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剛体と仮定した場合、熱膨張は無視出来るか？
- アルミ鋳物ACA4-T6の箱形状部品にFC200の軸受ブシュを圧入する場合、異金属による熱膨張差から最大応力を計算すると、ACA4-T6の許容応力を超えてしまうことがわかりました。
- しかし、過去の計算書では、同様の場合において剛体と仮定して最大応力を検討していました。
- 剛体とした場合には熱膨張を考慮しなくても良いのか、熱膨張による剛体の挙動についてご意見をいただきたいです。
- 機械設計
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嵌め合いを、しまりばめのs6とH7で設定しているのは、 常温設定約20℃から100℃に上昇しても、しまりばめを維持する思想からでしょう。 また、ACA4-T6の箱形形状部品を剛体と仮定しては、FC200製軸受ブシュを圧入すると ACA4-T6の箱形形状部品はφ30mmの円周が広がり、FC200の軸受ブシュはφ30mmが縮まり、 両者の弾性係数と肉厚から、広がりと縮まりが按分され各応力値が求まる事になります。 これを、ACA4-T6の箱形形状部品を剛体として考え、FC200の軸受ブシュのみが縮まる 条件での計算を意味する意味ではないでしょうか？ 今回の条件では、常温値である約20℃から－10℃に変化すると、多分ACA4-T6の箱形 形状部品の耐力値を超えます。 因って、推奨できません。 ACA4-T6の箱形形状部品とFC200の軸受ブシュの円周上に、ねじ切りをしてねじで 固定する手法等で固定するのが最良と考えます。 他の回答者さんも含め、お礼と評価をして、閉じましょう。
専門家の方が回答をお書きになっているので、別の観点からの アドバイスをします。 例えば、断面積Ａ＝１ｃｍ2 の鉄Ｌ＝１ｍの温度を１００℃上昇させると 約１ｍｍ伸びます。 この伸びを拘束することは如何なる物でも不可能です。 ただし、この１ｍｍ伸びた鉄に圧縮力を加えて１ｍｍだけ縮めることは 可能です。 鉄のヤング率Ｅとすれば、歪ε＝１mm/1000mm、応力をσとすると、 力 Ｆ＝Ａσ＝ＡεＥ＝1cm^2×（1/1,000×1×10^6 kgf/cm2＝1トン を加えると1mm 縮みます。 もっとも、このような大きな力をかけると、真夏の鉄道線路のように 座屈でグニャリと曲がってしまうのでしょうが・・・・
＞嵌め合いは、しまりばねのs6とH7で設定しています 例えばブッシュの外径が30mmとすると、しめしろで14～48μです。 ＞アルミ鋳物ACA4-T6の箱形状部品にFC200の軸受ブシュを圧入 線膨張率はACはFCの約2倍、FCの線膨張率を11×10^-6とすれば、上記最大 しめしろを温度換算すると42～145℃くらいです。 実績があるのなら、箱形状部品が塑性変形して平衡していると考えるべきで す。問題の有無は形状と寸法に拠りますから、詳細に確認する必要があります。 ブッシュの外径が30mm,しめしろ48μ程度で、箱材が降伏する応力まで到達し ないように思います。以下の計算で確かめてください。 http://www.hajimeteno.ne.jp/engineer/calclib/press2-1.html
お礼
要素奇知さん、回答頂きまして有難うございます。 お礼が遅れまして申し訳ありません。 仰るように形状と寸法に依って考え方が変わると思います。 それについて、考え方をmnjohnさんへの回答へ書かせて頂きますので 再度、助言を頂ければ幸いです。
低温で使用される部品だろうか？ 実績がある品物なら前例を踏襲しても良いと思われる。 膨張率（収縮率）を計算された上で問題を感じるなら 嵌め合いを緩くして抜け止めの細工をする方が安心でしょう。 ＞このように、剛体とした場合、熱膨張は考慮しなくても 良いものなのでしょうか？ 当然、材質の選定や嵌め合いなどの考慮はしますよ。 誤解の無いように・・・・ 熱が加わる状態でなら質問の組合せなら 勘合は緩む方向に働きます。 冷却状態なら その逆で絞まる方向 ５円玉の穴は温めると・・・・
お礼
mytecさん、回答頂きまして有難うございます。 お礼が遅くなりまして申し訳ありません。 この部品の環境温度を-10℃～100℃に設定しているので、 常温20℃を基準とした場合の熱膨張と冷却による収縮を 検討しています。 ご指摘頂いた、抜け止め細工は対策案の一つとして 当初より考えていましたので、 検討を進めた段階で採用する可能性もあります。
＞s6とH7 しまりばめとしてH7は公差甘過ぎます。H6にすべき。公差厳しくすると出来るか高くならないかと心配しながらの設計が中途半端を招く。 これだけでs6をp6とかに出来て応力上限が減り、設計しやすくなります。 アルミ鋳物の箱形部品の応力が0.2％耐力を越えたら、塑性変形はするが割れなければ機能上は差支えありません。 アルミ鋳物は伸び小さく割れやすいが、過去実績で問題ないなら良いのでしょう。 ＞剛体とした場合、熱膨張は考慮しなくても良いか？ そんなはずないが、上記塑性変形を表現したものなら。 アルミ鋳物とFC200との比較で、熱膨張をより考慮しなくてならないのはアルミ鋳物ですよね。
お礼
岩魚内さん、回答頂き感謝致します。 お礼が遅れまして申し訳ありません。 H7公差の件は仰るとおりかもしれませんが、 弊社の過去実績であり、理屈が通っても 様々なハードルが待ち受けていますので 先述した公差で設計する予定です。 これもご指摘頂きましたが、現在のところ、 過去実績において割れが発生していない状況ですので 試作をし、形式試験を実施することも考えています。
お礼
mnjohnさん、回答頂きまして有難うございます。 お礼が遅くなりまして申し訳ありません。 ご教示頂いた「伸びは拘束出来ないが、圧縮力で変形させる」 というお考えで、一つ自分なりに仮定してみました。 以下に書いてみたいと思います。 「仮定」 現状のしまりばめ公差H7とr6は常温での組立時を考慮しています。 ここから温度が上昇した時は、 被圧入側AC4C-T6の熱膨張率がFC200より大きいので、 締め代が緩む方向になり、応力は常温時より下がります。 逆に温度が下がる場合は、締め代がきつくなる方向ですが、 耐力差によって、AC4C-T6がFC200を押し切れずに 塑性変形を起こしているのでは？ 依って、割れも発生していない。 以上が仮定です。 ご指摘頂ければ幸いです。