引張りねじり試験機

質問

卒業研究で引張りねじり試験機に取り組もうと考えています。
設計段階から製造、評価までを行うことになっているのですが、実物を見たことがないので仕組みや動きがよく分かりません。

現在考えているのが、両端を固定し一方を固定したまま、もう一方を回転させつつ引張るという機構を考えています。

よく分からないので試験機の構造や仕組みがわかるようなサイトなどがあれば教えてください。

また破断時のテストピースに加わった荷重や回転数を測定するのはどのようにすればよいのでしょうか?

回答No.1

LB05

民間企業の研究部門で食ってるおっさんです。一応大学の非常勤講師もやってます。
　すげ～！！試験装置で色々調べるのではなく、試験装置そのものが卒研！
　最近の大学はレーシングカーを作らせたり電気自動車を量産しようとしたり、と見た目がハデで少子化時代の子供達をゲットしようとする『ロコツな』研究ばかりが目立ちますが（などと言いつつ、自分が担当しているのは『レーシングカーの設計と開発』というトンデモ講義ですが）、試験装置を作るってのは、非常によい課題ですね。やるな、その卒研の指導教官。

　さて前置きが長くなりましたが、

>よく分からないので試験機の構造や仕組みがわかるようなサイトなどがあれば教えてください。

・・・ネットで構造までバラしている試験機メーカは思い当たりませんね～。ちょっと検索かけてみましたが、ロクなHPがヒットしないし。
　っと言うワケで、この様な場合（よく知らん機械を『設計しろ！』と突然言われたとき）の対応の一例（あくまでも一例ですよ）を伝授してしまいましょう。

※試験機メーカを探しましょう。
　試験機メーカは大体ショールームや『デモ工場』を持っており、そこで実際の試験機に触ることが出来ます。
　『大学生で卒研の情報収集だ』といえばイヤな顔はしないはず（いや・・・するところもあるかな・・・）なので、見学のアポを取ってみましょう。
　試験機メーカ以外では、試験を請け負っている工場もあるので、そういうところでも『学生だ』と言えば見せてくれるかもしれません。
　現物が見られればイッパツで納得です。

※が、ただホゲーッと見学に行っても、重要なところを見落としてしまう可能性大です。
　そこで・・・先に自分で１台設計してしまいます。
　複雑な機械を設計する場合、経験が無いとどこから手をつけてよいか判らないと思いますが・・・

１）まずは必要機能を紙に書き出す。
　なるべく分解して単機能で書くことがポイントです。引っ張りねじりなら、『引っ張る』『捻る』更には『試験片をつかむ』『チカラを測定する』『スイッチをポチッで機械が動く』『装置全体が床に頑強に固定されている』なんていう風に、言葉で書き出します。

２）次に、今まで大学で習ったこと＋自分の人生で知り得たこと＋とりあえずネットや図書館で判ったこと・・・などを総動員して、それぞれの機能を満足する装置のマンガや制御ロジックを、描いては問題点を検討し、また描いては問題点を検討し（とてもスマートな設計だが工具が入りそうもない、なんてのも致命的な欠点なので気をつけて）・・・ちょっと引っかかるところがあったら、上司や同僚（この場合は先生や友達か）に相談してもヨイです。しかし装置全体が『判んな～い！』といって泣きついては、絶対にいけません。
　カッコよくCADでモデリングしたりドラフタと定規でキッチリ書く必要はありません。スケッチ！スケッチ！スケッチ！の山で大丈夫です。絵がヘタでも（ホントは絵がヘタなヤツはロクな設計屋になれませんが）、自分が理解できればそれでヨシ、ぐらいのレベルでOKです。
　世間一般の構造を知らんので、この時点では常識外の構造も出ますが、（それを見た先生は笑うかもしれませんが）恥ずかしがることは全くありません。機械は要求される機能を満足すればヨイのであって、その構造が世間の常識でどうなっていようとカンケーありません。

３）学生課からコピーの廃紙を大量にもらって来るのもヨイでしょう、スケッチなどは廃紙の裏紙で十分、あとはとにかくひたすらスケッチを描きアイデアを練ります。
　そしてボツになったモノも、赤ペンでデッカくNG理由を書いて、捨てずに全てファイルに閉じておきます。機能毎に分類しておけば後で見直し易いでしょう。
　やがて、引っ張り試験機に関する１冊の『設計アイデアファイル』が出来上がります。

４）ここまで来ると、自然に『どうしても判らん』ことが色々と出て来ます。動力はどうする？とか、精度よく真っ直ぐ引っ張ったり捻ったりするには、どういうガイドが必要か？、データはどう解析すれば便利か？・・・などなど。

５）さてそこでいよいよ、実際の装置の見学に行きます。
　恐らく、その洗練された形状や整然としたレイアウト、ムダのない設計に驚かれるでしょう。しかし製品を見て驚くということは、既にその装置に関し知識があり、『あ～オレの設計が負けたぁ！』ということが判るから驚けるのです。（ワタシ、講義の時よく学生に言うんですが、『相手の設計が優れていたり、自分の設計がマヌケだったりするのがスラスラ理解出来るのも、非常に重要な才能の一つだ』）
　そしてこの時には、メーカの担当者に対してヤマの様な質問があるはずです。

>また破断時のテストピースに加わった荷重や回転数を測定するのはどのようにすればよいのでしょうか?

　試験装置は専門ではありませんが・・・十中八九、ロードセルという荷重計を仕込んでいるはずです。
　回転数は、ねじりレベルならもっとカンタン、何回転もグルグルするワケではないので、フツーにポテンショでもOKでしょう。精度上どうしてもデジタル、とか何回転もするなどだったらポテンショでは難しいですが、それでもフォトインタラプタなどで拾えばすぐ判ります。（自分は電気屋ではないので）フォトインタラプタのカウンタ回路を組むのが面倒そうですが。

※最後に。もし見学出来なかったら。
　それでも、例の『設計アイデアファイル』は残ります。
　CADの前に座り、このファイルの命ずるままに設計しましょう。他によりどころは無いので、覚悟を決めてください。
　恐らく、最初に設計したモノは色々と不都合が出てうまく動かないと思います。全く組立てられず、単なるカネのムダになるかもしれません。
　しかし最終的に、何故機能を満足しなかったか？今後はどこを改良すれば使えるようになるか？をまとめて明確にしておいたら、指導教官の先生は『もう一回卒研ヤレ』とは言わないはずです。
　ここまで完結した報告書を書き、しかも例のファイルも添付して提出してきたりしたら、『コイツは既にエンジニアとしての資質を十分身に着けている。早く社会に出すべきだ』ということで、自分なら間違いなく『A』をつけますね。