平行キーの強度について

質問

モーター出力　398N/m　でスプロケット+チェーンで3倍に減速しています。
回される側の軸径はφ32で10x8 L=25の平行キーが入っています。
平行キーの強度（軸径φ32）がモーター出力に対して問題がないかご教授下さい。
よろしくお願いします。

※OKWAVEより補足：「技術の森( 開発・設計)」についての質問です。

回答No.5

ohkawa3 · ベストアンサー

回答(4)再出
補足の記入ありがとうございました。
回答(4)の主旨は、総合的な設計の再検証を推奨するということです。

「回転数は1rpm」と補足なさっていますが、問い合わせる毎に数値が変わるのは、ご質問者さんが機械の仕様を十分に把握なさっていない状況ではありませんか？ これを機会に、設計情報を再整理して、各部に加わる応力などを再検証してみたら如何でしょうか。

負荷トルクがどれほど必要なのか、トルク変動がどの程度あるかなどを把握することが設計のスタートポイントと思います。ご健闘を期待します。

回答No.4

ohkawa3

回答(2)再出
モーターの出力は0.4Wではなくて、0.4kWですね。
定格出力が0.4kWであって、出力軸の回転数が15rpmであれば、定格出力トルクは254N･mと計算できます。
最初にご提示の398N･mの値は、定格トルクではなく、最大トルクのようですね。（単位をN/mからN･mに訂正）
モーターの最大出力トルクの値を使って、キーに加わる応力を検証すれば、安全側の判断ができますね。

前にも書いたとおり、スプロケット+チェーンで回転数を1/3倍に減速すれば、トルクは3倍となるので、従動軸に加わる最大トルクは、398N･m×３＝1194N･m
このトルクに対応する、φ32（r=16）の外周における力は、1194N･m÷0.016m＝74625N
この力を、幅10mm×長さ25mm＝面積250mm^2のキーで受けるのですから、せん断応力は、74625N÷250mm^2＝298MPa
キーの材質をS50Cと仮定すれば、許容せん断応力は36MPa程度なので、明らかにキーの強度不足と判断されます。モーターの最大トルクではなく、定格トルクで計算しなおしても強度不足の判定は変わりません。

もとに戻りますが、回答(1)さんがご指摘のとおり、実際の負荷トルクがモーターの最大トルクよりも十分に小さい状況で運転していると想定することが現実的なようです。

今回のお問い合わせは、スプロケット+チェーン機構の従動側のキーに限定されていますが、モーターの最大トルクを基準に設計するのであれば、スプロケット、チェーン、従動側の軸径、軸受などを総合的に再検討する必要がありそうに思います。

補足

ありがとうございます。
回転数は1rpmでしたが、変わらないでしょうか？
また軸径をいくつにすれば、安全だと言えるでしょうか？
よろしくお願いします。

回答No.3

lumiheart

＞普通の4極モーターとすると、60kW程度のパワーに相当するので
https://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/faspec/detail.do?kisyu=/i_motor&formNm=SF-PR_400V-4P_SF-PR%28400V-4P-55kW%29_14

55kw50Hz1485rpmで354（N・m）
問題は軸径
55kwでφ65mm　＜減速機無し！

そもそも軸径φ３２が細すぎじゃあないかな！？
軸径φ３２から逆算するとたったの2.2～3.7kw相当

＞このBOXを下のモーターで回転させる動きです
だからぁＢＯＸの回転速度はいくつ？
それが重要なんだよね
恐らく質問者さんは重要とは思っても居ないんだろうけど
それと、ただ回すだけなの？
何の為に回すの？
回転速度安定性は0.1%とかって事は無い？

憶測ですが、ただ回すだけなら1.5kwも要らない
1.5kwで回すと微妙にトルクが足らないんで速度安定性が悪くなる
回る事は回るけど使いモンにならん

で、必要以上に巨大なモータを付けてる
ってオチでは？

補足

失礼しました。
モーターは0.4w 減速比200　回転速度は15rpmです。
現状、動いておりますが問題ないかの確認をしたく質問しました。
よろしくお願いします。

回答No.2

ohkawa3

モーター出力について、パワーや回転数の提示がなく、398N/mとの数字だけを提示なさっていますが、この値はトルクで宜しいでしょうか？
ギヤードモーターであれば、トルクの値が398N･mでもよさそうですが、減速機構が入っていない普通の4極モーターとすると、60kW程度のパワーに相当するので、違和感があります。

スプロケット+チェーンで回転数を1/3倍に減速すれば、従動側のトルクは、原動側の3倍である1194N･mのトルクに対してキーの選定が適切かを質問しているようにも思いますが、そうだとすると、キーに加わるせん断応力が過大で、設計的に問題ありという結果になりそうです。

https://rivi-manufacturing.com/calculation-tool/6038/

補足

失礼しました。
モーターは0.4w 減速比200　回転速度は15rpmです。
現状、動いておりますが問題ないかの確認をしたく質問しました。
よろしくお願いします。

回答No.1

are_2023

出力軸でどんな負荷がかかってるのか、それが判らないとキーへの負荷が判りません
例えば上の（負荷側）のギヤに何もつながってないなら、モーターはほぼ空回りと同じで微々たる力しか発生しません

補足

上側の軸の先には250kgの矩形のBOXがありまして、片持ちではなく反対側も軸受けで支えております。このBOXを下のモーターで回転させる動きです。重心はほぼ中心で偏心しておりません。