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軸継手(カップリング)の役割  忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。
今日は、軸継手の役割について、少し記します。


軸継手の役割 (Roll of shaft coupling)

■軸継手の機能
駆動軸と従動軸とをつないで、回転運動とトルクを伝達する役目があります。

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軸のはめあい 忘れたらアカン、ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、軸のはめあいについて です。



軸のはめあい

■はめあいとは
 軸にカップリングをはめる場合に、着脱が容易に出来るようにしたほう
がよい場合と、いったんはめた後はガッチリ固定してしまうほうがよい
場合があります。
 着脱が容易なように、多少ガタがある程度のはめ方を「すきまばめ」
といいます。一方、たたきこんではめ込んでガッチリ動かないようにする
はめ方を「しまりばめ」といいます。これらの中間的な状態として
「とまりばめ」があります。これらをまとめて、「はめあい」という
言葉であらわされます。

■公差
 図面を見ると、寸法の数値として、比較的大きい数字が書かれています。
これが、「呼び寸法」といわれるもので、設計者による、この寸法に仕上
げて欲しいとの指示になります。しかし、実際にその寸法ぴったりに製品が
出来上がることはありません。
 もう一回図面を見てもらうと、大きな数字の後ろに少し小さい数字が書か
れていると思います。これは、その呼び寸法を基準に上下少しづつ誤差を許容
し、いくらまでならよろしいですという、最大値と最小値を併記しているの
です。
 この最大値が最大寸法と呼ばれるものであり、最小値が最小寸法と呼ばれる
ものであり、両方をあわせて限界寸法といいます。また、最大寸法と最大寸法
との差が公差となります。

■公差の等級
 JISでは、公差を10等級に分けています。1~4級はゲージ用に使用し、
5~9級は軸用に、6~10級は穴用に使われています。夫々の呼び寸法により
1~10級で夫々公差が与えられています。
 例えば、呼び寸法30~50mmに対して1~10級の公差は、夫々2,3,4,7,11,16,
25,39,62,100μmになります。

■はめあい
 JISでは、はめあいについて軸、穴夫々に対して17種類を規定しています。
軸に対してはb,c,d,e,f,g,h,j,k,m,n,p,r,s,t,u,x、
穴に対してはB,C,D,E,F,G,H,J,K,M,N,P,R,S,T,U,X
の記号を使います。はめあいとしては、b~g、またはB~Gがすきまばめ、h~m、
H~Mがとまりばめ、p~x、P~Xがしまりばめになります。

 軸、穴の両方に17種類づつあると組み合わせが膨大になるので、一般的に穴
に対してはh軸、軸に対してはH穴を基準としたはめあいを採用することにして
います。
 また、普通は外周を加工、測定するほうが、穴やキー溝などの内面を加工
したり測定したりするよりは簡単なので、穴基準で加工して、それに対する軸
の寸法を色々変えることによりはめあいを組合わせるのが通常の方法です。
この方法を穴基準方式といいます。

■はめあいと表面粗さの関係
 はめあいは、表面粗さが影響します。特に最大高さRyが影響します。

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危険速度 忘れたらアカン、ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、軸の危険速度 について述べます。


■軸の固有振動数と危険速度
  回転する軸は、曲げによるたわみを発生しながら、回転トルクに
 より発生するネジリモーメントを伝達しています。

  軸は、たわみやネジレに対して、バネのように働きます。従って
 回転数によっては、たわみやネジレが極端に大きくなる共振現象が
 発生します。

  この共振を発生するポイントを、固有振動数と言います。固有
 振動数は、共振するときの状態により一次、二次、三次・・・と
 ありますが、ほとんどの場合、最も考慮すべき振動数は一次、
 つまり基本振動数になります。

■剛性軸とたわみ軸
  一般に、軸の曲げあるいはネジリに対する基本振動数をfとすると
 回転数は0.8倍以下或いは1.2倍以上離すように設計します。

  もし回転数が固有振動数と一致すれば、理論上は振動振幅は非常に
 大きくなり、軸が破壊します。この点を共振点を言います。

  回転数が固有振動数より低い場合は剛性軸(Rigid shaft)、固有
 振動数より高い軸をたわみ軸(flexible shaft)と言います。






 
  

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回転軸材料選定時に考慮すべきこと  忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、回転軸の材料を決める際に考えておくべきことについて述べます。


■ 軸材料の選定時に考慮すべきこと

 (1)強さ
    強さだけを考える場合は、寸法制限がなければ、一般軸用鋼材を
  自由に選べますが、寸法制限がある場合には、より強度の高い材料を
  使ってその制限寸法に納めるようにしなければなりません。
    高抗張力材料を使用する場合には、衝撃値の低下に注意しなけれ
  ばならなりません。通常、軸にはキー溝や、切欠き部、段付部があり、
  何等かの応力集中部の存在は避けられず、また、静荷重のみでなく
  衝撃荷重や変動荷重もある程度避けられないので、引張強さを上げる
  ために衝撃値の低下をもたらす材料には注意を必要です。
    また、オーステナイトステンレス鋼のように降伏点の明確でない
  材料も使用には注意が必要です。

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変位量を制限した軸の寸法要因   忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、変位量を制限して伝達する軸の寸法の決定要素 について述べます。


■ 変位量を制限して伝達する回転軸の寸法の決定要素

 (1)応力
    回転軸でありトルクを伝えねばならないから、応力の問題も
  もちろん検討からはずすわけにはいかないのは確かです。しかし、
  回転軸の主目的が変位量伝達であるから、エネルギーだけ伝達
  できても、その本来の指命を達成しているとは限らない場合があ
  ります。
    ねじれ量が大きいときには駆動側は動かしたが、従動側は
  ねじれ量で吸収されてしまって必要なだけの変位が伝達されま
  せん。あるいは2個所を同量だけ動かしたいがねじれ量での吸収が
  同一でないために同量だけ動かないといったことが起らないよう
  にしなければなりません。
 

