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六角材のクランプによるネジ転造方法と必要なクランプ力
- 中空の六角材にメネジを転造する際に、六角材の2面を120度のヤゲンで規制し、１面を油圧シリンダなどでクランプする方法を紹介します。
- ネジ転造のトルクは１０Nmほどですが、クランプ力はどの程度必要なのかについて考えます。
- 六角材の二面幅は14mmです。
- 機械設計
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1Ｎの涙さんが、figで掲示されています内容で、小生が考察すれば以下の如くになります。 条件から合計トルクは（F1+F2+F3）*4.041 [mm]＝10000 [N・mm]・・・? を借用させてもらい、（F1+F2+F3）＝ 2475 [N] と計算処理します。 そして、理論的には、F1 ＝ 1/3×2475 [N]、F2 ＝ 1/3×2475 [N]、F3 ＝ 1/3×2475 [N] となります。 F2とF3をF1と逆に作用する反力を計算で求めると、1/2×F2と1/2×F3となります。 1/2×F2＋1/2×F3 がfigのヤゲン左側に掛かるので、反力はF1方向に掛かります。 因って、クランプ力はF1＋1/2×F2＋1/2×F3 ＝ 1/3×2475 [N]＋1/2×1/3×2475 [N]＋ 1/2×1/3×2475 [N] ＝ 2/3×2475 [N] ＝ 1650 [N] となります。 確かに、F1＝8250 [N]ですが、F2とF3のF1方向への反力もクランプ力に加わると思います。 如何でしょうか？ それと、F1は見かけの力だと思います。 それは、F1はクランプ抑え端面の滑りや摩擦が働かない力に変換しているので、実際の 作用とは言い難いと考えます。 但し、小生が記載している計算方法で、摩擦損失を考慮したら、クランプ力 1650 [N]に 近くなると推測します。 時間ができたら、計算をしてみます。 やはり、小生の算出式が合っているような気がします。 正六角形を正十二角形や正十八角形、正二十四角形にして、考察しますとクランプの反力は、 記載順に大きくなります。 これは、１Ｎの涙さんの算出式でも、同じですね。 もう少し、分析してみます。
ふと眺めていて少し疑問に思ったので自分で考えて作図もして考えてみました 参考URLfig1から節点というか支点を3箇所と考えてみましたココがネックかも まじめに考えずに簡単に解こうとしたが、私の苦手な分野で意外に大変だった となれば静的な釣り合い条件から 条件から合計トルクは（F1+F2+F3）*4.041=10000 [N・m]・・・? ?X=0より F2*0.5+F3*0.5=F1 から F2+F3=2F1・・・・・・・・? ?Y=0より F2=F3・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・? 従って?,?式よりF2=F3=0.5*F1 これを ?式に代入すれば F1=1237 [N] , F2=F3=1237 [N] が得られるから、クランプ力はF1の反力以上 があれば理論的には十分なことになると思うので後は余裕を幾らか見積ること ザックリと思うがままに計算したので、何処か間違っているかも知れませんが 回答（4)さんのクランプ力と2倍も違うので・・・考え方が問題でしょうか やはり少し間違っていたようです。時間を置いてから見返し気付いたw ＞従って?,?式よりF2=F3=0.5*F1 これを ?式に代入すれば ◎従って?,?式よりF2=F3=F1 これを ?式に代入すれば F1=824.9 [N] でした ◎条件から合計トルクは（F1+F2+F3）*4.041=10000 [N・mm]・・・? ※単位表示を誤記入でした(×1000 [N・m]、計算結果には問題は無いですけど これに釣られてか回答(7)さんも F1＝8250 [N] っと10倍も間違っていますしw 戻って回答(7)さんの言うことがどうも分らないというか全く納得できないな F1=F2=F3=824.9 [N] これが六角部分に作用する外力で静的に釣り合ってる筈 となれば反力も各々同じ反対の大きさが生じる。でなければ動いてしまいます 力は作用線上には移動しても構わないが反対方向に持ってくるのは反則だろー また確かに摩擦力を考慮していないが、理由はネジ転造のトルク自体の回転を させようとするエネルギーを減少させる方向になってしまうこともある上に 摩擦は接触面の方向(fig1の矢印と直角）に働くので静止していれば尚更です 即興で考えた”力学モデルfig1”が完全とは思わないが結構イケてる感がある あとは実際にテストして確かめてみれば直ぐにでも実証できることでしょう 理論と実証の繰り返しにこそ技術的なノウハウの蓄積になるのだ(自信無しw）
