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中空のある軸の強度計算
- ギヤポンプの軸の強度計算をするために、中空部分を含んだ軸の強度計算方法を知りたいです。
- 横引き方式からモーターとの直結に改造する際、既存の軸を短く切断して使用する予定ですが、中空部分が残るため、ねじりに対する強度計算方法を知りたいです。
- 強度計算結果をメーカーと確認し、発注まで進めたいと思います。アドバイスをお願いします。
- 機械設計
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一般に軸は?荷重を支えることと?トルクを伝達する目的で用いられます。 ?については重量分率からもとめ?については回答(1)さんの提示されている ねじりせん断応力で検討するのが一般的です。 厳密には?の集中荷重により?曲げモーメントが加わるのでこの点も考慮が 必要です。軸周りの全体構造がはっきりわかりませんが，単純に考えれば 現状の中空軸を短くして使うと言うことは?の曲げモーメントが軽減される ので強度面では問題ないと思えます。トルク負荷はギヤポンプだけですか？ 中空軸部に加わるトルクはこの負荷だけでよろしいか？ 厳密に検討されるのであれば，軸周りの荷重とトルクを全てベクトル記入し て，力学計算されることをお勧めします。その上で最弱部に着目して，強度 検討されるのが良いでしょう。この際段付部，切り欠きやキー溝があれば応 力集中についても，形状係数として考慮します。 具体的な方法は機械工学における軸の設計に関する教科書に記載されていま す。
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中空軸と中実軸の境界線を考えると、同一径ならば中空軸外表面の方が中実軸 の表面ねじり応力よりも大きくなっている筈だから、中実側は応力集中という よりも応力軽減した逃がしになっている気もします。更に中空内径においても 中空側の方が同様に大きいから成る程、はははさんの指摘通りかも知れません しかしながら、断面が変る箇所での切り欠きというか、鋭利なエッジがあると 間違い無く応力が集中するので内径の加工時には仕上げ粗さと共に注意が要る 既存の条件よりも横引き荷重が無くなった分、軸の組合せ応力的に有利になる 反面、電動機と負荷側の軸継手設計の方が振動などの点で心配になってきます
>>中空と中実の境に応力集中が働くので かかりませんでした http://mcnc.hp.infoseek.co.jp/cgi-bin/img-box/img20100303001627.jpg
通常のねじり計算は、 ねじり応力τ［N/mm2］＝トルクＴ［N･mm］÷極断面係数［mm3］ で計算します。 そして、中空と中実の境に応力集中が働くので、本来は繰り返し荷重でのねじり応力で確認 ですが、交番荷重でのねじり応力で確認するが良いでしょう。 （動的な荷重で、片振りが繰り返し荷重、両振りが交番荷重です） （ギヤポンプは逆転はしないので、片振りの動的荷重/ねじりが掛かる事になります）
