JP2017203689A - Fatigue and durability testing device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、試験片等の供試体を加振することにより疲労試験を行い、あるいは、部品等の供試体を加振することにより耐久試験を行う疲労・耐久試験装置に関する。 The present invention relates to a fatigue / durability test apparatus for performing a fatigue test by vibrating a specimen such as a test piece or performing a durability test by vibrating a specimen such as a part.
例えば、自動車部品や完成車メーカーを中心とする輸送機業界では、堅牢かつ軽量な新素材や新機構の研究開発が進んでいることから、安全性と信頼性を高める目的で様々な部品に対する耐久性評価のニーズが高まっている。このような耐久試験には、従来、油圧サーボ機構を備えた疲労・耐久試験装置が使用されてきた。しかしながら、油圧式の疲労・耐久試験装置においては、作動油の定期交換やバルブの定期交換が必要となるばかりではなく、その占有スペースも大きなものとなる。 For example, in the transportation industry, centering on auto parts and finished car manufacturers, research and development of new materials and new mechanisms that are robust and lightweight are progressing, so the durability of various parts for the purpose of improving safety and reliability. There is a growing need for sex assessment. Conventionally, a fatigue / durability test apparatus equipped with a hydraulic servo mechanism has been used for such an endurance test. However, in the hydraulic fatigue / durability test apparatus, not only regular replacement of hydraulic oil and periodic replacement of valves are required, but also the occupied space becomes large.
このため、近年、モータ駆動方式の疲労・耐久試験装置も多用されている。このような疲労・耐久試験装置は、モータと、このモータの駆動により回転するボールねじと、このボールねじと螺合するナットと、このナットに連結されたピストンとを備え、ボールねじの回転運動をピストンの往復運動に変換することにより、供試体に対して負荷を付与する構成を有する。 For this reason, in recent years, motor-driven fatigue / durability testing apparatuses are also frequently used. Such a fatigue / endurance test apparatus includes a motor, a ball screw that is rotated by driving the motor, a nut that is screwed to the ball screw, and a piston that is coupled to the nut, and rotational motion of the ball screw. Is converted into a reciprocating motion of the piston, thereby applying a load to the specimen.
特許文献1には、疲労・耐久試験装置にも使用できる電動アクチュエータが開示されている。この電動アクチュエータは、ボールねじ軸の外周面にボールスプライン溝を設けた複合軸に、スプライン用外筒、ボールねじナットおよび中空モータを組み込み、中空のモータ駆動軸を、ベアリングを介してケーシングに相対回転自在に支持すると共に、モータ本体とスプライン用外筒を、ケーシングに対して軸方向及び回転方向に移動不能に固定し、中空のモータ駆動軸の端部にボールねじナットを一体的に連結し、モータ駆動軸の回転駆動力を、ボールねじナットを介して複合軸の軸方向推力に変換し、推力の軸方向反力を中空モータのベアリングで支持して複合軸を直線運動させ、複合軸に作用する軸方向荷重をボールねじナットで負荷すると共にトルクをスプライン用外筒で支持し、全方向のラジアル荷重およびモーメント荷重をスプライン用外筒およびボールねじナットで支持して位置決めを行っている。
疲労・耐久試験装置を使用して疲労・耐久試験を行う場合には、高速の往復運動を何日間にもわたって連続で実行する必要がある。このような場合には、ボールねじとナットとの摺動部で摩擦熱が発生し、この摩擦熱が長い時間にわたって蓄積されることにより、ボールねじやナットの温度が許容温度を超えてしまう場合がある。このように、許容温度を超えた状態で疲労・耐久試験を続けた場合には、ボールねじやナットが損傷するばかりではなく、発煙または発火の可能性もある。 When a fatigue / endurance test is performed using a fatigue / endurance test apparatus, a high-speed reciprocating motion needs to be continuously performed for many days. In such a case, frictional heat is generated at the sliding part of the ball screw and nut, and this frictional heat accumulates over a long period of time, causing the ball screw or nut temperature to exceed the allowable temperature. There is. As described above, when the fatigue / durability test is continued in a state where the allowable temperature is exceeded, not only the ball screw and the nut are damaged, but there is a possibility of smoking or ignition.
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、疲労・耐久試験を安全に実行することが可能な疲労・耐久試験装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fatigue / durability test apparatus capable of safely executing a fatigue / durability test.
