軸とは何ですか?
シャフトは基本的に機械の回転部品であり、円形の断面を持ち、ある部品から別の部品へ、または発電機から動力吸収機へ動力を伝達するために使用されます。 動力を伝達するには、シャフトの一端が動力源に接続され、もう一端が機械に接続されます。 シャフトは必要に応じて中実または中空にすることができ、中空シャフトは重量の軽減に役立ち、利点が得られます。
軸の概要
シャフトは機械に使用される非常に重要な要素の一つです。 プーリーやギアなどの回転部品を支持するために使用されます。 これらは、剛性の高い機械ケーシング内にあるベアリングによって支持されています。 シャフトに配置されたギアとプーリーは、動きの伝達に役立ちます。
他の多くの回転要素がシャフトに固定されています。 シャフトは、支持する部材の反力や動力伝達により発生するトルクにより、曲げモーメントやねじれを受けます。
シャフトは常に円形の断面を持ち、中空または中実の場合があります。 シャフトはクランクシャフト、リニアシャフト、関節シャフト、またはフレキシブルシャフトに分類できますが、通常はリニアシャフトが動力の伝達に使用されます。
シャフトは通常、長さ全体にわたって異なる直径を持つように急勾配の円筒ロッドとして設計されますが、一定の直径を持つシャフトの製造は簡単です。
段付きシャフトの応力の大きさは長さによって異なります。 直径が均一なシャフトは分解、組み立て、メンテナンスには適しておらず、シャフトに取り付けられた部品、特にベアリングを固定する際に複雑さが生じます。
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シャフトタイプ
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トランスミッションシャフト
これらのシャフトは、ある動力源と動力を吸収する別の機械との間で動力を伝達するために使用される段付きシャフトです。 シャフトギヤ、ハブ、プーリなどの段差部に取り付けて運動を伝達します。
例: オーバーヘッド シャフト、スプール、カウンターシャフト、およびすべての工場出荷時のシャフト。
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機械軸
これらの軸はアセンブリ内にあり、機械の不可欠な部分です。
例: 車のエンジンのクランクシャフトは機械のシャフトです。
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車軸
これらのシャフトは、ベアリングを備えたハウジングに取り付けられるホイールなどの回転要素を支持しますが、シャフトは非回転要素です。 これらは主に自動車に使用されます。
例: 車の車軸。
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スピンドル
これらは、ツールまたは作業スペースを収容する機械の回転部品です。 機械に使用される短いシャフトです。
例: 旋盤の主軸。
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シャフト材質
通常、シャフトに使用される材料は軟鋼です。 高強度が必要な場合には、ニッケルクロム鋼、ニッケル鋼、クロムバナジウム鋼などの合金鋼が使用されます。 これらは、熱間圧延、冷間引抜きおよび研削によって形成されます。 従来のシャフトに通常使用される材質は、50C12、50C4、45C8、40C8 グレードの炭素鋼です。
シャフトに使用される材料は次の特性を備えている必要があります。
材料は高い強度を持っている必要があります。
材料は高い耐摩耗性を備えている必要があります。
材料には熱処理特性が必要です。
材料は良好な機械的特性を備えている必要があります。
材料はノッチ感度が低い必要があります。
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シャフトの標準サイズ
機械軸
0.5 mm ステップで最大 25 mm。
トランスミッションシャフト
シャフトの標準サイズ - ステップ長さ;
25mmから60mm-5mmのステップ長。
60mmから100mm-10mmのステップ長。
110mmから140mm-15mmのステップ長。
140mm ～ 500mm - 20mm ステップ。
機械軸は標準サイズで 25 mm まで 5 mm 刻みでご利用いただけます。 シャフトの場合、標準の長さは5m、6m、7mですが、一般的には1m〜2mかかります。
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シャフトの応力
シャフトに生じる応力は次のとおりです。
トルク伝達によるせん断応力（ねじり荷重によるトルク）。
プーリーやギアなどの機械要素に作用する力やシャフトの自重による、本質的に圧縮または引張の曲げ応力。
