ทรัพยากร » ประเภทการทดสอบ » การทดสอบแรงบิดคืออะไร?

การทดสอบแรงบิดคืออะไร?

การทดสอบแรงบิดคือการทดสอบทางกลประเภทหนึ่งที่ประเมินคุณสมบัติของวัสดุหรืออุปกรณ์ในขณะที่อยู่ภายใต้ความเค้นจากการกระจัดเชิงมุม ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือการบิดชิ้นงานทดสอบและวัดการตอบสนอง การรับภาระประเภทนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในโลกแห่งความเป็นจริง ตั้งแต่เพลาขับที่ส่งกำลังในยานพาหนะไปจนถึงฝาขวดที่ถูกบิดเปิด ซึ่งทำให้การทดสอบแรงบิดเป็นเครื่องมือสำคัญในการทำความเข้าใจว่าวัสดุและผลิตภัณฑ์จะทำงานอย่างไรในการใช้งานจริง

การทดสอบแรงบิดสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ การทดสอบวัตถุดิบ เช่น ลวดโลหะหรือท่อพลาสติก เพื่อกำหนดคุณสมบัติพื้นฐาน เช่น ความต้านทานแรงเฉือนและมอดุลัส หรือการทดสอบการทำงานของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่ต้องรับแรงบิด เช่น สกรู ขวดบรรจุยา และสายเคเบิลที่มีปลอกหุ้ม วิธีแรกช่วยให้ซัพพลายเออร์วัสดุและวิศวกรสามารถระบุลักษณะของวัสดุก่อนที่จะนำไปสร้างเป็นผลิตภัณฑ์ ในขณะที่วิธีที่สองจะตรวจสอบว่าชิ้นส่วนหรือชุดประกอบที่เสร็จสมบูรณ์สามารถทนต่อแรงบิดที่จะเกิดขึ้นตลอดอายุการใช้งานได้หรือไม่

คุณสมบัติทางกลที่พบบ่อยที่สุดที่วัดโดยการทดสอบแรงบิดคือ มอดุลัสความยืดหยุ่นของแรงเฉือน ความต้านทานแรงเฉือนที่จุดคราก ความต้านทานแรงเฉือนสูงสุด มอดุลัสของการแตกหักเนื่องจากแรงเฉือน และความเหนียว เมื่อรวมกันแล้ว คุณสมบัติเหล่านี้จะช่วยให้วิศวกรเห็นภาพรวมว่าวัสดุหรือส่วนประกอบจะตอบสนองอย่างไรภายใต้ภาระแรงบิด ตั้งแต่การตอบสนองแบบยืดหยุ่นในช่วงเริ่มต้น ไปจนถึงจุดที่เกิดการเสียรูปถาวร และท้ายที่สุดคือการแตกหัก

ทำไมต้องทำการทดสอบแรงบิด?

ผลิตภัณฑ์และส่วนประกอบจำนวนมากต้องเผชิญกับแรงบิดระหว่างการทำงาน การทดสอบแรงบิดมีความจำเป็นเมื่อวิศวกรต้องการเปลี่ยนหรืออัปเดตวัสดุที่ใช้ในผลิตภัณฑ์เหล่านี้ ตัวอย่างเช่น โลหะที่ใช้ในระบบส่งกำลังของยานพาหนะจะได้รับภาระผสมที่ซับซ้อนในการใช้งาน โดยมีแรงบิดเป็นส่วนประกอบหลัก วิศวกรที่พยายามออกแบบยานพาหนะที่ประหยัดน้ำมันมากขึ้นอาจจำเป็นต้องเปลี่ยนวัสดุของเพลาขับเพื่อลดน้ำหนักของยานพาหนะ การทดสอบแรงบิดสามารถช่วยวิศวกรระบุวัสดุที่เหมาะสมซึ่งมีความต้านทานแรงบิดตามที่ต้องการ ในขณะเดียวกันก็ช่วยบรรลุเป้าหมายในการลดน้ำหนักของโครงสร้างด้วย

ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจำนวนมากยังต้องเผชิญกับแรงบิดระหว่างการทำงาน ผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น ท่อทางชีวการแพทย์ สวิตช์ และตัวยึด เป็นเพียงตัวอย่างบางส่วนของอุปกรณ์ที่ต้องเผชิญกับความเค้นจากแรงบิดในการใช้งานประจำวัน การทดสอบผลิตภัณฑ์ด้วยแรงบิดช่วยให้ผู้ผลิตสามารถจำลองสภาวะการใช้งานจริง ตรวจสอบคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ตรวจสอบการออกแบบ และรับรองเทคนิคการผลิตที่เหมาะสม

| Instron ตัวอย่างการตั้งค่าการทดสอบแรงบิดสามตัวอย่าง: ฟิกซ์เจอร์ฝาขวดบนระบบทดสอบอเนกประสงค์, ไส้กุญแจประตูที่กำลังทดสอบด้วยกุญแจ และกระบอกฉีดยาหรือขวดยาที่ยึดอยู่ในฟิกซ์เจอร์อุปกรณ์จับยึดแรงบิด

ประเภทของการทดสอบแรงบิด

การทดสอบแรงบิดสามารถทำได้โดยการใช้การเคลื่อนที่แบบหมุนเพียงอย่างเดียว หรือโดยการใช้ทั้งแรงในแนวแกน (แรงดึงหรือแรงอัด) และแรงบิดร่วมกัน ประเภทของการทดสอบแรงบิดจะแตกต่างกันไปตามผลิตภัณฑ์ แต่โดยปกติจะจำแนกได้เป็นการทดสอบการแตกหัก การทดสอบเพื่อการรับรอง หรือการทดสอบการทำงานของผลิตภัณฑ์

  • แรงบิดเพียงอย่างเดียว: การใช้เฉพาะภาระแรงบิดกับชิ้นงานทดสอบ
  • แรงในแนวแกนและแรงบิด: การใช้ทั้งแรงในแนวแกน (แรงดึงหรือแรงอัด) และแรงบิดกับชิ้นงานทดสอบ
  • การทดสอบการแตกหัก: การบิดผลิตภัณฑ์ ส่วนประกอบ หรือชิ้นงานทดสอบจนกว่าจะเกิดการแตกหัก การแตกหักสามารถจำแนกได้เป็นการหักทางกายภาพ หรือการบิดงอ/ข้อบกพร่องในชิ้นงานทดสอบ
  • การทดสอบเพื่อการรับรอง: การใช้ภาระแรงบิดและคงภาระแรงบิดนี้ไว้ตามระยะเวลาที่กำหนด
  • การทดสอบการทำงาน: การทดสอบชุดประกอบหรือผลิตภัณฑ์ที่สมบูรณ์ เช่น ฝาขวด สวิตช์ ปากกาแบบหมุน หรือแกนพวงมาลัย เพื่อตรวจสอบว่าผลิตภัณฑ์ทำงานได้ตามที่คาดไว้ภายใต้ภาระแรงบิด

อุปกรณ์ทดสอบแรงบิด

การทดสอบแรงบิดสามารถทำได้บนระบบทดสอบที่แตกต่างกันสองสามระบบ ขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะ ระบบทดสอบอเนกประสงค์ เช่น 6800 Series สามารถกำหนดค่าด้วย Torsion Add-On ที่ช่วยให้ระบบสามารถทำการทดสอบแบบสองแกนได้ (การให้ภาระในแนวแกนและแรงบิดพร้อมกันและเป็นอิสระต่อกัน) การทดสอบการทำงานของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปมักทำบนระบบทดสอบความล้าแบบไดนามิก เช่น ElectroPuls® ของ Instron

นอกจากนี้ การทดสอบแรงบิดยังขึ้นอยู่กับอุปกรณ์จับยึดและฟิกซ์เจอร์เฉพาะทาง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชิ้นงานทดสอบ เช่น อุปกรณ์จับยึดแรงบิดสำหรับลวดกลม หรือฟิกซ์เจอร์สั่งทำพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อยึดผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป เช่น ฝาขวดหรือตัวยึด ให้แน่นหนาโดยไม่ลื่นไถลภายใต้ภาระเชิงมุม

