JPH027019B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は疲労試験方法および装置に係り、特に
加振部によつて被試験体を含む振動系を振動さ
せ、被試験体に所定の繰返し荷重を与えて疲労試
験を行う疲労試験方法および装置に関する。

第１図は本発明の基礎となつた従来の疲労試験
装置の概略図である。加振レバー２に固定された
挾持片４と固定系に固定されたロードセル６に連
結された挾持片８との間に、被試験体１０が挾持
され、加振レバー２、挾持片４，８、ロードセル
６で振動系が構成されている。加振レバー２に
は、回転偏心重錘１２が連結され、この回転偏心
重錘１２は可変速モータ１４により回転される。
この回転偏心重錘１２と可変速モータ１４は、加
振部を構成する。ロードセル６は、振幅検出器１
６を介して比較器１８の一方の入力端に接続され
ている。比較器１８の他方の入力端には、所定の
繰返し荷重に対する目標振幅を設定するための目
標振幅設定器２０が接続されている。比較器１８
の出力端はモータ駆動回路２２を介して可変速モ
ータ１４に接続されている。

この疲労試験装置によれば、モータ１４によつ
て回転偏心重錘１２を回転させると、加振レバー
２が振動し、この振動が被試験体に伝達される。
従つて、モータ１４の回転速度を徐々に上げて振
動系の振動数を共振点f_cに近づけてゆくと、第２
図に示すように被試験体に作用する繰返し荷重の
振幅は振動系の共振曲線ａに沿つて上昇し、回転
偏心重錘１２による強制力の曲線ｂより大きな繰
返し荷重を発生させることができる。

かかる疲労試験装置を用いた疲労試験は次のよ
うに行なわれる。まず、挾持片４，８間に疲試験
体１０を挾持すると共に、目標振幅設定器２０に
疲労試験を行うための所定の繰返し荷重に対する
目標振幅値を設定する。可変速モータ１４を回転
させると振動系が振動し被試験体に繰返し荷重が
与えられる。このときロードセル６により繰返し
荷重が検出され、振幅検出器１６により繰返し荷
重の振幅が検出される。比較器１８は、振幅検出
器１６により検出された振幅と目標振幅設定器２
０に設定された目標振幅値とを比較し、繰返し荷
重の振幅と目標振幅値との偏差が常に零になるよ
うにモータ駆動回路２２を制御する。すなわち、
振幅検出器１６の出力が目標振幅設定器２０の出
力より小であれば、比較器１８の出力が増大し、
モータ回転速度が増大するように制御する。この
とき、被試験体に作用する荷重振幅は、第２図の
共振曲線ａに沿つて目標振幅値に近づくよう増大
し、最終的に目標振幅値と一致するように制御さ
れ、目標振幅値で疲労試験が行なわれる。

上記の疲労試験装置においては、共振曲線が試
験中全く変化しないかまたは徐々に変化してゆく
場合は、フイードバツク制御により繰返し荷重の
振幅が目標振幅値に制御されるため、安定した疲
労試験を実施することができる。しかし、被試験
体が機械的な結合部を有する試験品や歯車対を含
む部品等である場合には、荷重振幅を増大した場
合や疲労試験過程で局部的な疲労が発生した場合
に、瞬間的に結合部等にがたやすべりが生じるこ
とがある。このため、上記のような被試験体の疲
労試験を従来の疲労試験装置で実施する場合には
次のような問題が発生する。すなわち、第３図に
示すようにがた発生前の共振曲線をｃをすると、
がた発生後の共振曲線は、がた発生に伴う振動系
のばね定数低下によつてばね定数の平方根に比例
する共振振動数も低下するため、がたの大きさに
よつて第３図のｄまたはｅへ変化する。一般に、
がたの発生は急激であるからモータの回転速度は
この変化に追従できず、目標振幅値Ａの疲労試験
を行なつていたときにがたが発生し、共振曲線が
ｃからｄへ変化すると、荷重振幅はＢ点まで急増
する。従つて、被試験体には、疲労試験としては
不程当な過大荷重が作用する、という問題があ
る。また、発生したがたが大きく急激に共振曲線
がｃからｅへ変化した場合には、荷重振幅はＣ点
まで急減し、この時点では過大荷重は発生しない
が、モータ回転速度と荷重振幅との関係が逆特性
になつているため、荷重振幅が目標振幅値Ａより
小さいことからモータ回転速度が上昇されても荷
重振幅が減少されてしまい、制御不能になるとい
う問題がある。なお、ｃからｅへの特性が比較的
ゆつくりと変化する場合には、共振振動数を通過
する際に過大な振動が発生するという問題を生ず
る。

