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鋳鉄製ポンプの振動吸収性
- 鋳鉄製ポンプの振動吸収性について詳しく調査しました。
- 鋳鉄（FC材）はポンプにおいて振動吸収性が高いと言われています。
- 鋳鉄と鋳鋼（SCPH2等）との比較についても触れています。
- 機械設計
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＞鋳鉄のメリットとされている点を潰していきたいのですが･･･ ポンプに限定せずに周りの工作物を見てみると 複雑なリブ形状をした物が多いと思う。 機械のベッドにしても他の素材から製作するのは結構面倒である 花崗岩やコンクリートなど減衰性や熱変位に有利な素材も摺動面は そのままでは使えない。 鋳物の特性で摺動部の焼き付きには若干有利とは思うが・・・・ 鋳造は いにしえの昔から馴染みの方法 鋳造段階で添加物などの味付けがもできる 複雑形状も比較的容易にでき、品物にデザイン的要素もあるかも？ 加工の観点からも難易度は高くない ※工場環境や加工機に対する影響は大 やはり、他の方々同じくコスト面が一番でしょう 申し訳ない文の間違いがあります。 訂正 1 誤）鋳造段階で添加物などの味付けがもできる 正）鋳造段階で添加物などの味付けもできる 訂正 2 誤）やはり、他の方々同じくコスト面が一番でしょう 正）やはり、他の方々と同じくコスト面が一番でしょう 私も年に何台かポンプや油圧部品を購入します。 正直、今まで 材質についてあまり疑問に思った事はありませんでした。 少なくとも油圧関係の構造品は確かに鋳物のが多いですね 強度的な不満は感じた事はありませんが、重量的・形状的には不満もある。 油圧ホンプなどでは吸い込みが悪いとポンプから騒音とも言える音が発生します。 経験は無いが 他の金属素材だと もっと高い音域の騒音が発生しやすくなる 他の部位との共振も多くなる様な気がします。 ※やはり、他の方々同じくコスト面が一番でしょう これに加えて 問題が起こらなければ 昔から営々と作られて来た物を変更するに至らない。 設備や下請けさんとの関係もある 新たな市場を開拓する会社が現れて 市場が変革する危機感をもてば他社も追随しますよ。
そもそも、ポンプに振動吸収性がそれほど要求されるものかギモンで、昔は性能低い鋳物でしか造れなかった為だけかと思います。 以下、回答（４）と同趣旨。 質問サイトで間違った回答に高評価が付いて締められると、他が気付いても後の祭なので、私はこの制度に反対です。 http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=247140&event=QE0004 No.36617 FCD焼入れの振動減衰性能 鋳物が振動減衰が良いというのは、例えば炭素鋼と比較してヤング率に大きな差異があること だと認識しています。 鋳物は炭素鋼のヤング率の約半分です。このことが振動減衰性が良いという理由だと思います。 ■?■ ■?■ ■?■ (材料の振動減衰特性)～(周波数応答特性)～(固有振動数)～(1/√ばね定数)～(1/√ヤング率) と比例関係になります。 ＜＜以下略＞＞ ■?■導出でバネ定数を分母にしてるのが間違い。 http://jikosoft.com/cae/engineering/vibration04.html 『2.非減衰自由振動』 『4.減衰自由振動』 ２章４章を見比べると良い。微分方程式と聞くだけで敬遠する向きは式の形と図だけ。 前者の固有（角）振動数の式 ωn ＝√ｋ/m (2-12) ｋ：バネ定数 m：質量 バネ定数は分子。式を丸暗記しようとすると起こりがちな間違い。 減衰振動は図4-1のようにダンパーの記号、そして『減衰係数Ｃ』が加わっている。 微分方程式(4-1)式(は2-1)式に１項加わるだけ。 これでないと減衰に関する説明は不可能。 したがって■?■の関係を導出するに(2-12)式ですること自体が誤り。 （■?■についてはその両側関係を排除すれば合ってる） 減衰自由振動の固有（角）振動数は(2-12)より遥かに複雑なので、口語説明を紹介するだけ 減衰を考慮したした固有（角）振動数は、ζが大きくなるにつれて (減衰が大きくなるにつれて)小さくなる。 関連して鋳物関連ではこれも酷い。 http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=219373&event=QE0004 No.32213 鋳物FC300 と鉄SS400 のたわみ、剛性 回答（１）は誤りに気付き訂正が間に合ってるが、引用してしまった回答（２）は 更に説明・資料とも本題と無関係 ＞ポンプは絶えず回っていますから、加振力を与え続けることになります 定常現象 反対語は過渡現象。 振動論では両方扱うが、立上げ初期はオーバーシュートするから耐力が問題になるが、音はいっときなので我慢。 定常現象でポンプの振動、騒音が問題になるか？ 現場に詳しくないですが、それは無いように思う。 逆に ＞共振 について、鋳鋼は不可、鋳物でないとというほどでもない ＞鋳鉄のメリットとされている点を潰していきたい 前記の観点から、やはり価格が最強要因ではないですか
お礼
