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耐圧容器の計算について
2023/10/14 11:34
- 耐圧容器の計算について解説します。コップ状の容器にキャップで蓋をし、水圧を考慮した計算を行います。
- コップの内径や水圧から容器にかかる水圧を計算し、さらにネジ部のせん断加重についても考慮します。
- 材質や肉厚によって安全なネジ山の数を判断するため、耐圧容器の計算方法について説明します。初心者の方でも理解しやすく解説しています。
耐圧容器の計算について
2005/05/31 11:29
コップ状の容器の開口部にキャップで蓋をします。キャップの中心部及ぶコップのそこには開口部がありそこから水は流入、流出します。水圧は10kg/平方センチとし、コップ及びキャップ部にはM90x2のネジで勘合します。
コップの内径をΦ77.4mmとした場合、容器には表面積x圧力より47平方センチx10kg/平方センチ=470kgの水圧がかかります。
ネジ山が3.5山かかった場合のネジ部のせん断加重はいくらになるでしょうか。
また、3.5山で安全でしょうか。
せん断荷重と水圧との関係、単位換算がよくわかりません。
初心者で申しわけありません。
宜しくお願いします。
材質はABS、肉厚5mmです。
回答 (1件中 1~1件目)
容器から流体が流入、流出するのですから水圧はまんべんなく内部に
10kgf/cm^2で満されているものと判断できます。
コップとキャップの関係がよくわかりませんが、普通の瓶のように
ねじ径が注ぎ口の蓋と同径であれば、ねじにかかる水圧はねじの外径
の断面積に相当する面にねじに対してせん断力が働きます。
(9/2)^2*3.14*10 kgfのせん断力がねじに作用します。
ねじ面の強度は普通接触面圧力(σ)で計算します。
仮にねじ山の数をnとしたとき
σ=W/(n*(3.14/4)*(d2^2-d1^2)
d2:ねじ外径
d1:ねじ内径
材料が軟鋼,締付け用の場合 400kgf/cm^2以下であるように
すれば必要ねじ山数が求まります。
但し,材料がABSですからその接触面圧力を文献で探して計算すれば
いいでしょう。接触面圧力のデータが見つからない場合は引っ張り強さ
の1/4の数値を当てはめれば間違いありません。4は安全率。
参考:機械設計製図便覧(理工学社発行)
ねじ面ではなく容器の引っ張り強度については
σ1=W1/((3.14/4)*(d3^2-d4^2))
σ1:引っ張り応力
d3:容器外径
d4:容器内径
W1=(d4/2)^2*3.14*10 (kgf)
尚、圧力容器なので厳密には有限要素解析で検証することが必要です。
参考URLを掲げておきます。
計算数値はそちらでご確認ください。
安全率は定数で単位はつきません。
単位は当方の提示した式をよく眺めてください。
もし、ねじ山数 n=1 となった場合は実際には
最低3山をとってください。
(学校の題目とは違いますので)
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お礼
2005/06/01 11:31
ありがとうございました。大変参考になりました。
数値を当てはめますと以下でよろしいでしょうか。
(9/2)^2*3.14*10 =635kgf=W
σ=W/(n*(3.14/4)*(d2^2-d1^2)
=635/(n*0.785*(81-76))
d2:ねじ外径 9cm
d1:ねじ内径 8.735cm
安全率4としてσ=w/4=635/4=158(この考えでよろしいでしょうか)
よって
158=635/3.9n
n=1(山)
でよろしいのでしょうか。
Wの1/4(安全率)をσするとのことですがこの場合単位が異なる
(W:kgf 、 σ:kgf/cm^2)のですが、ここは無視するのでしょうか。