上記の被試験体に過大荷重が作用する原因は、
従来の疲労試験装置が目標振幅値を設定して荷重
振幅を目標振幅値にフイードバツク制御している
ことから、共振振動数以下の振動でしか所定の繰
返し荷重を与えることができないことにある。す
なわち、振動系の振幅が０の状態から目標振幅値
に制御するためには、モータ回転速度を上昇させ
て振動系の振幅を徐々に大きくする必要があり、
振動系の振幅を徐々に大きくしてゆくと共振点前
において振動系の振幅が目標振幅値に一致してし
まうからである。従つて、従来の疲労試験装置の
比較器１８は、振幅検出器１６出力が目標振幅設
定器２０出力より小さいときモータ回転速度を上
昇させるための信号を出力させる必要があり、こ
のようにすると共振曲線が第３図のｃからｅに変
化したとき、振幅検出器１６出力が目標振幅設定
器２０出力より小さくなり、モータ回転速度が上
昇するように制御される。しかし、振幅検出器出
力は、更に小さくなるために、モータの回転速度
は極限まで上昇して制御不能の状態となる。

本発明は上記問題点を解消すべく成されたもの
で、被試験体にがたやすべりが生じて共振振動数
が小さくなつた場合でも、被試験体に過大荷重が
作用したり試験装置が制御不能の状態になること
のない疲労試験方法およびこの方法の実施に直接
使用する装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１の発明は、被試
験体を含む振動系を強制的に振動させ、被試験体
に所定の繰返し荷重を与えて疲労試験を行う疲労
試験方法において、振動系の共振振動数以上の振
動数で所定の繰返し荷重を与えることを特徴とす
る。ここで、がたやすべりが発生する前の振動系
の共振曲線を第４図のｇとし、がたやすべりが発
生したときの共振曲線を第４図のｈとし、がたや
すべりが発生する前に共振点f_c以上の振動数で振
動系が強制的に振動され、振動系の荷重振幅が第
４図のＥ点の大きさであるとする。がたやすべり
が発生すると共振曲線がｈに急激に変化するが、
強制力の振動数は急激に変化しないため、振動系
の荷重振幅は共振曲線ｈ上のＦ点の大きさに変化
する。このとき、Ｆ点の荷重振幅の大きさはＥ点
の荷重振幅の大きさより小さいため、被試験体に
過大荷重が作用することはない。そして、強制力
の振動数を小さくすれば、荷重振幅は共振曲線ｈ
に沿つて上昇してＥ点と同じ大きさのＧ点に制御
することができる。なお、がたやすべりの発生が
比較的ゆつくりと生じた場合でも荷重振幅はＥ点
からＦ点へとゆつくりと変化するのみであり、過
大荷重が発生することはない。振動系を強制的に
振動させるには、回転偏心重錘と可変速モータに
よる加振装置や電磁石のオンオフによる磁力を利
用した加振装置等が使用できる。

上記の第１の発明によれば、被試験体のがたや
すべりが生じても、機械振動系の特性変化時にお
ける共振振動数の通過がないので、被試験体に過
大荷重が作用することを防止できる、という効果
が得られる。

また、上記目的を達成するために第２の発明
は、被試験体を含む振動系を振動させる回転偏心
重錘と、回転偏心重錘を回転させるモータと、振
動系を共振振動数以上の振動数で振動させるため
の所定回転速度が設定される回転速度設定器と、
回転速度設定器からの設定信号に基づいてモータ
回転速度を所定回転速度に制御するための信号を
出力する制御回路とを設けたものである。

第５図を参照して第２の発明を説明する。この
発明は、被試験体１０および加振レバー２を含む
振動系と回転偏心重錘１２から成る機械振動部、
可変速モータ２６、制御回路２８および回転速度
設定器３０から構成されている。まず、回転速度
設定器３０には、振動系を共振振動数以上の振動
数で振動させるための試験時の目標回転速度を設
定しておく。始動スイツチを投入すると、制御回
路２８から出力される信号によりモータ２６が回
転され、モータ回転速度は回転速度設定器に設定
された目標回転速度まで急激に上昇する。そし
て、振動系は共振振動数以上の振動数で振動され
ているため、がたやすべりが発生したとき被試験
体に作用する荷重振幅は第１の発明と同様に小さ
くなるが、回転速度設定器３０の設定値を調節す
ることにより、所定の繰返し荷重が得られるよう
に制御することができる。

以上のように第２の発明は、振動系の共振振動
数以上の振動数で疲労試験を実施しているため、
第１発明と同様にがたやすべり発生時の過大荷重
やモータの過回転を防止できるという効果があ
る。

次に第２の発明の実施態様を第６図を参照して
説明する。なお、第６図において第５図と同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。この実
施態様は、回転速度設定器を、試験時に振動系を
共振振動数以上の振動数で振動させるための目標
回転速度が設定される目標回転速度設定器３０Ａ
と目標回転速度より充分高い初期回転速度が設定
される初期回転速度設定器３０Ｂとで構成したも
のである。疲労試験に際しては、まず初期回転速
度設定器３０Ｂの設定信号を制御回路２８に入力
して、可変速モータ２６を速やかに初期回転速度
まで回転させる。そして、モータの回転速度が初
期回転速度に達した後に、目標回転速度設定器３
０Ａの設定信号を制御回路２８に入力して、モー
タ回転速度を目標回転速度まで降下させる。この
結果、被試験体に目標回転速度に応じた所定の繰
返し荷重が与えられる。なお、がたやすべりが発
生した場合には、目標回転速度設定器３０Ａの設
定値を調節することにより所定の繰返し荷重が与
えられるよう制御することができる。ここで、初
期回転速度を目標回転速度より高く設定する理由
は、一般に共振式の疲労試験では、試験時の振動
系の振動数が共振振動数に比較的近いためモータ
回転速度を０から目標回転速度に制御すると、共
振振動数通過時に過大な共振振動を生ずる可能性
があるからである。この過大な共振振動は、初期
速度設定器に設定する初期回転速度を目標回転速
度を越えた値にして、共振振動数付近を通過する
際の所要時間を短くすることにより、避けること
ができる。

