ゴム・シリコンのねじれ・曲げ強度について
- フレキシブルシャフトにおけるゴム・シリコンのねじれ・曲げ強度について詳しく知りたいです。
- 通常のフレキシブルシャフトと比較して、水中ドブ漬けの環境下でも使用できるゴム・シリコンのフレキシブルシャフトの可能性について知りたいです。
- ゴム素材におけるねじれ強度と曲げ強度の関係について試作の際の参考になる情報を教えてください。
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ゴム・シリコンのねじれ・曲げ強度について
はじめて質問します。 無垢のNBR・シリコン等でフレキシブルシャフトを検討しています。 通常のフレキシブルシャフトは、ワイヤーが入っていたり、 ネジ接続だったりで、接合部含め水中ドブ漬けするため使用できません。 100～200mN-mのトルクで、半年（稼働率30%）もてばいいので、 接合部も含め、全体のゴム成形品で出来そうな気がします。 ただゴム素材については無知で、いろいろ検索すると 「ねじれ強度」「曲げ強度」が重要らしきことはわかりましたが、 どの素材でどのくらいの径で試作したらいいのかよくわかりません。 参考になりそうなサイトを知っている方、教えてください。 トルク：100～200mN-m、回転数：100～150rpm、曲げ角度：60～90度、 最低R：極力小さめ
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鉄鋼製のフレキシブルシャフト計算もできないと、理解して良いので しょうか。それなら、機械工学を勉強して下さい。 トルクと回転数が判れば、その動力（**KW）が計算できます。 すると、使用材のねじり応力等で、シャフト径が算出できます。 後、曲げ角度：60～90度、最低R：極力小さめ、が何を意図しているか 小生には理解できません。 材料力学、機械設計の教本を購入して、確認する事をお奨めします。 急がば廻れです。その前に、簡単なURLサイトを紹介します。 これは、あくまで参考です。取っ掛かり資料として活用下さい。
その他の回答 (2)
ゴムは非圧縮性なので、通常の金属材料のように計算できません。有限要素法のソフトを使っても、ポアソン比０．５ですがそれを入力すると計算できなくなります(剛性マトリクスの要素が無限大になる)。０．４９とか入れれば一応計算しますが、かなり信頼性の低い結果になります。 他の回答者さんの回答にあるとおり、まず金属材料での計算方法にそって計算する事をお勧めします。微小変形であれば、手計算で横弾性率がわかれば出来ます。しかし実際ゴムは材料非線形で、その領域を使った設計となるのであればそれを実験でちゃんと確認しておかないと品質問題の元になりますから気をつけて下さい。
お礼
回答ありがとうございました。 といっても、回答いただいた内容が理解できたわけではありませんが、 簡単に試算できそうにないことは理解できました。 ゴム屋さんに相談しながら、試作・評価を進めたいと思います。
ゴムは、ゴム 物性 で検索しますと各種資料が出てきます。 URLに一部掲載しておきます。 また、NBR等の特徴は、NBR 特徴 で検索して確認下さい。 鉄鋼に防錆メッキをし、ピンホールレス（無し）の樹脂コーティング 若しくは溶接等でのモールドをして、使用するのは如何でしょうか？ フレキシブル部は、ねじ廻しのマイナスやプラスの様な仕様で （山形状で無しのフラット形状でのマイナスやプラス仕様接続） 加工して、接続するのが良いと思います。 剛性は鉄鋼で、水中ドブ漬け対策は樹脂コーティング若しくはモールド で、樹脂モールド後の加工も可能です。 一度、検討してみて下さい。
お礼
返事ありがとうございます。 一般的なフレキシブルシャフトを原型に、 特殊化（防水等）していった場合、初期費用が高そうなので、 その前検討として、ゴム成形屋さんに相談する前に 試算できないかなぁと考えて質問させてもらいました。
補足
ゴム・シリコン等を「曲げる」「ねじる」という要素に対しては ゴム屋さんに相談しながら、複数種類試作するのが一般的なのでしょうか？ ゴム等の物性表を見ても、よくわかりませんでした。 （物性表の総合的な見方がわかっていないだけ？？）
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お礼
参考資料ありがとうございます。 これまで通常のフレキシブルシャフトは、 用途を伝えてメーカーに選定してもらってました。（勉強不足） 参考の第5章-1で、 ねじれに対しては、 せん断応力＝ゴムの引張強さ？＝～30MPa＝20MPaとしたとき、 トルク0.2Nmとすると、軸径＞約3.7mmになります。 （合ってます？？？） あと曲げに対してですが、 曲げ応力・曲げモーメントに相当する、 ゴム類の数値の出し方をご存知でしたら教えてください。 （ゴムの硬度や伸び率から求める？？？）
補足
説明不足ですみません。 あくまでもシャフト材質は、鉄やワイヤーではなく、 ゴム系材料を想定しています。 例えば、無垢のゴム円柱(直径5mm・長さ100mm)があり、 その両端をもって、90度曲げます。 円柱の一方には負荷(0.2Nm)もう一方にはモーター(100rpm)をつなぎます。 この状態で動かし続けようとしたとき、 「ゴムの径が細すぎ」「曲げR50mmが小さすぎ」 「ゴムに亀裂が出来そう」みたいな予想ができないか という質問です。