シャーピンの径の計算方法
- シャーピンの径の計算方法について教えてください。
- シャーピンの設計において、ノッチ部分の径の求め方がわからず困っています。
- シャーピンのノッチ部分の径を決定するための計算方法を教えてください。
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シャーピンの径の計算方法
シャーピンの設計をしなければならないのですが、ノッチ部分の径の求め方が判らず困っております。 http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=155082&event=QE0004 上記の過去ログにはもちろん目を通しましたが、 こちらの欲しい情報がなく、結局求め方がわからないままです。 私がどの程度わからないかと言えば、 [破断力F＝0.59×ｄ×ｄ×シャーピンの引張り強さ] という式が登場していますが、この「d」に何の数値を代入するのかさえわからない状態ですし、破断力Fを求めたのちにどのようにシャーピンのノッチ部部の径を決定するのかもわかっておりません。 条件を箇条書きしますので、どうか計算の方法を教えていただけませんでしょうか。 ・インバーターモーターの定格:45kW 1150r/min 6P ・減速機の減速比:8 ・プーリーの径:φ280 ・シャーピンの取りつけ位置:軸から70mm ・シャーピンの材質:S45C ・シャーピンのノッチ部分の角度:60° ・シャーピンは減速機側のプーリーに使います。 ・インバーターモーターのトルクが80%以上になったときにシャーピンが折れるように設計したいと考えています。 大変頭の悪い質問であることは重々承知しております。 どうか回答をよろしくお願いいたします。
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＞[ 破断力F＝0.59×ｄ×ｄ×シャーピンの引張り強さ ] について記載致します。 シャーピンは初めてです。 Qの方は、放りっぱなしのご様子です。 機械要素の設計基準 宗孝 日刊工業新聞社－－ ? ｐ69～72 にτmax＝16F/(3πｄ＾2）,,τmax＝σB、F=0.59d＾2・σB と記載されている。材料はS25C,S30C焼きならし、の記載。また出処も記載がある。ciniiで検索可。これは”シャーピンの信頼性向上”であった。?図書は、他要素でもお勧めです。 ｄはノッチ加工の最小径です。 Q条件で”焼きならし”でｄ＝10.1 を確認しました。 τmax＝16F/(3πｄ＾2） －－? の根拠は？ 以下は小生の誘導と解釈です。 １面ピンのせん断応力は τ＝F/A＝F/(πｄ＾2/4）＝4F/（πd＾2） ?＝τmax＝16F/(3πｄ＾2）＝4/3*4F/(πd＾2) 3/4τmax＝4F/(πd＾2)=τ=τa τmax＝σB（P137に記載）とすると τa＝3/4σB＝0.75σB となる すなわち 3/4σB＝4F/(πd＾2）となり F=3/4σB*(πd＾2）/4＝3/4/4*σB*（πｄ＾2）＝3/16*πｄ＾2*σB＝0.589ｄ＾2*σB＝0.59*d*d*σB となります。 すなわち、τa＝F/A＝F/(πｄ＾2/4）、 τa＝0.75σB と解釈できる。 他方 川崎製鉄技報 KAWASAKI STEEL GIHO Vol.11 (1979) No.2 P137 右下方の２つの式より τmax/τmean＝（16/3）/（4）＝1.333＝1/0.75 τmax＝4/3ｘτmean＝1.33τmean を意味しています。P137-2・2破断力 には、F=3πd^2τmax/16 ：τmax=σB ノッチ形状に関わらないと記載されている。 シャーピンのせん断荷重は、最小断面積の平均せん断力を 許容せん断応力を0.75σB で計算としたことになる。似たような計算は、JIS B2808 スプリングピンの２重せん断荷重（2か所のせん断）によるτは,全サイズ0.686ｋN/mm2（70kgf/mm2）となる。硬さはHV420～520でこのminをσBに換算すると1370N/mm2(140kgf/mm2）；SAE J417となる。70/140＝0.5で一般用荷重からのτは、τa＝0.5σBで算出したと思われる。詳細はJIS本体の解説書に記載されていると思慮する。さて、ピンのノッチの形状やｄ/D等詳細は上記図書?をご参照ください。この種のトルク規制は、剛性機械のヒューズで小形であり過負荷防止には有効であるが、交換を容易にすることが必要。その点ベルトは張力が2倍になるが、滑るので保護やメンテは容易である。