本実施態様によれば、初期回転速度の設定値を
目標回転速度より充分高い値にすることにより、
比較的低馬力で安価な可変速モータを用いても、
モータの回転速度が共振振動数を通過する際の所
要時間を非常に短かくすることが可能になる。し
たがつて、共振振動数通過時に生じる共振現象を
低くできるという利点を有する。また大馬力のモ
ータを用いれば、モータの回転上昇速度を大きく
することができるので、初期設定回転速度を下げ
て試験時の回転速度に近いところに設定すること
も可能であり、この場合には許容最高回転速度の
低い可変速モータを用いることができる。

更に、本実施態様によれば、初期回転速度設定
器と目標回転速度設定器とを切換えて使用するた
め、試験開始時の回転速度設定器の調節が不要に
なる、という効果が得られる。なお、初期回転速
度設定器と目標回転速度設定器とを１つの回転速
度設定器で構成して、この回転速度設定器の設定
値を調節するようにしてもよい。

更に上記目的を達成するために第３の発明は、
被試験体を含む振動系を振動させる回転偏心重錘
と、回転偏心重錘を回転させるモータと、疲試験
体に作用する繰返し荷重の振幅を検出する振幅検
出器と、試験時における繰返し荷重の目標振幅値
を設定する目標荷重振幅設定器と、試験開始前に
振動系を共振振動数以上の振動数で振動させるた
めの初期回転速度が設定される初期回転速度設定
器と、振幅検出器からの信号と目標荷重振幅設定
器からの設定信号との偏差に応じた信号を出力す
る比較器と前記初期回転速度設定器からの設定信
号および前記比較器からの信号を加算する加算器
とから成る制御回路とを設け、加算器からの信号
に基づいてモータ回転速度を制御するための信号
を出力するようにしたものである。この発明によ
れば、試験開始前においては初期回転速度設定器
からの設定信号に基づいて共振振動数以上の振動
数で振動系が振動するようにモータ回転速度が迅
速に制御され、試験時には比較器からの信号に基
づいて振動系の荷重振幅が目標振幅値になるよう
にフイードバツク制御される。従つて、試験時に
は振動系の共振振動数以上の振動数で目標振幅値
に応じた所定の繰返し荷重が与えられることにな
る。

第３の発明は、振動系の共振振動数以上の振動
数で試験を行うため、被試験体にがたやすべりが
発生したときの過大荷重が作用することや試験装
置のモータ過回転が生じることが防止されると共
に、フイードバツク制御を行つているため、がた
やすべりが発生して荷重振幅が低下したときに自
動的に目標振幅に制御できる、という効果が得ら
れる。

次に第３の発明の実施態様を第７図を参照して
説明する。なお、第７図において第６図と同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。この実
施態様は、被試験体に作用する繰返し荷重の振幅
を検出する振幅検出器３２と、試験時における繰
返し荷重の目標振幅値を設定する目標荷重振幅設
定器３４を備えており、振幅設定器３２および目
標荷重振幅設定器３４は比較器３６および加算器
３８を介して駆動回路２８に接続されている。こ
の比較器３６および加算器３８は制御回路を構成
する。また、加算器３８には、試験開始前に振動
系を共振振動数以上の振動数で振動させるための
初期回転速度が設定される初期回転速度設定器３
０Ｂが接続されている。疲労試験に際しては、ま
ず目標荷重振幅設定器３４に目標振幅値を設定
し、初期回転速度設定器３０Ｂに初期回転速度を
設定しておく。この状態で初期回転速度設定器３
０Ｂから出力されるステツプ状の設定信号を加算
器３８を介して駆動回路２８に入力すると、可変
速モータ２６は初期回転速度まで急激に上昇され
る。このように回転速度を急激に上昇させると、
第２の発明で説明したように被試験体が共振振動
をすることが殆んどないため、被試験体の荷重振
幅を試験時の目標振幅値より充分低い値に押える
ことが可能である。