回答(４)の文面と、URLの図面を確認してみてください。
六角材の二面幅は14mmですから、半径は約8mmです。 そして、六角の１面毎に３面をヤゲン規制とクランプ規制で保持する仕様は、 六角材の2面を60度のヤゲンで半径と同じ8mm間全てを規制し、正三角形を成すもう１面を 油圧シリンダなどのクランプで、半径と同じ8mm間全てをクランプするなりますし、保持は 半径と同じ8mm間全てとしてください。 さて、クランプ力の算出は、 ? 転造トルク10N･mは、10000N･mmとなります。 ? 六角材の二面幅は14mmですから、半径は約8mmとなります。 ? 六角材が回転した時に、クランプをアンクランプ方向に動作させるポイントは、六角の コーナー/角部分となります。 六角材の角部分がクランプを押しやる格好で、クランプが緩む状態になります。 ? 六角材の角部分がクランプを押しやる格好なので、その部分の力(ベクトル)は、 トルク：10000N･mm÷半径：8mm ＝ 1237Nとなり、その方向は六角材の中心と角を結ぶ 半径線と直角を成す方向へとなります。(ベクトルの始点は六角の角となります) ? 動力を発生させる側は六角材で、動力を受ける側はクランプとなります。 エネルギー(運動量、仕事量)保存の法則から、 六角材の回転エネルギー ＝ クランプを緩ますエネルギー 六角材のエネルギー 力(F1)×速さ(v1) ＝ クランプのエネルギー 力(F2)×速さ(v2) 速さ(v)は、距離(L)÷時間(t)なので、 力(F1)×｛距離(L1)÷時間(t1)｝ ＝ 力(F2)×｛距離(L2)÷時間(t2)｝ となります。 ? 六角材の回転作用も、クランプの緩み作用も、同じ時間内での動作なので、 時間(t1)｝ ＝ 時間(t2)｝となり、 力(F1)×｛距離(L1)÷時間(t1)｝ ＝ 力(F2)×｛距離(L2)÷時間(t2)｝ 力(F1)×距離(L1)×｛時間(t2)÷時間(t1)｝ ＝ 力(F2)×距離(L2) の｛時間(t2)÷時間(t1)｝＝１により、 力(F1)×距離(L1)×｛１｝ ＝ 力(F2)×距離(L2) 力(F1)×距離(L1) ＝ 力(F2)×距離(L2) となります。 ? 力(F1)×動く距離(L1) ＝ 力(F2)×動く距離(L2) に数値を当てはめると、 ※ 力(F1)；六角材の力、?の計算値 1237N ※ 動く距離(L1)；六角材の角が動き始める方向は、半径8mmの円周方向 ※ 力(F2)；クランプが受ける力、求める値なので F2 N とします ※ 動く距離(L2)；L2の動く方向と半径8mmの円周方向の成す角度は60度で、 クランプは押す六角材の面ラインとL2の動く方向と半径8mmの円周方向 は、30度＆60度の直角三角形を成し、それぞれ動く距離の比率を示す 因って、半径8mmの円周方向に対して、1/2となります。 ? 1237 N ×１ ＝ F2 N ×(1/2) 1237 N ×２ ＝ F2 N F2 N ＝ 2474 N ? 本来のF2力は、六角材とクランプが擂れる摩擦損失により若干少なくなります。 ですが、小さくなるので敢えて計算を省きます。 ? 六角材の角にアール(Ｒ)がある場合には、半径が小さくなったことになり、?の計算 での力の値が大きくなることになります。 ですから、初期記載条件での?に示す力であることを、充分に認識していてください。 因って、2474[N]となります。 時間が有ったら、作図にて30度60度直角三角形も、追記で記載する予定です。 因って、2474[N]以上となります。 実際は、喰い付きトルク異常も考慮し、２～３倍が適正と考えます。
お礼
回答いただきありがとうございます。 参考にさせていただきます。
クランプ力が殆ど必要ない場合もあれば、ある程度必要な場合もあります。 その判断条件は、メネジを転造する転造盤のラジアル方向剛性です。 逆には、メネジ加工時に、転造盤へラジアル方向荷重を掛けない、クランプ方法やクランプ力 でクランプする考え方で、設計するのが本来の設計構想でしょうね。 さて、六角材の2面を120度のヤゲンで規制しは、当然半径の長さ全部を規制している条件で、 クランプ方向の面も半径の長さ全部クランプする条件でしょうね。 そして、ヤゲンとクランプ方向は、120度＆120度＆120度の関係でしょうね。
私は、クランプ力はわかりませんが、六角材の寸法が判らないと、クランプ力は決まらないのではないでしょうか。
私は、クランプ力はわかりませんが、六角材の寸法が判らないと、クランプ力は決まらないのではないでしょうか。
お礼
回答いただきありがとうございます。 参考にさせていただきます。