カムの寿命計算方法を教えてください

質問

はじめまして。カムの寿命計算をしたいのですが、計算式を教えてください。ちなみに、面圧（MPa)の計算方法も教えて頂きたくよろしくお願い致します。φ150、ｔ=15mmの円盤上のカムプレートで60度の範囲でt=20mmになってます。その上に先端Ｒ４の球状のピンがカムプレートの円周方向に回転する設計になります。回転数は、200rpmでピン軌道は、φ130上です。両方ともSKD11、無電解ﾆｯｹﾙ3μです。どなたか教えてください。

回答No.1

noname#230359

この条件では寿命は計算できません。
まず面圧の計算には　接触面を押し付ける力Fと　接触部の面積Sが必要です。面圧Pは　P=F/S　です。つぎにしゅうどう部のすべり速度Vを計算します。構造が不明確ですので計算できませんが１３０円周上で２００RPMとすると、V＝１３０*３.14*200/60＝１．４ｍ/ｓ　一般に　寿命はこのP*V　と稼働時間に比例しますが、カムしゅうどう面の潤滑やよごれ、面粗度、精度、温度　にも大きく依存しますので、稼動条件を一定にしなければ、比較計算できません。

押し付け力は、ばねのたわみ量　＊ばね定数　で計算すればいいでしょう。
接触面積は　０ですので　面圧は無限大となって、寿命は０　というのが理論計算です。しかし　実際は　何がしかの面積がありますから　実績のある機械との比較で　比例計算すればいいでしょう。また、寿命をどのように定義するかも重要です。たとえばピンの磨耗量が０．１ｍｍとか、音が大きくなったらとか、機能的な要求から　決める必要があります。
似たようなもので　PVを計算して　その寿命Tと比例計算します。
求める寿命　t＝T＊PV/ｐｖ
プレート寸法や　ピン長さの精度はあまり関係なく、しゅうどう部に関する平面度とか　しゅうどう軌跡のうねりとかが問題になります。またカムの追従で踊りやはたきが出ても寿命は悪化します。ということで、硬さ、材質、潤滑の影響が大きいです。温度はしゅうどう面の局部温度ですので、摩擦熱と熱引きによって決まりそうです。熱容量的には、ピン側で計測すべきでしょう。あくまでも似たシステムで実績のあるものをベースになるべく同じ条件で使った場合の計算です。

寿命の定義ができないと　比較できませんね。
経験で決めるので、ｆ、ｍ、Cといった係数が出てくるわけで、寿命がPVの逆数に近似的に比例すると考えるのも、便宜上の計算です。
どうしても　壊れて困るのであればカムをしゅうどうから転がりに変更して　ベアリングをかませれば、ベアリングの寿命が使えるでしょう。
つまり　寿命のわかった部品に置き換えることをお勧めします。
　経験がなければ　計算しても　寿命保証できません。

お礼

本当にありがとうございます。明日じっくり考えてまた質問させてください。申し訳ありませんがもうちょっとだけお付き合いお願いします。

ありがとうございます。寿命計算とは、定数とかは経験的な値がわからないとできないんですね。もう少し自分でいろいろ調べてみたいと思います。また、疑問点がでたら質問出しますのでよろしくお願いします。

補足

本当にありがとうございます。少し光が見えてきました。もう少し教えてください。
接触面積Ｆは、ピンをばねでカムプレートに押し付けてます。今資料が手元に無いので正確な値は、わからないのですが仮に0.1Kgf/mmとさせてください。
接触面積ですが、平面にＲ４の球状な物が接する場合の面積とは、どうやって計算するのでしょうか？また、Ｐ×Ｖ値と稼動時間（20ｈ／日）との比例が寿命との事ですが、具体的には、どのような関係式になるのでしょうか？ちなみに面粗度は、プレート、ピン共に三発あててます(6.3S以下)、精度は、プレートで20±0.02、ピン長さ42.8－0.1、温度は、30度くらいです。つたない情報（条件）でわかりづらいとは思いますが、どうかよろしくお願い致します。

こんばんは。実績のある機械が、見当たらずなんとか接触面積を調べ、寿命計算にこぎつけたい一心です。接触面積は、鋼材でもつぶれ、計算できるみたいなので、もう少し調べるとして、寿命の計算式を教えて頂けないでしょうか？
（寿命時間T(H)＝(39×10＾3×f×m)/PV-C　※f＝適用係数　m＝相手材の表面係数　C＝寿命修正定数　本件では、f=1　m=0.2　c=600かな？・・・という計算式もありましたが、つかえるのかどうか？です。）　ちなみに押し付け力はF＝4Nでした。それと、kcbさんのおっしゃる通りカムの追従で踊りやはたきの影響が大きいと思います。どうかよろしくお願い致します。（接触面積の式は、2a＝23.6×10＾3×μ×(F／ΣΡ)＾1/3とありましたが、ちんぷんかんぷんです）