一方、被試験体の繰返し荷重の振幅は、振幅検
出器３２によつて電気信号に変換された後比較器
３６に入力される。また、比較器３６には目標荷
重振幅設定器３４から出力される設定信号が入力
されている。比較器３６は、振幅検出器３２から
の信号と目標荷重振幅設定器３４からの設定信号
との偏差に応じた信号を出力する。すなわち、振
幅検出器３２からの信号が設定信号より低い場合
には、モータ回転速度を低下させて荷重振幅を大
きくする信号を出力し、逆に振幅検出器３２から
の信号が設定信号より高い場合にはモータ回転速
度を上昇させる信号を出力する。本実施態様の比
較器の動作は、従来の比較器の動作と逆の特性に
してある。この理由は、従来の疲労試験装置では
共振振動数より低い振動数の範囲で試験が行なわ
れるためモータ回転速度と荷重振幅とは正の相関
を持つのに対し、この実施態様では共振振動数よ
り高い振動数の範囲で試験を行うためモータ回転
速度と荷重振幅とは負の相関となるためである。
比較器３６から出力される信号は、加算器３８を
介して駆動回路２８に入力され、被試験体の荷重
振幅が目標振幅値になるように制御する。

上記で説明したようにこの実施態様では、がた
やすべりが生じ易い被試験体の被労試験を安定し
て行うことができる、という効果が得られる。す
なわち、がたやすべりにより振動系の共振振動数
が低下し、この結果被試験体に作用する荷重振幅
が低下した場合には、振幅検出器からの信号も低
下して目標振幅値との偏差が生じる。このため、
偏差に応じた信号が比較器から出力され、更にそ
の出力は加算器３８を介して駆動回路２８へ入力
されて、偏差が小さくなるようにモータ回転速度
が制御される。

以下第３の発明の実施例を詳細に説明する。第
８図は、第１実施例を示すブロツク図である。

本第１実施例の機械振動部５３は、第８図に示
す様に歯車対５２の疲労試験を行なう試験装置を
構成するものである。振動歯車対の一方の歯車
は、後述する歪ゲージ５４を貼つた軸に把持され
ている。試験歯車対の他方の歯車は、加振レバー
５３ｂと一体となつた軸に把持されて、回転偏心
重錘５３ａにより振動させられる。回転偏心重錘
５３ａは、フレキシブル継手５３ｇを介してDC
モータ７２により駆動される。また加振レバー５
３ｂの軸にはトーシヨンバ５４ｃを介して平均荷
重レバー５３ｅと一体となつた軸が結合されてお
り、重錘５３ｆによつて試験歯車対５２に平均荷
重が作用するようになつている。トーシヨンバ５
３ｃのばね定数は、試験歯車対５２および歪ゲー
ジ５４を貼付した軸等からなる部分のばね定数よ
りも、充分低く設定してある。これによつて、平
均荷重レバー５３ｅ、重錘５３ｆの慣性重量を加
振レバー５３ｂを含む振動部分と振動的に分離す
ることにより、試験歯車対を含む振動部分の共振
振動数を高く保ち、試験速度の低下を防いでい
る。

機械振動部５３に組付けられた被試験体に機械
的に接続された歪ゲージ５４は、被試験体である
試験歯車対５２に加わつた荷重を歪として検出
し、これを抵抗変化±ΔRとして出力する。歪ゲ
ージ５４に接続された歪ゲージ用アンプ５６は、
歪ゲージ５４の抵抗変化±ΔRを電気信号に変換
し、荷重に応じて変化する荷重信号e_wとして出力
する。歪ゲージアンプ５６に接続されたピークホ
ールド回路５８は、荷重信号e_wを入力して変化す
る荷重信号e_wの山から谷までの値の２分の１すな
わち荷重片振幅値を検出し、振幅信号e_pとして出
力する。このピークホールド回路５８は、差動ア
ンプ６０の負の入力端に接続されている。また、
差動アンプ６０の正の入力端には、定電圧電源お
よび可変抵抗器等により構成されて、目標振幅値
に対応する所定電圧E₁を出力する電圧設定器６
２が接続されている。この差動アンプ６０は、電
圧E₁と振幅信号epとの偏差すなわちE₁−epを求
めて偏差信号Δeとして出力する。

差動アンプ６０には積分回路６４が接続され、
この積分回路６４には積分用コンデンサＣとスイ
ツチSW₂との並列回路が並列に接続されている。
従つて、スイツチSW₂がオフであれば、積分回路
６４は偏差信号Δeの積分演算を行ない、積分信
号e_Iすなわち e_I＝Ｋ／Ｃ∫Δe_dt （但し、Ｋは電気回路によつて決まる定数であ
る。） を出力する。これに対して、スイツチSW₂がオン
すると、積分用コンデンサＣの両端が短絡される
ため積分回路６４の積分動作が停止されて積分信
号e_IはＯ〔Ｖ〕となる。すなわち、スイツチSW₂
は積分動作のオンオフ指令を行うことができる。
この積分回路６４は、差動アンプ６６の負の入力
端に接続されている。差動アンプ６６の正の入力
端には、電圧設定器６２と同様に構成されて初期
回転速度に対応する所定電圧E₂を出力する電圧
設定器６８がスイツチSW₁を介して接続されてい
る。差動アンプ６６は、電圧E₂と積分信号e_Iとの
差すなわちE₂−e_Iを求めて制御電圧信号E₀を出力
する。差動アンプ６６は、AC電源からのAC電圧
をDC電圧に変換し、制御電圧信号E₀に比例する
モータ電圧EmをDCモータ７２に供給するモータ
駆動回路７０に接続されている。従つて、DCモ
ータ７２は、モータ駆動回路７０により制御電圧
信号E₀に比例した回転数Ｎで制御される。そし
て、DCモータ７２は、フレキシブル継手５３ｇ
を介して機械振動部５３内の回転偏心重錘に連結
されている。