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軸に加わる変動荷重、衝撃荷重   忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、軸にかかる変動荷重、異常荷重について述べます。


■考慮が必要なエネルギー伝達回転軸にかかる変動荷重,異常荷重

 (1)クランク軸
    クランク軸にかかる荷重は往復部分の慣性力とピストンクランク
  軸にかかる荷重、クラシクピン部周辺の不平衝部の回転による荷重
  などの合成された典型的な繰返し変動荷重であります。

 

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回転軸の寸法決定要素    忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、回転軸の寸法を決定する際に考慮すべき要因について述べます。


■回転軸の寸法の決定要素

 (1)発生応力
    軸に付加される主要応力は、伝達エネルギーに相当したトルクで、
  これはねじり応力として軸にかかります。また、回転体そのものの
  重量は曲げ応力として軸に付加されます。 その他に上記エネルギーを
  伝えるために付属する歯車の噛合力、プーリーのベルト引張力なども
  曲げ応力として付加されます。これらを全て合成した応力に対して充分
  な軸径が必要です。
    ねじり応力は別として、その他の曲げ応力の元になる力について
  は、設計により変えられる部分も多いので、それらの力により発生する
  曲げモーメントができるだけ小さくなる様な配置を決めるなど、設計上
  で重要な検討事項となります。
    これらの種々の荷重は平均負荷ではなく、 トルク変動、衝撃的に
  付加される力、その他起こり得る最大の負荷をを考慮して、材料の許容
  応力内におさめる必要があります。しかしこの起こり得るかもしれない
  最大負荷の値があまりに大きく、かつ異常時にしか作用しないものがあ
  って、この負荷に対して充分な強さを与えられない場合は、耐え得る
  最大限界を越えた負荷時に逃げる方法を考慮しておかなければなりません。
    軸にかかる変動荷重、異常荷重については別に示します。それぞれ
  の場合に軸で耐える設計をするか、軸以外で逃げる設計にするかどちら
  か決めることが必要です。

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回転軸の設計  忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は回転軸の設計の際に考えておくべき事柄について概観します。

■回転軸の材料
  多くの場合、回転軸の材料については、機械構造用炭素鋼(S--C))または、
低合金鋼鋼材などを、適当に選定しても問題を生じることはありません。
しかし狭いスペースの中に納めなければならない、すなわち周りの部品が止むを
得ず非常に接近してくる部分がある、部分的に表面硬さを特に高くしなければ
ならない個所がある、化学的腐食性のガス,液体などに触れる、油はあっては困る、
さぴが発生しては困る、特に高温あるいは低温環境で使われ、,等々、一般とは
区別した特別の配慮を必要とするような個所で使用される場合もあると思います。
こうした場合には、その必要とする条件にふさわしい材料を選定する必要があり
ます。

■軸径の決定
  軸の直径はその軸によって伝える必要のあるトルクとその軸上にかかる力に
よる...等々...いずれも強さが使用条件に対して充分な最小限ということで決定
されるのが第一条件ですが、それだけでは充分ではありません。
  高速で回転する軸などのように固有振動数との関連や、往復機械あるいはこれ
と連結される場合みは、ねじり振動数との関連で、共振を避けるために寸法を決め
る必要があります。

■軸両端のねじり
  一軸上に数個の車輪,一軸上に数個のレバーなどを取付けた場合に、位相差の
無いように、あるいはできるだけ小さくなるように動かす必要性があり、位置制御
の信号を受けて動く末端動作に時間遅れの無いように、あるいはできるだけ小さく
なるように、動かす必要のある変位や位置を伝達する軸では、ねじり力による軸の
ねじり量を制限して寸法の選定を選定する必要があります
  
  

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テーマ : ものづくり
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軸の応力集中  忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、軸の応力集中 について。


■ 軸の応力集中


 ほとんどの軸は、歯車やカップリングを軸に固定するために、応力集中を発生させる
 
段付部分やキー溝などが必要になります。

 従って、段付部やキー溝の影響を小さくするように軸の設計を行わなくてはなりません。

さらに適当な余裕を見ておく必要があります。一般的には、応力集中は、断面が急激に

変化するところで発生します。


 

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軸のねじれ角  忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、軸がトルクを伝達する際の軸のねじれ変形について述べます。


■ 軸のねじれ角

 軸がトルクを伝達する場合は、軸は図のようにねじれます。断面形状が

一様な中実丸軸の場合、ねじれ角度を度の単位で表すと、

 
軸ねじれ各



  従って、ねじり角を制限された軸の場合、必要な軸径の計算は


軸ねじれ角

      
          θ:ねじれ角度(度)
          T:ねじりモーメント (kgf・m)
          L:軸の長さ (mm)
          G:軸材料の横弾性係数 (kgf/mm2)
             軟鋼: (8~8.5)×10^3
             Ni、Ni-Cr、Cr-V鋼の場合: (8.4~8.6)×10^3

 この式からわかるように、軸材のGだけで軸径は決まります。こわさが要求される場合は高価な軸材は使う必要はありません。

 軸の許容ねじれ角は、例えば、工作機械の伝導軸は、0.25°/m、一般伝導軸は、1°程度、長い軸や、急激に逆トルクが作用する軸は、θ=0.2°/mと言われています。



  
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