การคำนวณผลลัพธ์

กราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดกับการหมุนที่ได้จากการทดสอบวัตถุดิบด้วยแรงบิดนั้น มีความคล้ายคลึงกับกราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับการกระจัดที่บันทึกได้ระหว่าง การทดสอบในแนวแกน ในหลายๆ ด้าน วัสดุส่วนใหญ่จะแสดงช่วงเชิงเส้นที่คล้ายกัน ซึ่งแสดงถึงมอดุลัสของแรงเฉือน ตามด้วยการครากและการแตกหักสูงสุด

เช่นเดียวกับการทดสอบในแนวแกน รูปทรงของชิ้นงานทดสอบมีบทบาทสำคัญในผลการทดสอบแรงบิด ปัจจัยต่างๆ เช่น ความยาวเกจและรูปร่างหน้าตัดสามารถส่งผลต่อค่ามอดุลัสของแรงเฉือนและความแข็งแรงที่คำนวณได้ ดังนั้นการเตรียมชิ้นงานทดสอบที่สม่ำเสมอจึงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ทำซ้ำได้

| Instron กราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดกับการหมุนแสดงแรงบิดที่เพิ่มขึ้นถึงประมาณ 0.5 N-m ใน 60 รอบ ตามด้วยการลดลงอย่างรวดเร็วซึ่งบ่งชี้ถึงการแตกหักของชิ้นงานทดสอบ
กราฟความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดกับการหมุนแสดงแรงบิดที่เพิ่มขึ้นถึงประมาณ 0.5 N-m ใน 60 รอบ ตามด้วยการลดลงอย่างรวดเร็วซึ่งบ่งชี้ถึงการแตกหักของชิ้นงานทดสอบ

มาตรฐานการทดสอบแรงบิดทั่วไป

การทดสอบแรงบิดถูกควบคุมโดยมาตรฐานอุตสาหกรรมที่หลากหลาย ขึ้นอยู่กับวัสดุหรือผลิตภัณฑ์ที่กำลังประเมิน ตารางด้านล่างแสดงมาตรฐานทั่วไปบางส่วนที่ Instron รองรับ ซึ่งครอบคลุมตั้งแต่อุปกรณ์การแพทย์ ลวดโลหะ ไปจนถึงข้อต่อของเหลว

มาตรฐาน คำอธิบาย
ASTM F543 การทดสอบในแนวแกนและแรงบิดของสกรูยึดกระดูก
ASTM A938 / ISO 7800 การทดสอบแรงบิดของลวดโลหะ
ISO 594 / ISO 80369 การทดสอบข้อต่อ Luer แบบทรงกรวย
ISO 7206 การทดสอบความทนทานและความล้าของข้อสะโพกเทียม

พูดคุยกับผู้เชี่ยวชาญของ Instron

ไม่แน่ใจว่าระบบทดสอบแรงบิดใดที่เหมาะกับการใช้งานของคุณ? บอกความต้องการของคุณให้เราทราบ แล้วเราจะช่วยคุณค้นหาโซลูชันที่เหมาะสม

ปรึกษาวิศวกรฝ่ายแอปพลิเคชัน

แจ้งให้เราทราบเกี่ยวกับความต้องการในการทดสอบของคุณ และเราจะช่วยคุณกำหนดค่าโครงเครื่อง โหลดเซลล์ อุปกรณ์จับยึด และซอฟต์แวร์ที่เหมาะสมสำหรับห้องปฏิบัติการของคุณ โปรดกรอกแบบฟอร์มด้านล่าง และเราจะตอบกลับภายใน 1-2 วันทำการ หากต้องการการตอบกลับที่รวดเร็วยิ่งขึ้น โปรดโทร +1-800-473-7838 หรือ +1 781 828 2500 หากคุณอยู่นอกสหรัฐอเมริกา



โปรดปิดหน้าต่างนี้และ ยอมรับคุกกี้ เพื่อดูและกรอกแบบฟอร์ม