を対象として巾広く測定できる。

尚、本実施例において、試験片１から直接的に歪信号を
取り出すことなく、その試験片１を支持した支持板８か
ら間接的に取り出すようにしたから、測定の対象となる
試験片１を取換える毎に、その各試験片１に対しストレ
インゲージＳＧを取付ける等の手間がなく、その測定を
容易かつ迅速に行なうことができる。

また、本実施例の回路では、駆動期間設定回路ＧＴＥに
鋸歯状波発振器ＳＴを用い、その鋸歯状波信号をもって
振動系の一サイクル中の駆動期間を設定しているので、
固有振動数の異なる振動系に対してもその各振動系に最
も効率のよい駆動期間を極く簡単に設定することができ
る。

本発明は以上に説明したように、いわゆる自由振動を行
って疲れ強度を測定する装置にあって、その自由振動を
維持するに必要な助勢力を発生するための制御装置に、
特に、自由振動の一サイクル中の任意の特定期間だけ助
勢力を与えることができる駆動期間設定回路ＧＴＥを備
え、その駆動期間設定回路ＧＴＥによって、助勢力付与
用の電磁石ＳＱＬを、試験片１を含む振動系の自由振動
の減衰外を補足するように駆動し、その駆動期間を振動
系の振動助勢に最も有効な期間だけに限定し、更には、
助勢力付与用電磁石ＳＱＬのヒステリシス等をも考慮し
て、助勢力が最もタイミングよく発生するように駆動回
路ＤＲＶの駆動開始時期及び終了時期を特定したので、
極めて効率の良い疲れ試験を行なうことができる。

特に、各種の試験片を対象とする場合であっても、その
各試験片毎に異なるくり返しの周波数に応じてその夫々
に最も効率の良い電磁石ＳＱＬの駆動開始時期及び終了
時期を、各独立した２個の調整部材ＶＲ３゜ＶＨ２によ
って極く簡単に調整できる等の、実用上の極めて優れた
効果をもつ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本装置の要部分解斜視図、第２図は第１図の■
−■線における拡大断面図、第３図は試験片支持装置の
変形例を示す要部分解斜視図、第４図は第３図のＩＶ−
ＩＶ線における断面図、第５図は制御装置等の電気回路
のブロックダイヤグラム、第６図はその動作波形図、第
７図は作用説明図である。 １は試験片、８は試験片支持装置としての支持板、ＳＱ
Ｌは助勢力付与用の電磁石、ＤＥＴは検出回路、ＣＯＭ
は比較回路、ＤＲＶは駆動回路、ＧＴＥは駆動期間設定
回路、ＩＮＤは表示装置、ＶＨ２、ＶＨ２は調整部材と
しての可変抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 適宜の弾性力を保有する試験片１を対象として、そ
   の試験片１がくり返しの曲げ応力等に対してどれだけの
   疲れ強度をもっているかを測定するため、少なくとも前
   記試験片１を含む振動系をその振動系に固定の周波数を
   もって自由振動できるように支持する試験片支持装置８
   と、前記振動系に対してその自由振動を維持するための
   助勢力を与える助勢力付与用の電磁石ＳＱＬと、その助
   勢力付与用の電磁石ＳＱＬに対し前記試験片１に生ずる
   応力を成る特定された略一定の値に維持するに必要なだ
   けの助勢力を発生させるための制御装置と、前記振動系
   のくり返しの振動回数を検知してその回数をカウントし
   表示するための表示装置ＩＮＤとを備えてなる疲れ強度
   の測定装置において、 前記制御装置が、前記試験片に生ずる応力を検出する検
   出回路ＤＥＴと、その検出回路ＤＥＴの検出出力の大き
   さを基準レベルと比較するための比較回路ＣＯＭと、そ
   の比較回路ＣＯＭからの比較出力により前記検出出力の
   基準レベルに対する不足分を補充するレベルの１駆動力
   を発生する前記助勢力付与用電磁石ＳＱＬのための１駆
   動回路ＤＲＶと、前記検出信号のくり返し周波数に同期
   し、−サイクル中の任意の特定期間だけ前記１駆動回路
   ＤＲＶを動作させる駆動期間設定回路ＧＴＥと、その駆
   動期間設定回路ＧＴＥにあって前記駆動回路ＤＲＶの動
   作開始時期と終了時期とを個別に調整することができる
   二個の調整部材ＶＲ３，ＶＲ４とより構成されているこ
   とを特徴とする疲れ強度の測定装置。