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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。

 (2)耐食性
    腐食性のある気体,液体,粉粒体などに接する場所に使用する軸
  は、強さとは別にその使用環境に応じで耐食性を持つ材料を選定しな
  ければなりません。特に応力腐食、水素脆化を起こし易い環境と材料
  の組合せは、破壊の危険性があり注意が必要です。なお、海岸地帯の
  塩害などのほかに、河水、海水、大気中に有害なものが含まれている
  場合もありますので、機械が設置される環境についても配慮が必要な
  場合が多くなっています。

 (3)使用温度
    高温や低温で、常温から遠く離れた温度で使用される場合、当然
  その温度下における強さを設計に適用しなければなりません。高温の
  場合はクリープ限界に、低温の場合は衝撃値に注意が必要です。

 (4)熱膨脹,熱収縮
    機械の製作は、組立時は常温下において行われますが、運転時も
  伺様の温度環境のままとは限りません。温度環境が変われば材料はその
  温度差に相当する熱膨脹、熱収縮が発生して軸と軸への取付物、軸と
  軸受などの関の隙間、締め代が変わってきます。
    特に互いに材料の熱膨脹係数に大きな差がある場合は、大幅な変化
  を起こすことになります。焼ぱめしたものがゆるむ、逆に締付け力が
  大き過ぎ応力が異常に大きくなる、軸受隙間が不足になって焼付くなど
  を配慮する必要があります。 高速回転軸の場合には、遠心力による締
  め代減少もこれに付加されますので、特に注意が必要です。

 (5)表面硬度
    軸の一部、軸受部分、密封部分などの他の部分より一般的には硬い
  表面を必要とする個所がある軸は、必要個所に必要な硬度を選択して
  付加できる材料の選定が必要となります。

 (6)残留応力
    加工の途中において調質、焼入れ、窒化とその他の処理を行った軸
  が、加工完了後使用時までの間に狂いを生じたり、使用によって狂いを
  生じたりして芯ずれになったりすることがあります。これらは加工前の
  粗材の内部が焼鈍不完全で残留応力が残っている場合に起りやすくなり
  ます。材料入手時の要注意事項です。

 (7)素材の形状
    回転軸は鋼塊(インゴット)からの鍛造、圧延材からの鍛造、まれ
  には圧延材のままのものを機械加工によって製作されます。鍛造材、圧延
  材ともに外周部に比較して、中心部は組織的に、一般に粗で強さも落ちま
  す。軸の中央部の径に対して、軸受などのある両端部の径に大きな差が
  ある場合に、全長同一径の粗材から機械加工で削り出したとすると、両端
  部は中央部に比較して大幅な強度差があり、また材料欠陥もこの部分に
  多いために破壊の原因となります。こうした軸の粗材は各部分とも同一
  程度の加工しろとなるように鍛造或いは熱処理を行ってから使う必要が
  あります。

 (8)みがき丸棒材
    みがき丸捧を回転軸としてそのまま使用する場合があるが、みがき丸
  棒は直怪が大きいものほど表面欠陥が一般に多くなり、 100mm前後以上の
  直径のみがき丸棒をトルクのかかる回転軸としてそのまま使用することは
  避けた方がよろしいです。
    


図解 モノづくりのための やさしい機械設計
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