軸のDカットとIカットのねじれ
- 軸先端にトルクが働く部品の回り止め方法として、DカットとIカットの設計を比較します。
- Dカットでは軸方向平面は1面のみなので、相対する面を2面持ったIカットの方が回り止めとして適しています。
- DカットとIカットでは同じトルクに対して、せん断応力はどの程度違うのか計算方法も教えてください。
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軸のDカットとIカットのねじれ
ご教授下さい。 軸先端にトルクが働く部品において、 回り止めのために軸をDカットあるいはIカットに設計しようと思っています。 Dカットでは軸方向平面は1面のみなので、 相対する面を2面持ったIカットの方が回り止めとしてよいと思っています。 そこで問題となるのが、軸のねじれ強度（せん断応力だと思っています）ですが、DカットとIカットでは同じトルクに対して、 せん断応力はどの程度違うでしょうか？ ちなみに、軸寸法は、 軸径 ：8mm Dカット(カット寸法)：片面1.5mm →8mm×6.5mmのD形の軸 Iカット(カット寸法)：両面各1.5mm →8mm×5.0mmのI形の軸 です。 もし、軸に発生するせん断応力の計算式もご教授頂けると助かります。 よろしくお願いします。
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カットした形状のねじりだけを考えるのはマズイのでは？ その部分のねじりは相手部品で拘束されるので ＞軸先端にトルクが働く部品において、回り止め・・・ これ、キーの設計では？ http://www.rmc.mce.uec.ac.jp/webclass/MachineMechanismDesign/Key_and_Coupling.pdf P.2のように形は□△といくらでも考え得るが、キー構造で強いのは接線キー。嵌め込むだけなら☆のセレーションとか。 設計は平キーでキーのせん断応力計算なら簡単至極で、あとは受圧面積が複雑。 ねじりは長さの影響が大きい。つまり元の円筒軸の長さで決まる。キーで固定する部分は長さゼロとして無視しても差し支えない。 Ｄカットなどを軸全てに施せば、これはねじり剛性の比較になる。大昔のロータリーＳＷは軸全長がＩカットであったが、それは機能上必要としたからで、ふつうは必要最小限のカットしかしませんよね。 キー部分の強度は添付資料のような単純計算でマアマア設計したとして、現実問題で嵌り具合にガタが出ることはしばしばあります。それは加工精度の問題、キー形式での利害得失になります。
回答(１) 要素奇知さんのアドバイスで、既に解決済みなので、 ちょっと違った角度から。 > Dカットでは軸方向平面は1面のみなので、 > 相対する面を2面持ったIカットの方が回り止めとしてよいと思っています。 そぅかな？ 経験的には、「相対する２面」ではなく「直交する２面」の方が、 回り止めや緩み止めには、より有効です。 まぁこの辺は、設計的な好みの問題かも知れないけれどさ。
お礼
回答、ありがとうございます。 できれば、「相対する２面」より「直交する２面」の方が 回り止めに有効な理由を教えて下さい。 それは、ねじれ応力の観点からも有利なのでしょうか？ 細かくてすみませんが、 理由が知りたい性分なので教えて頂けると助かります。
軸のねじれ強度におけるせん断応力τの計算は τ＝Ｔ/Ｚp Zp＝Ip/ｙ ここにＴ：ねじりトルク、Zp：極断面係数、Ip：断面二次極モーメント ｙ：最外径 です。 Ipに関して Ｄカット＞Ｉカット ですから τにおいては Ｄカット＜Ｉカット となります。 円断面をカットするとIpの計算は極めて複雑になります。矩形で近似するか 領域分割して数値計算で求めることになります。参考までに矩形断面におけ る最大せん断力の求め方を提示しておきます。 カット面での接合の場合カット面の反作用力により、軸に曲げが生じます。 この曲げを緩和する方策は必要かも知れませんね。伝動力が大きくなれば この点がネックになり、ねじりによる応力を越えるレベルになると構成が 難しくなります。
- 参考URL：
- http://ebw.eng-book.com/heishin/VariousSectionAxileTwisting_rectangle_book.do?category=rectangle
お礼
早い回答、ありがとうございます。 矩形断面の最大せん断力は調べていたのですが、 ＤカットとＩカットでは、矩形の作られる位置が同じになるので、 数値計算しかないかな、と思っていましたが やはりそうなのですね。。。 CAEにて試してみます。 ありがとうございました。
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