ねじり試験における、トルクの判定について

Question

お世話になります。

回転軸製品のねじり試験結果の判定についてご教示願います。

複数部品からなる回転軸製品をねじった結果、
弾性域の直線から緩やかにカーブを描いてピークを迎えた後、
破断しました。

?破断までのMAXトルクと
?弾性限トルクの
2点を確認しています。

そこで、?の読み取り方は通常どのようにされるのでしょうか？
これまで、明らかに弾性域の直線を延長し、カーブし始めた点を
目測で読み取っていました。

しかし、引っ張り試験の0.2％耐力のような読み取り方もあるのではないか？
と疑問に思っております。
その方が、上記よりも個人差が減ると思われますし、
弾性限トルクとしても妥当な気がしています。

ただし、一定断面の製品なら、0.2％のねじれ量も算出できますが、
構造部品になると、それも困難です。

JAEL法なるものを耳にしたことがありますが、
ネット検索でも見当たらず、一般的ではないのでしょうか？

皆さんはどのように判定されていますか？

Accepted Answer

＞一定断面の製品なら、0.2％のねじれ量も算出できますが、構造部品になると、それも困難

ねじりの座屈があるかもしれないが、それコミで0.2％耐力方式で測れば良いのでは

JAEL method は確かに存在するものの、レアですね。
　　Heat Treating: Proceedings of the 23rd Heat Treating Society Conference

グラフタイトルが JAEL strength、Ｘ軸が JAEL torque となっている。人名の模様。
ASM の Heat Treating 学会誌の他に見当たらないのは何故か、ここから出発せざるを得ず難問のようです。

訂正
　　JAEL → Johnson's Apparent Elastic Limit

http://nersp.nerdc.ufl.edu/~tia/3501-13.pdf
直ちには理解しかねるが、0.2％耐力方式と異なるようです。
フルで検索すれば頻出するので、もっと判りやすいサイトがあると思います。

＞ワーク半径r　が部位によって変化する場合や、円形断面ではない場合などがあり、算出が困難と感じています。

であっても、ねじり力に対してねじれ角を計測すればリニアな変化のはずです。
算出は素直な大径小径の繋がりなら単純ながら、複雑な構造体では座屈もおきてノンリニアになることが起こりえる。
それ込みで0.2％耐力を求めたものがねじり許容応力とみなして妥当か否かは考慮を要し、試験ではもっと大きい永久歪みを観測するまで行うなどしか手はないでしょう。

＞せん断ひずみγ=0.2％になる場合のねじり角を求め、
　そこを通る平行線と測定グラフの交点を読み取ることになると思います

順序はこれですよね。
　　http://www.iri-tokyo.jp/joho/kohoshi/houkoku/h22/documents/n2205.pdf

この図の　ひずみ（％）が　せん断ひずみγ  になる。半径rは最小径？
　　http://www.ms.t.kanazawa-u.ac.jp/~design/hojo/zairiki/text/03torsion/NEJIRI.htm

＞海外では意外と流通しているのでしょうか

まったく初見です。

半径rは最小径？・・・とボカしたのは

複雑構造体では、パート毎のねじりが合成されたグラフになるから（応力でなく）ねじり許容力の推定にしかならない、ということですね。

Answer

> 複数部品からなる回転軸製品をねじった結果、
> 弾性域の直線から緩やかにカーブを描いてピークを迎えた後、破断しました。
複数部品からなる回転軸製品をねじる場合は、何処か試験で基準とする軸か、製品で使用する
軸かを、回転基準としてトルク判定していると想像します。

それなら、
> 一定断面の製品なら、0.2％のねじれ量も算出できますが、構造部品になると、
> それも困難です。
は、妙な感じがします。
基準となる軸のトルク判定で、0.2％の塑性ねじれ量は算出可能と思います。
仮に、その周辺部品の剛性が弱く、先に周辺部が塑性変形を起しても、それはその部分を
測定しても判るし、剛性確認計算しても判ります。
具体的には、基準軸のトルク判定で掛けるトルクで、当該部分が曲げ応力を受け変形した
か、曲げとねじりの複合応力で変形したかが、分析で判ります。
そして、その計算も可能です。
(例えば、回転レバーの軸部はトルクが加わり、バーの部分には曲げと取手からの反力で
捻じれが加わり、取手部分は曲げが加わり、バーと取手の接合部はせん断が加わるのように。)
また、塑性変形確認も各部の基準から各部を測定していたら、基準軸以外の当該変形箇所も
判ります。