次に第１実施例の動作を第１０図および第１１
図を参照して説明する。スイツチSW₁をオフして
差動アンプ６６の正の入力端への入力をＯ〔Ｖ〕
とし、スイツチSW₂をオンして積分信号e₁をＯ
〔Ｖ〕として差動アンプ６６の負の入力端への入
力をＯ〔Ｖ〕とすると、制御電圧信号E₀がＯ〔Ｖ〕
となるため、モータ電圧EmもＯ〔Ｖ〕となり、
DCモータ６８は停止状態にある。この状態で、
電圧設定器６２には目標振幅値に対応する所定電
圧E₁すなわち被試験体が目標振幅値で振動した
ときにピークホールド回路５８から出力される振
幅信号e_Pと同じ電圧値を設定する。また、電圧設
定器６８には初期回転速度に対応する所定電圧
E₂すなわち共振振動数以上の所定振動数を得る
ための試験時の制御電圧信号E₀より大きな値を
設定する。ここで、電圧E₂を試験時の制御電圧
信号E₀より大きくするのは、共振振動数以上の
振動数で被試験体に繰返し荷重を与えることか
ら、電圧E₂を試験時の制御電圧信号E₀より小さ
くすると、被試験体が目標荷重振幅より大きな荷
重振幅で振動することとなつて疲労試験としては
不適当だからである。従つて、初期回転速度N₁
は試験時の目標回転速度N₂より高くする必要が
あり、電圧E₂は試験時の制御電圧信号E₀より大
きい値が設定される。以上の様子を第１１図の時
刻t₀ないしt₁の各部信号波形に示す。

以上のように電圧E₁，E₂を設定した後に、第
１１図に示すスイツチ信号SW１に示す様にスイ
ツチSW₁をオンすると、電圧E₂が差動アンプ６
６の正の入力端に入力されるため、第１１図の時
刻t₁における信号E₀に示すように制御電圧信号E₀
は電圧E₂と同じように急激に立上り、DCモータ
７２は被試験体を共振振動数で振動されるための
共振回転速度N₀以上の初期回転速度N₁で回転さ
れる。この様子を第１１図の時刻t₁ないしt₂間の
波形Ｎに示す。第１０図は、モータ回転速度と振
幅信号e_Pとの関係を示すもので、破線はモータ回
転速度Ｎを徐々に上昇させたときの特性を示し、
また実線はモータ回転速度Ｎを急激に上昇させた
ときの特性を示す。図から理解されるようにモー
タ回転速度Ｎを徐々に上昇させる場合は、振幅信
号e_Pはモータ回転速度がＯからN₀の間でモータ
回転速度の上昇に伴つてゆるやかに上昇し、共振
回転速度N₀で最大となり、モータ回転速度がN₀
を越えるとモータ回転速度の上昇に伴つてゆるや
かに降下する。しかし、モータ回転速度を共振回
転速度N₀以上に急激に上昇させる場合は、モー
タ回転速度は短時間に共振回転速度N₀付近を通
過し、またこのとき回転偏心重錘による振動が振
動系に伝達されるまでに応答遅れがあるため、共
振状態は発生しないで、振幅信号e_PはN₀を越え
る初期回転速度N₁に対応する大きさe_P1に達す
る。本実施例においても、第１１図に示す制御電
圧信号E₀によりDCモータ７２を急激に回転させ
るため、モータ回転速度は共振回転速度以上の初
期回転速度N₁まで上昇し、この状態すなわち第
１１図の時刻t₂ないしt₃間の波形Ｎに示す状態
で、DCモータは一定回転を続ける。

DCモータ７２が回転されると、回転偏心重錘
が回転され、この回転により振動系が振動され
る。この時の振動系の繰返し荷重の振幅は、歪ゲ
ージ５４によつて検出され、歪ゲージアンプ５６
およびピークホールド回路５８を介して振幅信号
e_Pとして差動アンプ６０に入力される。一方、差
動アンプ６０には電圧設定器６２からの電圧E₁
が入力されているため、差動アンプ６０から第１
１図に示す偏差信号Δeが出力される。このとき、
初期回転速度N₁に対する荷重振幅信号e_Pの大き
さe_P1は試験時の荷重振幅信号e_Pの大きさE₁より
小さいため、偏差信号Δeは第１１図の時刻t₂な
いしt₃の信号Δeに示す様に正の値である。なお、
スイツチSW₂がオンされているため積分信号e_I
は、第１１図に示すようにＯ〔Ｖ〕である。

