SUS304同士のかじる圧力を教えて下さい

質問

諸事情により「軸：SUS304」+「ローラ：SUS304」の組合せでローラーを作りました。ローラーにはおよそ400kgの荷重が掛かります。

ローラーが回転して荷重を逃がすはずなのですが、荷重が掛かった時点で軸とローラー(穴内側)がかじってしまいました。（感覚としては当然な気がしています。）

ローラーに荷重が片当たりしたため、軸の一点に400kg/mm2の圧力が掛かった状態と考えられます。

かじりとは、ある一定以上の力で金属同士を押し付けると圧接され、引き離すと表面が剥がれてあらされる状態と理解しているのですが、ここでいう「一定以上の力」とはどの程度なのでしょうか？

今回、材質・圧力は上記の通りです。
この条件で発生するという根拠が書いてあるページや文献等を御紹介頂けませんでしょうか。（SUS304同士が接合されてしまう圧力を教えて頂くだけでも構いません）

よろしくお願い致します。

回答No.3

my3027 · ベストアンサー

私がわかる範囲ですが、

１）常温で使用するSUS304の弾性限度はどのような数値なのかを教えて下さい。
縦弾性係数とは違います。塑性変形しない限度ですが、下リンクの引っ張り強さに安全係数（0.8）等貴社で使われる値をかけて下さい。
http://www.morimatsu.jp/data/stainless.html

２）「ヘルツの公式」で算出する値は最大面圧P0でしょうか。どのように比較すればよいのでしょうか・・・
はい。断面の2次元問題に置き換え、P0を求めればいいと思います。荷重400kgをそのまま使うと点接触のワースト値となるので、ローラー軸方向の長さで割って、線接触とした方が実用的だと思います。比較はP0＜弾性限×安全率で比較すればいいと思います。
http://homepage2.nifty.com/ty-1999/keisansiki/kousikisyu-03-2_top.html

３）摩擦モーメントを求めてみようと思いましたがSUS304の摩擦係数が見当たりません。ご存知でしたら教えて下さい。
面粗さで変わりますが、0.5～0.6で計算してはいかがでしょうか？
http://okwave.jp/qa/q1003335.html

お礼

お手数をお掛けしました。本当にありがとうございます。
教えて頂いた内容が具体的で分かりやすいです。

今日は無理なのですが後ほど計算してみようと思います。

回答No.5

debukuro

常に水や油を流して潤滑冷却下￥ができるか環境ならステンレス軸カーボン軸受けがいいと思います
カーボンは冷却さえ絶やさなければ自己潤滑作用があるので転がり軸受けより耐久性があります
ポンプの軸封、船尾管の軸封はこの方式が主流です

お礼

折角なのですが、今回はSUS以外は使えないのです。
油脂類等も不可なので、SUS材オンリーでの構造検討が必要なのです。
どうしようもなくなった場合は銅系、鉄系は使えるかもしれませんがやはり金属同士になります。

軸部以外の構造も見直して、もう一度SUS630で検証してみようと思います。アドバイスありがとうございました。

補足

上記お礼文の訂正を含めたご報告です。自己満足的なレスでスミマセン。

http://www.silicolloy.co.jp/silicolloya2Tribo2.html
上記URLを確認したところ（相手のナット材質が分からないのですが）、SUS630と316Lでは対焼付性が316Lの方が高いようですので316Lにて検討予定です。

回答No.4

debukuro

ステンレス同士の嵌め合いは焼き付きを起こします
理由は熱伝導度が低く発生した熱を拡散させることができないからです
レース側を熱伝導のいい金属にした方がいいと思います
ステンレスのボルトナットもよほど中深く扱わないと外せなくなります

お礼

ありがとうございます。
片方の材質を変えるときのポイントは硬さではなく熱伝導度と考えればよいのでしょうか？

今回の、軸：SUS304+ローラー：SUS304においては軸側を別の材質にする予定ですが、基本的にSUS以外は使えない状況です。
お勧めの材質あればご教示頂きたくお願い致します。（根拠も頂ければ幸いです。）

回答No.2

noname#160321

全く役に立たない情報ですが、私どもでは八千気圧の反応装置を使用しますがＳＵＳ316の本体と大型ネジ口はしばしばかみ合って離れなくなります。
そのためネジは別の鋼材を使用しています。あっけない程簡単に外れます。
高温高熱では同じ種類の鋼材同士で摺り合わせを作るのは避けるべきではないでしょうか。

お礼

ありがとうございます。
当初SUS304同士でかじったのですが、対策としてローラーSUS304+軸SUS630でトライしてみましたがかじってしまいました。

もう少し検討してみます。

回答No.1

my3027

直接の回答にならないかもしれませんが参考に。

応力からのアプローチは難しいと思います。当然最大圧縮応力としては、弾性限度以下です。カジリ応力というのがあるかわかりませんが、応力計算では接地面積が必要ですが、現実問題それを求めるのは不可能と思います。この手の問題は、計算で出そうとすると複雑な割には役に立たない結果で納期に問題が出ることが多いですから・・・。

他の方法として、
(1)軸とローラ内径上で発生する摩擦力による摩擦モーメントと、ローラ外径上で発生する搬送品との摩擦力による設計方向回転モーメントはどうなっていますか？後者＞前者でないと、当然ロックします。半径調整するか、注油やグリス等で軸とローラの摩擦係数を下げる。
(2)応力からのアプローチに拘るのあれば、ヘルツの公式から算出された値が弾性限度以下になるようにする。

お礼

ありがとうございます。
検討する方針を定める上では非常に参考になります。

現在の状況では確実に再発するという根拠を求めている状況です。
同時に改善策を構造面で検討しています。
もちろんmy3027さんもご提案くださっているような問題が再発しないという根拠も必要であると考えています。

お恥ずかしながら学術的・専門的な用語、試験方法、公式等の知識を持ち合わせておらず、これから学んで解決するしかない状態なのですが、いくつか教えて頂けませんでしょうか。

尚、ひとつ言い忘れておりましたが、油脂類の使用が出来ない構造です。

■追加質問
１）常温で使用するSUS304の弾性限度はどのような数値なのかを教えて下さい。（縦弾性係数とは違いますよね？）
２）「ヘルツの公式」で算出する値は最大面圧P0でしょうか。どのように比較すればよいのでしょうか・・・
３）摩擦モーメントを求めてみようと思いましたがSUS304の摩擦係数が見当たりません。ご存知でしたら教えて下さい。

尚、計算で結論付けている時間がないこともありますので、まずは構造的な検討を進めます。よっておっしゃるとおり、折角頂いても役に立てられない可能性もありますので、上記回答にはお手持ちの情報を下さる程度で構いません。（勝手言ってスミマセン）