以上のように各部分を要素分析して、0.2％の塑性ねじれ量相当が出る箇所の特定をして、
弾性限トルク値を確認してください。

屁理屈になりますが、それも複数部品からなる回転軸製品の変化率特定なので、微分的な
考えになると考えます。

例えば、回転レバー
　　　　　　　　　　　　　　　　廻す力の中心
　　　　　　　　　　　　　　　　↓
　　　　　　　　　　　　│←Ｂ→│
　　　　　　　　　　　　│　　　│
　　　　　　　　　　　　│　　　│
　　　　　　　　　　　┏━┓
　　　　　　　　　　　┃　┣━━━━━┓　
　　　────────╂・╂───・─╂　← レバー部
　　　↑　　　　　　　┃　┣━━━━━┛
　　　│　　　　　　　┃　┃
　　　│　　　　　　　┃　┃
　　　│　　　　　　　┃　┃
　　　│　　　　　　→┃Ｃ┃←
　　　│　　　　　　　┃　┃
　　　│　　　　　　　┃　┃
　　　│　　　　　　　┃　┃
　　　Ａ　　　　　　　┃　┃　← バー部
　　　│　　　　　　　┃　┃
　　　│　　　　　　　┃　┃
　　　│　　　　　　　┃　┃
　　　│　　　　　　　┃　┃
　　　│　　　　　　　┃　┃
　　　│　　　　　　　┃　┃
　　　│　　　┏━━━┫　┣┓
　　　↓　　　┃　　　┃　┃┃
　　　────╂・──╂・╂╂　← 軸部
　　　　　　　┃　　　┃　┃┃
　　　　　　　┗━━━┫　┣┛
　　　　　　　　　　　┗━┛

※ 軸部は、(廻す力×Ａ寸法)のトルク応力が掛かります。
※ バー部は、(廻す力×Ａ寸法)の曲げと(廻す力×Ｂ)の捩じりの複合応力が掛かります。
※ レバー部は、{廻す力×(Ｂ－1/2Ｃ)}の曲げ応力が掛かる。
※ バー部と取手部の接合部は、廻す力のせん断応力が加わる。

そして、
◇ 軸部の基準面から取手部の基準面を測定し、0.2％の塑性変形を確認する。
は、
◆ 軸部の基準面からバー部の基準面を測定し、0.2％の塑性変形を確認する。
◆ バー部の基準面から取手部の基準面を測定し、0.2％の塑性変形を確認す。
で、各部の変形度合いや、何処が変形したかが解るし、構成部品に対しての変形量も
判るとなるが、具体的記述です。

Answer

応力ひずみ線図は、作成されないのでしょうか？

負荷トルクと負荷トルクを一定時間で増加させる格好での負荷トルク－時間曲線的な
恰好で確認していませんか？
負荷トルク－回転角度変化曲線を作成すれば、引張の応力ひずみ線図のように、当初の
比例部分とそれからの変化ポイントが微分を使用すれば判りませんか？

失礼な記述をしていたら、御免なさい。

Answer

構造部品ということであるが、そもそも0.2％の永久ひずみが生じてもGOODなのか
がネックだと思う。それは設計が決める、或いは要求がある筈だと思えますので
一般的なアドバイスとして軽く、聞きながしていただきたいです

貴殿が検査なのか設計なのかは分らないですけれども強度判定材料とするなら
使用環境を熟知している、客先or設計に問い合わせる質問では無いだろうか
試験結果を元に具体的に何を利用or証明するのかも重要になるでしょう

ねじり試験におけるトルク判定方法とは？