時刻t₃のタイミングでスイツチSW₂をオフする
と積分回路６４が積分動作を開始し、積分信号e_I
が第１１図の信号e_Iに示すように正の方向に増加
してゆく。積分信号e_Iが増加するに従つて、差動
アンプ６６から出力される制御電圧信号E₀（＝E₂
−e_I）が徐々に減少し、同様にモータ電圧Emが
減少しモータ回転速度Ｎが低下していく。この様
子を図１１の時刻t₃ないしt₄間の信号e_I，E₀，Ｎ
に夫々示す。モータ回転速度Ｎは、共振回転速度
N₀より大きいためモータ回転速度Ｎと荷重振幅
信号e_Pとは反比例し、モータ回転速度の低下に伴
つて荷重振幅信号e_Pは第１０図の点Ａから点Ｂ方
向へ変化する。振幅信号e_Pの大きさが目標電圧E₁
と一致すると、偏差信号Δeは、第１１図の時刻
t₄の波形Δeに示すようにＯ〔Ｖ〕となり、積分信
号e_Iは増加を停止して一定値となる。従つて、モ
ータ回転速度Ｎも一定値、すなわち目標回転速度
N₂となり安定する。この状態は、偏差信号Δeが
Ｏ〔Ｖ〕である限り変化することはなく、目標荷
重振幅の状態が長時間維持される。

長時間の繰返し荷重が被試験体に加わつて、被
試験体の疲労、がた、すべり等によつてばね定数
が低下すると、振動特性の変化が起り、回転速度
が目標回転速度に制御されていても荷重振幅信号
は、第１１図の時刻t₅における波形e_Pに示す様に
徐々にまたは急激に低下することになる。これに
よつて偏差信号Δeが増加し、積分信号e_Iが増加
して制御電圧信号E₀が低下し、モータ回転速度
が低下することになる。これによつて、第１１図
の時刻t₆の波形の様に荷重振幅が増加し、偏差信
号Δeが低下し、偏差信号Δeが目標電圧E₁と一致
するように制御される。この様子を第１１図の時
刻t₅ないしt₆間に示す。

一方、何らかの原因により第１１図の時刻t₇の
波形e_Pに示す様に荷重振幅信号e_Pが目標電圧E₁よ
り大きくなつたときは、偏差信号Δeが負の値と
なり、上記とは逆にモータ回転速度が上昇され目
標荷重振幅が得られるよう制御される。

以上説明したように電圧設定器とスイツチSW₁
によりモータ回転速度を共振回転速度以上に急激
に上昇させ、その後振幅信号を目標電圧E₁に制
御することにより、被試験体の共振振動数以上の
振動数で繰返し荷重を与えて疲労試験を行うこと
ができる。

本実施例は、連続アナログ制御の例を示すもの
であり、偏差ΔeがOVからずれると、その修正が
直ちに行なわれ、応答の良い制御が可能である。
また、小さな偏差Δeの発生も、積分回路６４の
時間積分動作により、拡大されるため検出可能と
なり、精度の良い制御が得られるという利点を有
する。

次に第３の発明の第２実施例を第１２図に示
す。第１実施例と第２実施例との大きな相異点
は、第１実施例が連続アナログ制御であるのに対
し、第２実施例が間欠オンオフ比例制御である点
である。このため、第２実施例では可変速モータ
として手動ハンドルおよびパイロツトモータでブ
ラシ位置を変化させることにより変速可能な超分
巻モータを使用している。図に示すように、第１
実施例と同様に構成された機械振動部５３には、
機械振動部５３内の振動系の変動変位Ｘを検出す
る変位検出器７４が取付けられている。変位検出
器７４は変位計アンプ７６を介してAC電圧計７
８に接続されている。AC電圧計７８は、変位計
アンプ７６から出力される変位信号e_XのAC成分
を取出して変位AC信号e_ACを出力する。AC電圧
計７８は差動アンプ８０の負の入力端に接続され
ている。差動アンプ８０の正の入力端には、目標
変位値として目標変位値に対応する変位AC信号
e_ACと同一の大きさの目標電圧E₀が設定される電
圧設定器８２が接続されている。従つて、差動ア
ンプ８０は、目標電圧E₀と変位AC信号e_ACとの偏
差信号Δe（＝E₀−e_AC）を出力する。

差動アンプ８０は、加算器８４の一方の正の入
力端に接続されている。また、加算器８４の他方
の正の入力端には、周波数が一定でかつＯ〔Ｖ〕
を中心として変化する三角波信号e_pscを出力する
三角波発振器８６が接続されている。従つて、加
算器８４は偏差信号Δeと三角波信号e_pscとを加算
した加算信号e₀（＝Δe＋e_psc）を出力する。加算
器８４は第１の比較器８８の正の入力端および第
２の比較器９０の負の入力端に接続されている。
第１の比較器８８の負の入力端には、三角波信号
e_pscの最大値と同一の一定電圧e₁を出力する電源
が接続されている。従つて、第１の比較器８８
は、電圧e₁より三角波信号e_pscが大きくなつたと
きハイレベルとなりかつそれ以外でローレベルと
なるオンオフ信号e_Bを出力する。また、第２の比
較器９０の正の入力端には、三角波信号の最小値
と同一の一定電圧e₂を出力する電源が接続されて
いる。従つて、第２の比較器９０は、三角波信号
e_pscより電圧e₂が大きくなつたときハイレベルと
なりかつそれ以外でローレベルとなるオンオフ信
号e_Fを出力する。第１の比較器８８は第１のリレ
ー９２に接続され、第２の比較器９０は第２のリ
レー９４に接続されている。第１のリレー９２お
よび第２のリレー９４は、オンオフ信号がハイレ
ベルとなつたときオンしてスイツチSW₂を介して
供給されるAC電力をモータ９６のパイロツトモ
ータ９６Ｂに供給する。

