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2015年12月に発行された最新のユンカー振動試験

ISO 16130
Aerospace series - Dynamic testing of the locking behaviour of bolted connections under transverse loading conditions(vibration test)

DIN 25201のユンカー式振動試験を発展させた最新の国際規格です。 最も重要なことは、試験結果の判定基準を更に具体的に規定したことと、軸力だけでなく締付けトルクや緩めトルクを導入したことです。 トルクと軸力の関係はISO 16047:2005,3.3改修の規定を満たすことが要求されていることです。

横変位量を見つけ出すのはDIN 25201と全く同じ試験手法で試験の呼び名も全く同じ参照試験とし、緩み止め機能の判定もDIN 25201と全く同じ手法で、呼び名も全く同じ検証試験です。

DIN 25201と異なる点は、最終負荷軸力を与えるための締付けトルクの計測とそのトルクカーブの取得、セルフロックトルク(プリベーリングトルク)の計測が追加されています。
セルフロックトルク(プリベーリングトルク)
ボルトに軸力が発生していない時点でのナットを回転させるために必要なトルク。  ボルト先端がプリベーリングナットから、少なくともネジ2山付き出ている状態か、あるいはナットエンドにある状態の締め付けトルクの最大値。

ISO 16130が装置に要求する項目
テストボルトファスナー固定部
glider plate テストするボルトファスナーは固定プレートとグライダープレートをクランプするように固定されなければならない。 テストボルト軸に対して直角方向の振動は、グライダープレートが往復動をすることで与えられ、固定プレートには軸力センサー(Loadcell)が設置されていなければならない。

グライダープレートと固定プレートとのギャップは、ボルトファスナー取付け部で 1±0.05o、横方向の動きのズレの許容度は±0.1oが確保された構造でなければならない。

固定プレートに取り付けられた軸力センサー(loadcell)の計測の不確かさは、センサー、ケーブル、アンプを含んだ計測チェーン全体で±2%が確保されていなければならず、定期的な校正がなされていることが要求されている。

振動数と横変位量
振動数は10〜15Hz、横変位量はボルトのネジ径25.4oまでは±1.5oまで可変であり、両項目とも電子的制御で実行され、その精度は±3%以内であること。

従来の振動試験装置では実行できない改正点
軸力と振動数横変位カーブ 今までのユンカー振動試験器では、ボルト軸に対して直角の振動を与えるグライダープレートを往復動させる機構は、横変位量の変更をモーター軸に取り付けられた偏心タペットと接続ロッドの取り付け位置を変えて行う機械式です 振動数はモーターの回転数で調整します。

そのため、ボルト径が比較的大きいファスナーには高い軸力が負荷されます。 そのため、上のグラフの様に試験開始時には振動数も横変位量も、試験設定値(目標値)に比べ大幅に低くなります。 そして、試験が進み軸力が下がるにつれ、試験設定値に近くなる傾向が機械式のため避けられません。

  VibrationmasterのJシリーズスタンドは;
振動数は独自開発のVariatorTechnology®により完全コンピューターコントロールで振動数を一定に維持し、
横変位量は特許のクローズドループシステムが、1秒間に5回程度横変位量を計測しコンピューターにフィードバックし一定に保ち
負荷力(ボルト軸力)が変化しても常に振動数と横変位量を正確に指定された量に保ちます。


振動試験手法
試験手法はDIN 25201と全く同じであり、適切な横変位量を求める参照試験と、その横変位量でロック機能や緩み傾向を試験する検証試験を義務付けています。
試験については  DIN 25201 のページを参照してください。

ISO 16130では、更に締め付けトルクと軸力の関係のカーブを要求しています。
試験軸力を得るためのトルクについても、ISO16047: Torque clamp forth testingの規定するμtotやK factorの取得を必要としています。
ロック機能を備えたナットでは、プリベーリングトルクの計測も推奨されており、これもDIN 25201では規定されていなかった試験項目です。

試験結果評価法
DIN 25201では、2,000振動負荷後に初期軸力の80%以上軸力が残留していればロック機能有りと判定することになっていましたが、その評価法をISO 16130は細分化しました。

ISO 16130
振動に対する自己緩み評価は、軸力の消失とその振動回数の相関で特徴付けされる。

実際的な評価方法;
a)  軸力が完全に消失した時点の負荷振動回数
        注: 軸力の消失がほんの数回の振動で起こる場合、統計的に再現性のあ
                  る負荷振動回数を特定するのが困難である。

b) 指定した負荷振動回数での残留軸力
        (下表参照 振動数 12.5Hz, 横変位量参照試験値,
                        負荷振動回数 2,000 振動回)

c) ボルトに金属疲労破壊で破損するまでの負荷振動回数

b)の評価法
評 価 説        明 振動試験後の残留軸力
( F/FM %)
相対的軸力消失率
(γ %)
1 ロック機能良好 100 〜 85 0〜 15
2 許容範囲内の軸力喪失 85 〜 40 15 〜 60
3 セルフロック機能が乏しい 40 〜 0 60 〜 100
F: 残留軸力 FM : 初期負荷軸力   γ=( FM ーF ) * 100

c)の評価法
金属疲労軸力カーブ

破壊写真 ボルトが振動による金属疲労破断が起きるまでの振動回数を計測する。 軸力減衰カーブから、軸力が1,484振動回の時点で0kNに急降下しています。

この点が金属疲労破断が起きたことを表していますが、これは2,000振動回数のセットを2回連続して行い、3回目のセットの途中1,484振動回で発生したため、負荷振動回数は4,000+1,484=5,484振動回と判定評価します。


世界はすでにDIN 65151からDIN 25201/ISO 16130に移行しています。
Vibrationmaster社は、既にDIN 25151/ISO 16130を具体的に簡易に計測できる装置として、米国のスペース X社や代表的な建機メーカー、ヨーロッパの自動車メーカー、そして台湾のファスナーメーカーに数多くの納入実績があります。


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