請求項1に記載の発明は、モータと、前記モータの駆動により回転するボールねじと、前記ボールねじと螺合するナットと、前記ナットに連結されたピストンとを備え、前記ボールねじの回転運動を前記ピストンの往復運動に変換することにより供試体に対して負荷を付与する疲労・耐久試験装置であって、前記ナットの温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器により検出した前記ナットの温度に基づいて、前記モータの回転を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の疲労・耐久試験装置において、前記ナットの外周部にフィンを配設する。 According to a second aspect of the present invention, in the fatigue / endurance test apparatus according to the first aspect, fins are disposed on the outer periphery of the nut.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の疲労・耐久試験装置において、前記温度検出器は前記フィンに付設されている。 According to a third aspect of the present invention, in the fatigue / endurance test apparatus according to the second aspect, the temperature detector is attached to the fin.
請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の疲労・耐久試験装置において、前記制御部は、前記温度検出器により検出した前記ナットの温度が設定温度以上となったときに、前記ボールねじの回転を停止させる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fatigue / endurance test apparatus according to any one of the first to third aspects, the control unit is configured such that the temperature of the nut detected by the temperature detector is equal to or higher than a set temperature. When this happens, the rotation of the ball screw is stopped.
請求項5に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の疲労・耐久試験装置において、前記制御部は、前記温度検出器により検出した前記ナットの温度に応じて、前記ボールねじの回転速度を変更し、または、前記ボールねじを間欠的に回転させる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fatigue / endurance test apparatus according to any one of the first to third aspects, the control unit is configured according to the temperature of the nut detected by the temperature detector. The rotation speed of the ball screw is changed or the ball screw is rotated intermittently.
請求項1から請求項5に記載の発明によれば、温度検出器によりナットの温度が上昇したことを検知することが可能となる。このため、ナットの温度に応じてボールねじの回転を停止し、あるいは、ボールねじの回転を制御することにより、ボールねじやナットの損傷や発火等の問題を防止して、疲労・耐久試験を安全に実行することが可能となる。 According to the first to fifth aspects of the present invention, it is possible to detect that the temperature of the nut has been increased by the temperature detector. For this reason, by stopping the rotation of the ball screw according to the temperature of the nut or controlling the rotation of the ball screw, problems such as damage to the ball screw or nut or ignition are prevented, and fatigue / endurance tests are performed. It can be executed safely.
請求項2に記載の発明によれば、フィンの作用により、ナットの温度上昇を抑制することが可能となる。 According to invention of Claim 2, it becomes possible to suppress the temperature rise of a nut with the effect | action of a fin.
請求項3に記載の発明によれば、温度検出器をフィンに付設したことから、ボールねじとナットとを市販品とした場合においても、温度検出器を、フィンを介して容易にナットに付設することが可能となる。 According to the invention described in claim 3, since the temperature detector is attached to the fin, the temperature detector can be easily attached to the nut via the fin even when the ball screw and the nut are commercially available. It becomes possible to do.
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、この発明に係る疲労・耐久試験装置の概要図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a fatigue / durability test apparatus according to the present invention.