モータ９６は、主モータ９６Ａ、パイロツトモ
ータ９６Ｂおよび初期回転速度設定器としての手
動ハンドル９６Ｃより構成され、手動ハンドルお
よびパイロツトモータ９６Ｂにより主モータ９６
Ａのブラシを移動させることによつて可変速可能
な超分巻モータである。パイロツトモータ９６Ｂ
は、第２のリレー９４を介してAC電力が供給さ
れたとき正転して主モータの回転速度を上昇させ
るようブラシを移動させ、第１のリレー９２を介
してAC電力が供給されたとき逆転して主モータ
の回転速度を低下させるようブラシを移動させ
る。主モータ９６Ｂは、スイツチSW₁を介して
AC電源に接続されると共に、機械振動部５３の
回転偏心重錘に連結されている。

以下本実施例の動作について説明する。スイツ
チSW₁およびSW₂をオフにした状態では主モータ
９６Ａおよびパイロツトモータ９６Ｂは停止して
いる。この状態で、モータ９６の手動ハンドル９
６Ｃを操作して、主モータ９６Ａの回転速度が振
動系を共振させる回転速度以上の初期回転速度
N₁で回転されるように主モータのブラシ位置を
移動させる。スイツチSW₁をオンすると、主モー
タ９６ＡにAC電力が供給され、主モータ９６Ａ
の回転速度が初期回転速度N₁に達する。このと
き、前述したように振動系は共振しない。機械振
動部５２内の振動系の振動による変位は、変位検
出器７４により検出され、変位計アンプ７０およ
びAC電圧計７８を介して変位AC信号e_ACとして
出力される。このとき、振動系は共振振動数以上
の振動数で振動することから電圧設定器８２には
初期回転速度による変位AC信号e_ACより大きい目
標電圧E₀が設定されているため、差動アンプ８
０から出力される偏差信号Δeは正の値である。
このため加算器８４から出力される加算信号e₀
は、第１３図に示すように三角波信号e_pscよりΔe
だけ増加した信号になり、間欠的に電圧e₁より大
きくなる。従つて、第１の比較器８８から出力さ
れるオンオフ入力e_Bは、第１３図に示すように間
欠的にハイレベルとなる。一方、加算信号e₀は、
電圧e₂より大きいため、第２の比較器８８から出
力されるオンオフ信号e_Fはローレベルの状態が続
く。この結果、第１のリレー９２は、オンオフ信
号e_Bによつてオンオフを繰返し、第２のリレー９
４はオフ状態にある。

スイツチSW₂をオンすると、オンオフする第１
のリレー９２を介してAC電力がパイロツトモー
タ９６Ｂに間欠的に供給され、パイロツトモータ
９６Ｂが間欠的に逆転され、主モータ９６Ａの回
転速度が低下する。モータの回転速度が低下する
ことにより、振動系の繰返し荷重の振幅が大きく
なり、変位AC信号e_ACが増加し、偏差信号Δeが
減少する。このため、加算信号e₀が減少してゆ
き、偏差信号ΔeがＯ〔Ｖ〕となつたとき、すなわ
ち変位AC信号e_ACが目標電圧E₀に一致したとき、
加算信号e₀の最大値と電圧e₁とが一致するため、
オンオフ信号e_Bはローレベル状態が継続するため
第１のリレー９２がオフ状態になり、パイロツト
モータ９６Ｂの回転が停止され、主モータ９６Ａ
は安定回転状態となる。

一方、目標電圧E₀より変位AC信号e_ACが大とな
つたときは、偏差信号Δeは負の値となり、加算
信号e₀は三角波信号e_pscがΔeだけ負の方向へ移動
した信号となる。このため、前述した場合とは逆
に第２の比較器９０から出力されるオンオフ信号
e_Fが間欠的にハイレベルとなり、第２のリレー９
４がオンオフを繰返す。従つて、パイロツトモー
タ９６Ｂが間欠的に正転され、主モータの回転速
度が上昇し、変位AC信号e_ACが減少して偏差信号
ΔeがＯ〔Ｖ〕に近づいてゆき、偏差信号ΔeがＯ
〔Ｖ〕の状態で主モータが安定回転する。