ありがとうございます。 ポンプは絶えず回っていますから、加振力を与え続けることになります。 減衰性能が鋼より多少良い鋳物を使っていても、振動し続けることに変わりは無いと言えるでしょうか。振動し続けるが、共振を起こす可能性は低くなるとなるのでしょうか。共振は回転数との兼ね合いだけのような･･･ 追伸； 現代でもポンプ屋の基本は鋳鉄です。危険物ではポンプは鋼製であるべしとなっていますので良いのですが、こんな規定は余りなく、鋳鉄が横行しています。鋳鉄のメリットとされている点を潰していきたいのですが･･･
質問者さんに対する直接の回答ではなくて済みません。 回答(2)さんのご回答内容に、少々疑問を感じましたので、問い合わせさせ て下さい。 鋳鉄のヤング率は、一般機械鋼材に比べて低いことは、添付資料でお示し のとおりと思います。ところで、ヤング率が低いと言うことは、荷重に対す るたわみが大きいことに対応するのように思います。また、ヤング率が小さ いと、固有振動数が下がる方向と思いますが如何でしょうか。 おそらく、“荷重に対するたわみの小さいこと”は、鋳鉄を使った場合は、 一般鋼材を使った場合に比べて、種々の理由により、材厚を大きく設計する ので、結果として“荷重に対するたわみの小さい”ことになると想像します。 材質特性の、“応力に対するひずみ・・・ヤング率”と機械設計における、 “荷重に対するたわみ”が、どこかですり替わってしまったように感じます。 素人の思いつきですので、当方が考え違いしているかもしれません。 その際は、ご教示頂ければ有難く存じます。
鋳鉄は振動吸収性 http://www.rask.co.jp/raskindex.html 確かにスカスカ（製造法から）なので振動吸収性は高いのでしょうが 一番は複雑な形状が安価にできるのが一番の使われている理由です スカスカなので含侵やメッキ ← 腐食対策ほ含む等をして 漏れないようにしないといけないし 最適な素材ではないですよ 長所を羅列していって出てきた一つ
お礼
ありがとうございます。 ”長所を羅列していって出てきた一つ”、まさにその通り、と感じました。 話が少し変わって恐縮ですが、原発関係は除いて、各種法規ではポンプに対する規定が余りなく、未だに鋳鉄が幅をきかしていることに首をひねっています。立派なポンプは世に一杯あるのに･･･
鋳鉄（FC材）の特徴は荷重に対するたわみの小さいことにあると考えていま す。換言すればヤング率が小さいことです。炭素当量にもよりますが、ヤン グ率は一般機械鋼材：206GPa，鋳鉄(FC)：117GPa，鋳鋼(SCPH等)：192GPa 位です。機械構造物の固有振動数は一般に √(質量/ヤング率)に比例しま す。つまりヤング率が小さいと固有振動数が上がり、振動に対する応答性が 下がり、通常振動における共振のリスクが低下します。このことが、鋳鉄は 振動吸収性が高いと言われる所以と理解しております。 この考えに基づけば、振動吸収性は 鋳鉄＞鋳鋼＞一般鋼材 です。 ヤング率の違いに注目して、単純化して説明できるのではと思い記述しまし たが、やや乱暴だったかもしれません。回答(4）さんのおっしゃるとおり、 ヤング率が低いと等価の応力でひずみが大きくなります。工作機械の鋳物の ベッドなどでは強度を確保するため、質量が大きく設計されるため、結果と してたわみが小さくなるようです。 固有振動数については、構造体の質量が３倍くらいになってしまうとヤング 率の低いことはキャンセルしてしまうようです。 学説では減衰の主要因は内部炭素組織の内部摩擦による粘性減衰であると言 うのが定説のようです。失礼致しました。定盤の例や文献など参考資料を 下記しておきます。 http://www.chuo.co.jp/technology/tech_02/tech_02_01_04.html http://ci.nii.ac.jp/naid/110003427617 http://www.yht.co.jp/info/starsilent.pdf 機械構造物の固有振動数は一般に √(質量/ヤング率)に反比例しま す。 早計に記入してしまいました。重ねて訂正いたします。
- 参考URL：
- http://ebw.eng-book.com/pdfs/eeaf4fd4c2b54bd9d30f03a01535c6f3.pdf#search=%22%E9%8B%BC%E6%9D%90%22
お礼
ありがとうございました。 理屈が分かりました。 質問者です。 金属のバネ定数と言えるヤング率が小さい＝＞減衰しやすい、と理解しました。当たっていると思うのですが。 その代わり、さくい（方言か）、もろい、パキンと壊れやすい。
簡単に記述すれば工作機械のフレームに使用される理由と同じです。 ＊ 高剛性 ＊ 高い振動吸収特性 ＊ 潤滑作用 です。 詳細は、URLを確認下さい。 高い振動吸収特性は、大袈裟に記述すると炭素が詰まっている穴が多数あるからです。 これによって、潤滑作用も良くなっています。 カラオケ店の防音壁は、蜂の巣のような空洞が沢山あります。 それと同じで、炭素が詰まっている穴が多数あるので振動が吸収されます。 振動も騒音も波動で伝達しますから同類です。
お礼
ありがとうございます。 追伸； 人間にとって決して安全では無い流体を扱い（80℃の温水でも安全では無い）、かつ高速回転しているのでポンプを気にしています。それもFCを。 しかし、どうも分が良くないようです。