- 締切済み
鉄材の強度について
始めまして。初の投稿をさせて頂きます。 現在、私はモータの開発業務に携わっているのですが、少々問題が発生しまして皆様のお力をお借りしたいと思っております。 困っていること ○モータを振動試験にかけると回転軸が折れた （回転軸の先端にはファンが付いており片持ち張りのようになっています。） 小生の予想 ○モータとファンの一体物として振動試験の条件により共振現象が起こり回転軸が折れる。 試験条件及び現象 ○モータ種別 小型モータ（出力１０２０Ｗ程度） ファン重量：約７００g 軸径：φ８mm 軸材質：S４５C ○折れの発生箇所 モータ内部のベアリングと軸の付け根 （ファン取付側より。片持ち側はOK） ○振動条件 ５００１２００cpm スイープ ３５secで１サイクル 振幅：２mm 時間：８時間 予想が違う、または共振についての文献や皆様の予想等、参考にさせていただけると幸いです。 以上、よろしくお願いいたします。
- 金属
- 回答数5
- ありがとう数5
- みんなの回答 （5）
- 専門家の回答
みんなの回答
応力集中係数ですが、あいにく止め輪溝に対する一般的な計算式や線図は持ち合わせておりません． 当方がＦＥＭで算定した所、軸径φ８で止め輪溝内径φ６、底Ｒ０．１５とすると； 曲げの応力集中係数：２．１８７ ネジリの応力集中係数：１．９５１ となります． 従って、実際の応力はこれら応力集中係数を無視した場合の約２倍に相当します．当然、許容サイクル数は級数的に落ちます．
E止め輪溝からの折損であればリング止め輪を採用して溝部の応力集中を回避する手段が有ります．溝はラウンド形状になり応力集中係数が緩和されます． 疲労破壊か共振現象かの判断は、応力集中係数を加味した限界サイクル数算定で判定できるのではと思います．共振が影響している場合、極端に寿命が減ります．
お礼
ご回答ありがとうございます。 応力についてですが、計算上は許容応力に対して溝径がφ７でもφ６でも持つことが分かりました。 （しかし、現実には折れている。。。。。） ただ、ご回答中の応力集中を加味した限界サイクル数算定というのは実施しておりません。 よろしければ参考となるHPや文献等をご教授頂けると助かります。
折損部から先のシャフトの長さが分からない限り、判断がしづらいと思いますが・・・
お礼
すいません、確かに情報が不足しておりました。 折損部からシャフト先端までの長さは72.7mmです。 ご指摘ありがとうございます。
＞小生の予想 ○モータとファンの一体物として振動試験の条件により共振現象が起こり回転軸が折れる。 共振ではないと考えます。 モータ軸の固有振動数は，4000min-1程度と想定します。振動条件 ５００１２００cpm なので，共振点を外れています。（cpm＝Cycle per minute＝min-1ですね！？） しかし，実際に軸は折れた。疲労破壊だと思います。
お礼
ご回答ありがとうございます。 なるほど、確かにモータ軸の固有振動数は高いと思いますのでご指摘の通り5001200cpmでは共振はしないかと思います。 ただ、説明不足で申し訳ありませんでしたが今回シャフト先端にプロペラファンを取付ており自重が重くなりロータとファンの一体物と見たときに固有値が低くなり共振に至った可能性を疑いました。 さらに、cpm＝min-1です。古い単位系使ってました。申し訳ありません。
モータ先端に回転イナーシャがあると、 ひとつには ジャイロモーメントが軸に働きます。 これは振動方向とは90度ずれた 方向に繰り返し働くことなり、 疲労破壊や、ベアリング過負荷等の事態の悪化を招く恐れあります。 回転数が高いほど ・ジャイロの位置保持力 ・ジャイロモーメント が強くなります。
お礼
ご回答ありがとうございます。 ご指摘の回転イナーシャについてですが、今回の振動試験ではファンは回転させずに実施しております。 振動方向としては軸に対して垂直（上下）方向の振動を加えている事になります。 また、昨日からさらに分かった事としてベアリングの位置決めにE型止輪を使用されているのですが、そのため溝が掘ってありました。 その径が問題で従来折れの発生していないモータは溝径がφ７となっていたのですが問題のモータは溝径がφ６となっておりました。 現在、その径の違いで弾性係数へどれほど影響があるのか確認しております。 ただ、そこが原因の全てなのか不安はあるのですが。。。。。 ともかく、ご助言ありがとうございました。
お礼
ご回答ありがとうございます。 わざわざ計算していただき恐縮致します。 上記係数を考慮してサイクル等計算してみたいと思います。