機械設計工学 - mech.ibaraki.ac.jpshiohata/lab/gakubukougi2009/kikaisekkeikouga... ·...
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角型スプライン(すべての面が中心軸に平行)
大径による中心合わせ
•軸の加工は容易
•穴の溝底を正確にブローチ加工
小径による中心合わせ
•穴は内面研削
•軸はホブ加工後スプライン研削
歯面による中心合わせ
•軸の歯の側面はホブ加工後スプライン研削
•穴の溝側面はブローチ仕上げ
リベット継ぎ手
例:ボイラ、高圧容器、構造物、橋梁
溶接技術の進歩による用途縮小
締結部材と同質の材質を使用
役割
力の伝達とか強さ(構造物、橋梁)
強さのほかに気密性(ボイラ、高圧容器)
気密性(低圧容器、煙突)
鋼板や形鋼をリベットを用いて永久的に結合
3 軸、軸継手3.1 軸の材料と分類(低炭素含有鋼)
用途 車軸 ・回転しないで重量を支持
・回転しても動力は伝達しない
・主に曲げモーメントを受ける
・車両用車軸
伝動軸 ・回転によって動力を伝達
・主にねじりモーメントを受ける
・プロペラ軸,カウンタ軸、中間軸
スピンドル ・動力伝達と共に仕事をする
・ねじりと曲げモーメント
・タービン軸、工作機械
形状 直軸 ・最も一般的、軸心が真直
クランク軸 ・往復運動と回転運動の相互変換用
・曲げ、ねじりモーメントが繰返し衝撃的に作用
・往復圧縮機、ピストン形内燃機関
たわみ軸 ・伝動軸に大きなたわみ性を持たせて軸の方向を変えたり、衝撃を緩和
3.2 軸の強度
(a) 軸に加わるトルク T
N:軸に伝わる動力[W]、n:回転数[rev/s]動力:“仕事の時間的割合”,“単位時間にされる仕事の量”“1J/sec=1W”仕事:1N×1m=1J
][21 mNNnT ⋅= π
(b) ねじりモーメントTのみを受ける軸径の設計(ねじり強さ)
d:中実軸の直径、τ0:外周におけるせん断応力
Zp:軸のねじり断面係数(極断面係数)
3016
dT
ZT
p πτ ==
163dZ p
π=
軸の許容せん断応力:τa
軸径dは
破損限界:τ0≦τa
3 16aTd
πτ≥
(b) ねじりモーメントTのみを受ける軸径の設計(ねじりこわさ)
d:中実軸の直径(mm)、τ0:外周におけるせん断応力(N/mm2)、G:軸の横弾性係数(N/mm2)、α:ねじれ角(rad)
ατ 20
dG=απτπ GddT 3216
4
0
3==
軸径dは4 32
απGTd =
ねじれ角αは GITp
=α
)(180 °= παθ
(c) 曲げモーメントのみを受ける軸径の設計
d : 中 実 軸 の 直 径 、 σb : 曲 げ 応 力Z:軸の曲げに対する断面係数
軸の許容曲げ応力:σa
軸径dは
破損限界:σb≦σa
3
32dM
ZM
b πσ ==
3 32a
Md πσ≥
(d) 曲げとねじりの組合せ荷重を受ける軸径の設計
曲げモーメント:軸表面に最大引張応力
ねじりモーメント:軸表面に最大せん断応力
最大引張(主)応力σmax
[ ] [ ]
ZM
TMMd
e
bb
≡
++⋅=++= 223
22max
32214
21
0π
τσσσ
Rankineの式
(d) 曲げとねじりの組合せ荷重を受ける軸径の設計
曲げモーメント:軸表面に最大引張応力
ねじりモーメント:軸表面に最大せん断応力
最大せん断応力τmax
pe
ZTTM
db ≡+
π=τ+σ=τ 22
322
max1642
10
Guestの式
延性材料(軟鋼):最大せん断応力
鋳鉄,焼入れ鋼ぜい性材料(鋳鉄,焼入れ鋼):最大主応力
動荷重係数
荷重の種類
回転軸 静止軸
ねじり
CT曲げ
CMねじり
CT曲げ
CM静荷重、ごくゆるやかに変動する荷重
1.0 1.5 1.0 1.0
変動荷重、軽い衝撃荷重
1.0~1.5 1.5~2.0 1.5~2.0 1.5~2.0
激しい衝撃荷重 1.5~3.0 2.0~3.0 1.5~2.0 1.5~2.0
(f) 軸径設計への材料の疲労
疲労破壊:曲げまたはねじりの繰り返しにより、破壊する場合をいい、静的許容応力よりも低いところで発生 ・・・疲労限度(形状,寸法,表面仕上,切り欠きの大小,荷重の種類に依存)
部材の表面から発生
表面にきずやき裂が生じにくい加工,設計
実際の軸
キーみぞ,段付き,リング状みぞ,場所によりる仕上程度が異なる.