この疲労・耐久試験装置は、モータ11と、このモータ11の駆動により回転するボールねじ13と、このボールねじ13と螺合するナット14と、このナット14に連結された中空状のピストン18とを備える。ボールねじ13やピストン18等は、筒状のケーシング10内に収納されている。
The fatigue / endurance test apparatus includes a
モータ11としては、ACサーボモータが採用される。このモータ11の内部には、後述するエンコーダ31が配設されている。このモータ11の回転軸12は、カップリング21および連結軸19を介して、ボールねじ13と接続されている。なお、連結軸19は、ベアリング22により回転可能に軸支されている。
An AC servo motor is employed as the
ボールねじ13におけるモータ11とは逆側の端部は、ピストン18における中空部内に侵入している。ピストン18は、案内部材23により、軸心方向(図1における左右方向)にスライド可能に支持されている。このピストン18は、ロードセル24を介して供試体25と接続されている。ボールねじ13には、ナット14が螺合している。そして、ナット14の外周部には、複数枚の薄板円盤状部材から構成されるフィン15と、このフィン15の両側に配置されたガード部材16とが配設されている。これらのフィン15とガード部材16とは、アルミ等の金属を切削加工することにより製作される。そして、フィン15にはサーモスタット17が付設されている。
An end portion of the
なお、ケーシング10に付設されたカバー35内には、ピストン18の変位量を測定するための変位計36が配設されている。
A
図2は、ナット14の外周部にフィン15およびガード部材16を装着する状態を示す分解斜視図である。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a state in which the
この図に示すように、図1に示すフィン15およびガード部材16は、上部フィン15aおよび上部ガード部材16aと、下部フィン15bおよび下部ガード部材16bとに分割することが可能となっている。そして、ナット14を、上部フィン15aおよび上部ガード部材16aと、下部フィン15bおよび下部ガード部材16bとにより挟み込むことで、ナット14の外周部にフィン15およびガード部材16が配設される構成となっている。このフィン15を構成する下部フィン15bには、上述したサーモスタット17が付設されている。
As shown in this figure, the
一般に、ボールねじ13とナット14とから成るアクチュエータ機構としては、市販のものが採用されることが多い。このため、このような構造によりフィン15およびサーモスタット17をナット14に付設する構成を採用した場合においては、ボールねじ13とナット14とを市販品とした場合においても、サーモスタット17を、フィン15を介して容易にナット14に付設することが可能となる。
In general, a commercially available actuator mechanism is often used as the actuator mechanism including the
図3は、この発明の第1実施形態に係る疲労・耐久試験装置の主要な制御系を示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram showing a main control system of the fatigue / endurance test apparatus according to the first embodiment of the present invention.
この疲労・耐久試験装置は、論理演算を実行するCPU、装置の制御に必要な動作プログラムが格納されたROM、制御時にデータ等が一時的にストアされるRAM等を備え、装置全体を制御する制御部30を備える。この制御部30は、モータ11と、このモータ11によるボールねじ13の回転状態を検出するためのエンコーダ31と、供試体25に負荷される試験力を検出するためのロードセル24と、フィン15を介してナット14の温度を検出するためのサーモスタット17と接続されている。また、この制御部30は、警告表示を表示し、または、警告音を発生するための警告部33と接続されている。
This fatigue / endurance test apparatus includes a CPU that executes logical operations, a ROM that stores an operation program necessary for controlling the apparatus, a RAM that temporarily stores data during control, and the like, and controls the entire apparatus. A
この発明に係る疲労・耐久試験装置により疲労試験あるいは耐久試験を実行するときには、モータ11の駆動により、ボールねじ13を時計回り方向および反時計回り方向に往復して回動させる。このボールねじ13の回転に伴って、ナット14がボールねじ13の軸心方向(図1における左右方向)に往復移動する。これにより、ナット14に接続されたピストン18が往復移動し、供試体25には、ロードセル24を介して、往復振動による試験負荷が付与される。このときの供試体25の変位量は、エンコーダ31により検出したボールねじ13に回転状態に基づいて制御部30により演算される。また、このときの供試体25への試験負荷の大きさは、ロードセル24により測定され、制御部30に送信される。
When the fatigue test or the durability test is executed by the fatigue / durability test apparatus according to the present invention, the
このような試験を連続して実行した場合には、ボールねじ13と摺動するナット14の温度が上昇する。しかしながら、この発明に係る疲労・耐久試験装置においては、ナット14の外周部にフィン15が配設されていることから、このフィン15による空冷作用により、ナット14の温度上昇が抑制される。
When such a test is continuously performed, the temperature of the
そして、フィン15を介してサーモスタット17により測定したナット14の温度が設定値以上となったときには、サーモスタット17より制御部30に信号が送信される。このときには、制御部30は、モータ11の回転を停止することにより、疲労試験あるいは耐久試験を停止する。また、制御部30は、警告部33に信号を送信し、試験が停止した旨の警告を警告表示または警告音等により実行する。このような構成により、オペレータが試験の停止を認識できるとともに、ボールねじ13やナット14の損傷や、ボールねじ13とナット14の螺合部分からの発煙や発火の問題を防止することができる。このため、疲労・耐久試験を安全に実行することが可能となる。
Then, when the temperature of the
なお、疲労試験あるいは耐久試験を停止してから所定の時間が経過し、フィン15を介してサーモスタット17により測定したナット14の温度が所定の温度まで低下したときには、制御部30の制御により疲労試験または耐久試験を、再度、開始するようにしてもよい。
When a predetermined time has elapsed since the fatigue test or the durability test was stopped and the temperature of the
