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SCM440材料の高周波焼き入れによるせん断応力計算方法
- SCM440材料の高周波焼き入れによるせん断応力の考え方と計算方法について紹介します。
- SCM440Hを高周波焼き入れすると、材料の硬さがHRC50～55°になります。この状態の材料のせん断応力を求める方法を解説します。
- 高周波焼き入れによりHRC50～55°になったSCM440H材料のせん断応力は、材料の強さや硬さによって異なります。計算式を用いることで正確な値を求めることができます。
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回答（２）の高周波焼入れ特有の部分に賛同して回答（４）をおこなったが、 回答（１）の ＞硬度換算表で硬度(HRC50～55)から引張強さを確認 が大いに疑問。それに×安全率？ 引用した許容ヘルツ応力で見ると、硬さを Hv600 一定として材料、熱処理別に見ると 96、106.5、121、117、134、160 まで実に６割以上もの開きがある。 これを硬さ換算で同一視したらどうなるのか？ 係数なんてな話では収まらない。 大元で真実に迫る努力をしたほうが絶対に良いハズ。 それを為さずして性急に安全率を持ち込むのは問題だと思う。 ＦＥＭで局部の応力値まで解明できるようになった今日、設計での不確定要素は計算誤差の累積程度に収めるべき。あとは製作上、使用上の不確定要素、これも厳格に見積もる努力をして個々に明示する。
＞ せん断応力＝引張強さ×80％、ねじりせん断応力＝引張強さ×2/3の根拠は？ 材料力学の教本を確認するのが一番の早道です。 また、簡単には、小生が回答（１）で記述のURL“安全率と許容応力について”の中の 『表 鉄鋼の許容応力 (kg/cm2) Iは静荷重、IIは繰り返し荷重、IIIは交番荷重を示す』 を確認すると判ります。(許容応力＝応力÷安全率なので、許容応力と応力は比例します) 鉄鋼類は、引張応力≒圧縮応力となるので、その合成応力である曲げ応力は、 曲げ応力≒引張応力となります。 そして、せん断は引張応力の80％で、ねじりせん断は2/3となっています。 参考ですが、IIの繰り返し荷重は片振りの繰り返し荷重で、IIIの交番荷重は両振りの 繰り返し荷重です。この内容も重要です。
高周波焼入れなので、硬さが分布を持ち、残留応力もあって、かなりやっかいな問題ではないかと思います。 歯車の設計では許容ヘルツ応力について、硬さが同じでも材質、熱処理方法によって変えています。 更に とくに大歯数どうしのかみあいにおいては、歯面の面圧による歯内部の最大せん断応力の 発生点が深く、浸炭効果が及ばぬこともあるので、 このような場合は、安全率SH を 普通より大きめにとるように注意する。 なんてな注釈を加えている。係数主義というべき計算なのでやむを得ないが。 従って、応力分布－強度分布 について考えないと精密な答えに至らないと思います。上記例に倣えばかなり係数でゆとりを見る必要。
基本的には降伏から破壊に至る理論(塑性力学)に基づきます。材料特性によ り最適理論は異なりますが、ミーゼス理論が一般的です。参考資料を添付し ておきます。しかし破壊現象は材料固有の要素があり、実際の応力見積には 経験則を加味することになります。 http://www.fml.t.u-tokyo.ac.jp/FEM/Design_for_saftyH20.pdf
一般に高周波焼入れによる硬度は表層の硬度を示します。破壊の起点が表面 であると限定すれば、ねじりせん断応力については表面硬度からの推算で良 いかもしれませんが、曲げなどが作用する場合は疑問が残ります。 破壊値をベースに考える場合、簡単には 降伏強度＝引張強度の80％， せん断強度＝降伏強度/(√2～√3）程度で見積もります。 設計強度は許容値ですから、上記値を安全率で割った値を採用します。
お礼
お礼を申し上げるのが、本当に遅くなり申し訳ありません。 実は、まだわからないことがあります。 『降伏強度 ＝ 引張強度の80％， せん断強度＝ 降伏強度/(√2～√3）程度 』 という考え方は、何に基づいてるのでしょうか？ これらの情報のあるサイト等はありませんでしょうか？
簡単な算出方法は、以下の如くです。 先ず、硬度換算表で硬度(HRC50～55)から引張強さを確認します。 次に、せん断応力＝引張強さ×80％、ねじりせん断応力＝引張強さ×2/3で求めます。 許容応力の場合は、安全率を加味して同様のルールです。
- 参考URL：
- http://www.coguchi.com/search-date/katasa.html http://kousyoudesignco.dip.jp/ZAIRIKI-ANZEN.html
お礼
迅速な回答、ありがとうございます。 早速、添付されているアドレスをみて、勉強したいと思います。
お礼
お礼を申し上げるのが遅くなったのに、早いご回答、本当にありがとうございます。 早速参考資料を拝見させていただきます。