伝動軸がなぜ中空軸をしますか？

質問

素人な質問ですが、
よく見られる伝動軸が中空軸、フランジ＋棒＋フランジじゃなくて、フランジ＋パイプ＋フランジの様子です。
その設計のノウハウを教えてくださいませんか

回答No.5

noname#230359

既に多くの良回答がついていますので、だめ押しを。

材料力学の本、どれでも良いと思いますので御覧下さい。
軸のねじりを解説した章には、必ず載っている筈です。
中実軸の内部は寄与率が低いので、中空にして軽量化します。
その分、強度は低下しますが、径を上げる事でカバー出来ます。

同一材料で、内外径比を或る値にし、
径をどれだけにすれば、中空軸が中実軸に対して同等な強度になるか？
これは、よく出題される、ありふれた材力の問題です。

と、いうことで、
> その設計のノウハウを教えてくださいませんか
機械設計者なら、基本的な知識です。

それと、
> 伝動軸がなぜ中空軸をしますか？
質問の表題は、落ち着いて、正しい日本語で書きましょう。
「伝動軸は、なぜ中空軸にするのですか？」
とでもするべきです。

回答No.4

noname#230359

Question
伝動軸がなぜ中実軸でなく中空軸を良く使用しますか？
Answer
? 軽くできるからです。
　 そして、強度的には中実軸と殆ど変わらなく、軽量化できます。
? 電気系の信号線や動力せんを軸に纏わりつかず通せるからです。
　 油圧の配管も通し易いです。
? フランジを取り付ける際に、加工が簡単で安くなるからです。
　 慣性力を小さくするには、中実軸（棒）の両端に穴を明ける等をして
　 取り付ける際には、加工が簡単になります。
　 但し、ケースバイケースです。

回答No.3

noname#230359

伝動軸ですので、起動側？と従動側、動かす方と動かされる方が軸端に存在します。
とすると、軸は、ねじり方向の力を受けます。
それは軸断面を見た時に軸中心（円形の中心）を零にして、中心から遠ざかるほど、ねじり方向の力が多くなるように見ることが出来ます。
そうした時、軸の真ん中部分は、ねじり方向の力をほとんど受けていないということになり、
であれば、中心部分を無くしても（中空軸に変えても）力に関して影響は少ないので、
であれば、軽かったり、バランスが取りやすかったり、と利点のある中空軸を使用します。

高校の機械科の材料力学の授業で勉強します。

http://www.kyozai.biz/SHOP/MS000.html
の拡大図みたいに考えてください。

回答No.2

noname#230359

4通り考えられます
１．コストダウン　まあ、基本使ってる材料が重ければ高い
だたし、材料購入後抜いた場合は当てはまらない←その場合は後で説明する
まあそんなに高回転でない場合溶接ガス鋼管を使った軸もある
数十rpm程度

2.高速に回した場合　軽いほうがバランスが取りやすい
変心があった場合変心量＝重さ＝振動になり　軽ければ振動も軽くなるから

３．急制動がかけらる　丸いので遠心力？っと思う人もいるかもしれないが
軽ければ急制動がかけやすくなる
重いと急青銅がかからない

2.3の反対
わざと重たくしてエネルギーを回転力としてためる方法がある
フライホイール
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%9B%E3%82%A4%E3%83%BC%E3%83%AB

４．単に軽量化
総ASSYとして軽くするため

単にφ50のコストの話
素材段階で中を抜いてあるのは別だが
後加工する場合
φ50の鋼材＋加工費ー鉄くず
となる
比べると
φ50の磨き　＜　φ50の鋼材＋加工費ー鉄くず
となる

まあ、普通は加工されるので
鉄くず分マイナスされるからいいんだと言う理論が一見成り立つが
↑
うちの社長なら言いそう

長さが長くなれば加工難易度も上がるしコストも上がります
また、シャフト径が細くなっても加工難易度が上がります
また、バランス取らないといけないので

よい点ばかりじゃありません

お礼

詳しい回答、ありがとうございます

回答No.1

noname#230359

素人回答ですが、

軸部の形状をパイプ状にしたほうが、
　　軸部の質量に対する強度（許容トルク）あるいは
　　軸部の質量に対する剛性（極２次モーメント）が
優れた設計ができるからと思います。

詳しくは、専門家のご回答を待ちたいと思います。