以上述べたように、手動ハンドルとスイツチ
SW₁により主モータを初期回転速度まで急激に上
昇させて振動系を共振振動数以上の振動数で振動
させ、その後スイツチSW₂をオンすることにより
パイロツトモータを回転させ、変位AC信号と目
標電圧とを一致させるよう制御することにより間
欠オンオフ比例制御が行なわれ、共振振動数以上
の振動数で被試験体に所定の繰返し荷重を与えて
試験を行うことができる。

本実施例は第１実施例で用いた比較的高価なモ
ータ電圧制御回路を用いることなく、リレーのオ
ンオフ制御で回転速度制御を行えるため、安価な
装置を提供できる。

第１４図に第３の発明の第３実施例を示す。本
実施例は、前記の第１実施例に異常を報知するブ
ザーおよびモータを急停止させる異常検出器を設
けたものである。従つて、第１４図において第８
図と同一部分には同一符号を付して説明を省略す
る。

差動アンプ６０の出力端は、スイツチSW₃を介
して異常検出器１００に接続されている。また、
差動アンプ６６の出力端は、リレー１０４の接点
を介してモータ電圧制御回路７０に接続されてい
る。異常検出器１００の出力端は、ブザー１０２
およびリレー１０４の励磁コイルに接続されてい
る。

スイツチSW₃は、正常な制御状態となつたとき
にオンされる。これにより、偏差信号Δeが異常
検出器１００に入力される。疲労試験開始と同時
に被試験体には繰返し荷重が連続して加わるが、
時間と共に被試験体に疲労が生じ、ばね定数の低
下が生じて疲労破壊が生じる。疲労破壊が生じる
と機械振動部は安定した振動が維持できなくなり
不安定な振動状態となる。この状態になるとモー
タの回転速度を制御しても荷重振幅は目標振幅値
にならず、偏差信号Δeは正または負に徐々にま
たは急激に変化する。異常検出器１００は、この
異常すなわち偏差信号Δeが大きすぎたり、小さ
すぎたりすることを検出してリレー１０４の接点
をオンすることによりモータを急停止すると共
に、ブザーを駆動して試験終了を報知する。

なお、上記では歪ゲージや変位検出器で荷重振
幅を検出する例について述べたが、トルク計や電
磁歪計等で荷重振幅を検出することもできる。ま
た、ACモータとインバータを用いて回転偏心重
錘を回転させることもでき、モータ回転速度や振
幅信号から異常を検出することもできる。更にス
イツチSW₁〜SW₃はタイマを用いて自動的にオン
オフさせることもでき、各種の信号処理はマイク
ロコンピユータで処理することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の疲労試験装置を示す概略図、第
２図および第３図はモータ回転速度と荷重振幅と
の関係を示す線図、第４図は本発明の原理を説明
するための線図、第５図は第２の発明のブロツク
図、第６図は第２の発明の実施態様を示すブロツ
ク図、第７図は第３の発明の実施態様を示すブロ
ツク図、第８図は第３の発明の第１実施例を示す
ブロツク図、第９図は前記実施例の荷重信号の変
化を示す線図、第１０図は前記実施例のモータ回
転速度と振幅信号との関係を示す線図、第１１図
は前記実施例の各種信号のタイミングを示す線
図、第１２図は第３の発明の第２実施例を示すブ
ロツク図、第１３図は第２実施例の三角波信号を
示す線図、第１４図は第３の発明の第３実施例を
示すブロツク図である。 ６…ロードセル、１０…被試験体、１２…回転
偏心重錘、２６…可変速モータ、２８…制御回
路、３０…回転速度設定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被試験体を含む振動系を強制的に振動させ、
   被試験体に所定の繰返し荷重を与えて疲労試験を
   行う疲労試験方法において、振動系の共振振動数
   以上の振動数で所定の繰返し荷重を与えることを
   特徴とする疲労試験方法。 ２ 被試験体を含む振動系を振動させる回転偏心
   重錘と、前記回転偏心重錘を回転させるモータ
   と、前記振動系を共振振動数以上の振動数で振動
   させるための所定回転速度が設定される回転速度
   設定器と、前記回転速度設定器からの設定信号に
   基づいてモータ回転速度を所定回転速度に制御す
   るための信号を出力する制御回路とを含む疲労試
   験装置。 ３ 被試験体を含む振動系を振動させる回転偏心
   重錘と、前記回転偏心重錘を回転させるモータ
   と、前記被試験体に作用する繰返し荷重の振幅を
   検出する振幅検出器と、試験時における繰返し荷
   重の目標振幅値を設定する目標荷重振幅設定器
   と、試験開始前に前記振動系を共振振動数以上の
   振動数で振動させるための初期回転速度が設定さ
   れる初期回転速度設定器と、前記振幅検出器から
   の信号と前記目標荷重振幅設定器からの設定信号
   との偏差に応じた信号を出力する比較器と前記初
   期回転速度設定器からの設定信号および前記比較
   器からの信号を加算する加算器とから成る制御回
   路とを備え、前記加算器からの信号に基づいてモ
   ータ回転速度を制御するための信号を出力する疲
   労試験装置。