シャーピン方式は、材質＆寸法を守れば、トルクレンチの代用？にも可能です（トルシア型ボルト等）。 この問題はτa値の取り方で、τa/σB値？である。 3/4＝0.75、 1/3＾0.5＝0.577（ミーゼスの係数） や0.5説がある。ミーゼスを基準にすれば、0.75/0.577＝1.3で30％計算応力を高くしていることになり折損側設計となる。シャーピンは機械装置を外力からの保守目的で、未経験でおこがましいが、妥当ではなかろうかと思慮する。尚小生のせん断許容応力は、引っ張り許容応力の70％にしていたが、せん断が曲げや面圧を超えた計算はなかった。応力は疲労で計算をした。機械学会のURLです。http://shop.jsme.or.jp/shopbrand/mecheng/ 安価書しか入手できませんで、他は会社閲覧でした。 誤字脱字はご容赦ください。以上現役方のご参考になれば幸いです。Q&Aで申し上げました。閲覧者の方のご批判はご無用に願います。
回答（１）です ＞「シャーピンの信頼性向上」という論文にも本当に目を通したとは思えません。 申し訳ありません、よく読んでませんでした あーなるほどね、 所謂、速算式ってヤツね でも、リンク先の↓にはそれらしい式の記載が見当たらないが？ http://www.jfe-steel.co.jp/archives/ksc_giho/11-2/j11-302-307.pdf 辛うじて１３６ページと１３７ページにせん断応力の式は有るが それは私が書いたヤツをτ＝に書き直してあるだけだし どちらの式にもπは憑いてるし πが無い↓の式は見当たらないが？ [破断力F＝0.59×ｄ×ｄ×シャーピンの引張り強さ] πが憑かない式は過去ログにも記載してあるけれど 誰もそれを追及してないので、その業界では常識な式なのか？ まぁ、πが有っても無くても結果に大差は無いのでどーでもエー事か？ なので速算式として成り立ってる？ それならそれでぐぐったらもっと沢山出てきそうなもんだが？ と言う訳で、 私としては一般的な速算式とは認めたくない
http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=155082&event=QE0004 過去ログ中 「シャーピンの信頼性向上」という論文にも本当に目を通したとは思えません。 私は過去に実際にシャーピンを試験場に持ち込んで自身で試験をしてみたので、 実際分かります。当然ながら、試験用治具も作る必要があるので意外に大変。 確か、シャーピンの設計という図書がきっと何処かに在るかもしれません。 当時の設計図面や資料は会社のものなので簡単には口外することも出来ません。 ・・・すまん・・・ 0.59の係数は先の論文にもあるが・・・(π/4≒0.7854)*3/4≒0.59 からだろう 疲労は考えねばならないだろうが、応力集中については破断させる場合には考え ることはないだろうと思う。これは実際に自身で切ってみないと分からないか 最後に熱処理は必ずしなければなりません。普通焼ならしです。またある程度 ピン径の大きさがなければ機械加工硬化の影響がでることもあるでしょう。
軸から70mmの位置に配置するシャーピンの数は、 １本でしょうか？／複数本でしょうか？ シャーピンを配置する軸の回転数はいくらですか？ 1150r/min ÷ 8 ≒ 144 r/min でしょうか？
憶測ですが↓の式は誤記じゃあないかな？ ＞[破断力F＝0.59×ｄ×ｄ×シャーピンの引張り強さ] 検索するとその通りの式は出ては来るが どーやら、質問者さんがUPしてるURLそのもののリンク先か さもなくば2次リンクのようですね 定石通りのせん断加重計算は↓ ボルト計算ですが http://www.yura-sansyo.co.jp/knowledge/MENU04.htm せん断力 Ｆ＝５９％×（（π×ｄ＾２）／４）×引張り強さ [N/m^2] じゃあないかな？ ＞インバーターモーターのトルクが80%以上になったときにシャーピンが折れる この考え方を否定はしないけれど インバータのトルク制限を８０％にして シャーピン破断トルクを１２０％にするのが定石と思うが？ シャーピンはインバータが制御不能になった場合の保険 少々の過負荷で折れたら困る もし、シャーピンの破断トルクを８０％にするなら インバータのトルク制限はいくつにするの？ ６０％？それとも４０％？ それならモータを１枠小さくして３７ｋｗにした方がコストダウン出来るけど？
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