次に、この発明の他の実施形態について説明する。図4は、この発明の第2実施形態に係る疲労・耐久試験装置の主要な制御系を示すブロック図である。なお、上述した第1実施形態と同様の部材については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a main control system of the fatigue / endurance test apparatus according to the second embodiment of the present invention. In addition, about the member similar to 1st Embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
上述した第1実施形態においては、ナット14の温度を、フィン15を介してサーモスタット17により測定している。これに対して、この第2実施形態に係る疲労・耐久試験装置においては、サーモスタット17に代えて、図1および図2に示すサーモスタット17と同一位置に配置された温度センサ32により、フィン15を介してナット14の温度を測定する構成を採用している。この温度センサ32としてはサーミスタや測温抵抗体、熱電対などの電気式温度センサを使用することができる。
In the first embodiment described above, the temperature of the
そして、この第2実施形態に係る疲労・耐久試験装置においては、温度センサ32により検出したナット14の温度に応じて、モータ11によるボールねじ13の回転を制御する構成となっている。より具体的には、この第2実施形態に係る疲労・耐久試験装置においては、温度センサ32により検出したナット14の温度が設定値以上になったときには、モータ11によるボールねじ13の回転速度を低下させる低速運転、または、モータによるボールねじ13の回転を間欠的に実行する間欠運転のいずれかを実行する。また、制御部30は、警告部33に信号を送信し、ナット14の温度が所定の温度に達した旨の警告を警告表示または警告音等により実行する。
In the fatigue / endurance test apparatus according to the second embodiment, the rotation of the
このような構成を採用した場合においては、ナット14の温度に応じてボールねじ13の回転を制御することにより、ナット14の温度が過度に上昇しない範囲において疲労試験または耐久試験を実行することが可能となる。これにより、ボールねじ13やナット14の損傷や、ボールねじ13とナット14の螺合部分からの発煙や発火の問題を防止することができる。このため、疲労・耐久試験を安全に実行することが可能となる。
In the case of adopting such a configuration, the fatigue test or the durability test can be executed in a range in which the temperature of the
10 ケーシング
11 モータ
12 回転軸
13 ボールねじ
14 ナット
15 フィン
16 ガード部材
17 サーモスタット
18 ピストン
22 ベアリング
23 案内部材
24 ロードセル
25 供試体
30 制御部
31 エンコーダ
32 温度センサ
33 警告部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ナットの温度を検出する温度検出器と、
前記温度検出器により検出した前記ナットの温度に基づいて、前記モータの回転を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする疲労・耐久試験装置。 A motor, a ball screw that is rotated by driving the motor, a nut that is screwed to the ball screw, and a piston that is coupled to the nut, and converts the rotational motion of the ball screw into the reciprocating motion of the piston. A fatigue / durability test device for applying a load to the specimen by
A temperature detector for detecting the temperature of the nut;
Based on the temperature of the nut detected by the temperature detector, a control unit that controls the rotation of the motor;
Fatigue / endurance test equipment characterized by comprising
前記ナットの外周部にフィンを配設する疲労・耐久試験装置。 In the fatigue / durability test apparatus according to claim 1,
A fatigue / durability testing apparatus in which fins are disposed on the outer periphery of the nut.
前記温度検出器は前記フィンに付設されている疲労・耐久試験装置。 In the fatigue / endurance test apparatus according to claim 2,
The temperature detector is a fatigue / endurance test apparatus attached to the fin.
前記制御部は、前記温度検出器により検出した前記ナットの温度が設定温度以上となったときに、前記ボールねじの回転を停止させる疲労・耐久試験装置。 In the fatigue / endurance test apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The controller is a fatigue / durability test apparatus that stops rotation of the ball screw when the temperature of the nut detected by the temperature detector becomes equal to or higher than a set temperature.
前記制御部は、前記温度検出器により検出した前記ナットの温度に応じて、前記ボールねじの回転速度を変更し、または、前記ボールねじを間欠的に回転させる疲労・耐久試験装置。
In the fatigue / endurance test apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The fatigue / durability test apparatus in which the control unit changes the rotation speed of the ball screw or intermittently rotates the ball screw according to the temperature of the nut detected by the temperature detector.
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