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ローラーにかかる衝撃荷重を算出する方法
- 鋳物製品の反転作業におけるフリーローラー1本あたりにかかる衝撃荷重を求める方法をご教示ください。
- 鋳鉄FC製のサイズがL550mm×W400mm×H70mmで重量が40kgの製品について、Φ60.5のフリーローラー1本あたりの衝撃荷重を計算したいです。
- 現在のフリーローラーはΦ20の軸が固定されており、反転作業による衝撃でフレームや軸の摩耗が問題となっています。今回の改造ではΦ80の削り出し仕様のローラーを使用する予定ですが、現状の衝撃荷重に対するローラーの耐久性を算出するために質問させていただきました。
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難しい計算は他回答者におまかせして、 実際にいままでボールベアリング６３０４を使いローラーで受けているが フレームと軸摩耗が問題で、作り変えるということなので 摩耗をどうにかすればいいわけですね。 UCP205は軸径25ですが、中に入っているベアリングは6205相当です。 定格荷重は6304のほうが若干大きいので、UCP305のほうがいいはずです。 ローラー軸の摩耗はフレコロではないかと推測しています。赤茶のサビが出てませんか？ フレコロであれば軸とベアリングのハメアイをしまりばめにします。 フレームも摩耗しているようなのでピローブロックの取り付け部分の肉厚を 取り付けボルト径の２倍程度にすれば居間よりは改善されるはずです。
（フリー）ローラーは、 ★ ベアリング ⇒ 焼きが入っている材質で、堅くて脆い（衝撃に弱い） ★ ローラー⇒表面の耐磨耗性を上げるために、焼入れや硬質クロム鍍金 等をしていて、衝撃には弱い また、軽量化等目的でパイプ仕様が多いので、衝撃に対し 凹み不具合が発生し易い なので、ローラーのピッチ間に、製品落下エネルギーを吸収する緩衝機構 （ダンパーの様な物）を設置した方が良いと考えます。 以下が、衝撃のサイトです。 http://www.terrabyte.co.jp/gatten/article_dyna.htm http://www.terrabyte.co.jp/gatten/article_dyna2.htm http://www.terrabyte.co.jp/gatten/article_dyna3.htm や、 http://www.jtmcorp.co.jp/yomoyama/09.html http://www.jtmcorp.co.jp/yomoyama/09.html 簡単に、考えても 製品である重量40kgの鋳鉄FCが、落下してフリーローラーの到達する速度 を求め、40kg×速度で運動エネルギーを求めます。 そして、前述のサイト資料データで、衝撃時間が1.0msec（0.001sec）と なっているが、フリーローラーの撓みでのエネルギー吸収を考慮すると、 10msecが妥当かな？すると、10msecで動く距離と10msecで割ると、衝撃力 が求まります。1secの1/100が10msecなので、100倍落下距離が短いと 100倍×0.01mなら1倍の40kgが新たに加わる。30mmなら120kgで120kg＋40kg ＝160kgが乱暴で大まかな計算では加わります。 以下で、製品がフリーローラーに落下する速度や距離を求めて下さい。 http://laboratory.sub.jp/phy/01.html
回答2の補足質問にお答えします。400×70の面から見て，角を中心に回転する場合と考えてよろしいか。実際は摩擦や質量中心における回転慣性が影響するので，単純ではありません。ひとつの目安として回答2と同様に考えて見ます。角を中心とすると中心点の最大距離（高さ）は203mmであり，回転後の中心点高さは35mmです。つまりその差168mmの自然落下に置き換えることができます。同様の計算で衝撃力は最大で730N位になり，先の400mm落下の65％位です。 厳密には回転慣性を考慮すべきですので，倒す際の初速等考慮すべきです。
弾性衝突の考え方で概算できます。質量m＝40kgを400mm自然落下させると接地時にV=√2gh＝2.8m/ｓの速度となります。このときの運動量はmV＝112kgm･ｓ(N･ｓ)と計算できます。衝突時の静止時間Δtは受圧部（ここではローラー）の剛性で決まりますが,一般機械ではΔt＝0.1～1秒位で見積もります。 すなわち衝撃力fはf＝mVΔｔ＝112～1120 Nとなります。したがって衝撃力は最大で質量の3倍程度は考慮しておいた方が良いと思います。緩衝体を用いてΔｔを大きくする考慮も有効です。
実際の機械の設計仕様書のように、使用頻度や使用環境などを明記した方が 良回答を得られると思う。改造する前に、衝撃を緩和させる方法は無いですか 所謂、緩衝装置かな。強度upしても所詮、コストと寿命の天秤になると思うし 最後に「現状のラジアル許容荷重で以前の*倍になります」ではダメですか? 緩衝装置を付けるとし↓URLのショックダンパー簡易選定などを利用すれば 現状の構造でも行けるような気がします（構造が判らないので自信なし） ゲル状の緩衝材に、たまごを落としても割れないＣＭを想定していますが。。 http://tem.tsubaki-emerson.co.jp/products/selection/dp/vertical_freefall.htm
補足
詳しい算出方法等も知りたいのですが､取りあえずおおよその値を教えてもらえるのであれば幸いです｡
補足
回答の方ありがとうございました。 ちなみに下記条件で落下させた場合の衝撃力の算出は可能でしょうか。単純に約1/2減少とかでOKです。 反転方法･･･L550･H70の面を下にしﾛｰﾗｰ上に立てた状態で､L550･W400の面がﾛｰﾗｰに接触するよう反転(80°反転)→製品の自重で反転落下