曲げ荷重とねじり荷重によって生じる複合応力。
設計応力の最大許容せん断応力は次のとおりです。
1. シャフトは56000kN/m2であり、キー溝の余裕があります。
2. シャフトはキー溝代なしで42000kN/m2です。
最大許容曲げ応力は次のとおりです。
1. シャフトは112000kN/m2であり、キー溝の余裕があります。
2. シャフトはキー溝代なしで84000kN/m2です。
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シャフトの製造
シャフトは熱間圧延プロセスを使用して製造されます。 熱間圧延に比べて冷間圧延の方がシャフトの強度は高くなりますが、冷間圧延では残留応力が大きくなり、加工中にシャフトが変形してしまいます。 鍛造プロセスは、より大きな直径のシャフトを作成するために使用されます。
転造終了後、シャフトの端部を加工し、シャフトの一端を検査機に取り付け、シャフトの他端を旋盤のタレットで支持する。 シャフトの仕上げは、ツールをツールホルダーで固定し、電源を入れるとチャックがシャフトを回転させます。
ダイヤルインジケータは、加工前に軸の同心度を確認したり、目的に応じて旋削、正面削り、溝入れ、テーパ旋削などのさまざまな作業を行うために使用されます。 大量生産の CNC およびその他のアプリケーションは、最終機械加工プロセスに最適です。 工具の回転と治具の間に軸を固定した CNC 両頭機械で加工することもできます。
同心性と真円度を実現するには、回転工具が中心線上で互いに向き合う必要があります。 ドライブ シャフトとモーターは、多くの場合、このプロセスを使用して製造されます。
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シャフトドライブ
シャフトは動力伝達に使用されることがわかっているため、動力伝達の計算に使用される式は P=2πnT/60 です。 このうち、P は送信電力 (W) です。 n は毎分回転数 (rpm) です。 T はトルク (N・m) です。
さまざまなアプリケーションの軸速度:
1.機械：100〜200;
2. 木工機械: 250~700;
3. 繊維産業: 300~800;
4. 軽機械工場: 150~300;
5.補助シャフト：200〜600。
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シャフト設計
シャフトは、異なる荷重の考慮事項に基づいて、2 つの異なるプロセスを通じて設計できます。
1. 強度に基づいたシャフト設計 ドライブ シャフトは通常、曲げモーメント、トルク、軸方向の引っ張り、およびそれらの組み合わせの影響を受けやすくなります。 通常、ベアリングにはねじり応力と曲げ応力の組み合わせが負荷されます。
軸受引張応力:
引張応力=P/A
このうち、A=(π/4)xD2、Dはシャフトの直径(mm)です。
ベアリング曲げモーメント:
曲げ応力=(MbxY)/I
その中には、Mb=の曲げモーメントがあります。 Y=D/2、D は直径です。 I=慣性モーメント=(πxD4)/64
ベアリングトルク:
ねじり応力=MtxR/J
その中には、=山がねじれる瞬間がありました。 R=D/2、D は直径です。 J=極慣性モーメント=(πxD4)/32
2. 剛性を重視したシャフト設計
ドライブシャフトは、シャフトが過度にねじれない場合、ねじり剛性に基づいて剛性があると言われます。
{山/J}={(Gxθ)/L}
その中で、N での Mt=のトルク mm; J=極慣性モーメント=(πxD4)/32; D=シャフトの直径 (mm); θ=ねじれ角; G=剛性係数 N/mm2。
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シャフトのメリットとデメリット
シャフトのメリット
行き詰まる可能性は低くなります。
チェーンシステムよりもメンテナンスの必要が少なくなります。
高いねじり強度を持っています。
極慣性モーメントの値が高くなります。
それらは非常に強力で、失敗する可能性はほとんどありません。
中空シャフトは内部形状が中空であるため、必要な材料が少なくて済みます。
同じトルク伝達値の場合、中空シャフトは中実シャフトよりも軽量です。
回転半径が非常に大きいです。
シャフトのデメリット
疎結合により電力損失が発生します。
回転すると振動します。
それらは一定のノイズを生成します。
製造コストとメンテナンスコストが高くなります。
製造が難しい。
軸の速度を変更するのは簡単ではありません。
機械的な問題による長いダウンタイム。
オーバーヘッドシャフト上の油滴。
エラストマーカップリング (板バネカップリングなど) を使用すると、シャフト間の速度損失が発生する可能性があります。
シャフトが故障すると修理に多大な時間がかかります。
