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S45Cのシャフトが破断します。サイズアップせずに強度アップしたい。
2023/09/06 16:34
- S45Cのシャフトが破断する問題について、サイズアップせずに強度アップする方法をアドバイスしてください。
- 現在稼働している設備の制約から、製造条件の改造は困難です。寸法を変えずに強度を向上させるための材質や熱処理の方法についてのアドバイスをお願いします。
- S45Cのシャフトが破断している問題に対して、寸法を変えずに強度をアップさせるための材質や熱処理の方法についてのアドバイスをお願いします。
S45Cのシャフトが破断します。サイズアップせず…
2007/12/21 10:12
S45Cのシャフトが破断します。サイズアップせずに強度アップしたい。
S45Cのシャフトが破断します。サイズアップせずに強度アップしたい。
材料の形状、使用条件
A：ｼｬﾌﾄ S45C-D 直径30ｍｍ長さ670ｍｍ熱処理なし。
B：ﾎﾞｽ SUS304 外径40ｍｍ内径30＋0.010－０長さ300
C：羽根 巾50厚さ9長さ150 ボスBに180℃位相を変え溶接。
使用目的：味噌orﾓﾙﾀﾙのような物を撹拌。Aの中央にB溶接。
過去の経過
AとBを開先を取り溶接後旋盤加工（ﾌﾚｰﾑが有り要段付き部90℃）
溶接部にて破断（溶接歪でｼｬﾌﾄのブレが発生が原因？）
溶接後ｼｬﾌﾄ部削り出し加工。⇒溶接部にて破断。
AとBを径8ｍｍの平行ﾋﾟﾝで固定後、ﾋﾟﾝとBを溶接
ﾋﾟﾝ貫通部にてｼｬﾌﾄ破断。（ﾋﾟﾝはABの芯を貫通）
⇒ﾋﾟﾝをABの芯をすらせて打ち込み手配中。・・・現在進行中
?今後の予定（上の時点で部下より私に相談が来た）
Bの両端約40ｍｍをH7にする。
ABを組立て8ｍｍのﾋﾟﾝを打つ。
分解しAに熱処理をする。（新造する為材質変更も可）
この熱処理と、材質変更に関してどうすればモアベターかアドバイスを頂きたい。又は?の案自体がベターかワースかもっと発想を変えた、良い案がないか？についてのご意見、ご助言もお願いします。
現在稼動している設備のため、製造（攪拌）条件の変わる改造は困難です。ご理解の上のアドバイスをお願い致します。
現状の穴径は、30ｍｍ+0.1-0ｍｍでした。記入間違いでした。
調査時間は（初めての質問で回答希望時間と）勘違いしてました。約60分です。
たくさんの回答を頂き感謝してます。回答時間に結構時間を使ってます。
破断面の写真の添付の仕方どなたか解りませんか？
寸法を変えずに、強度アップしたい。
材質、熱処理方法のプロの方、助けて下さい。
ＳＣＭで焼き入れ、焼きなまし？焼きならし？
が現状ではＢｅｓｔでしょうか？
Ｓ45Ｃ生材より、50％アップで実施判断します。
Ｓ45ＣをＨＲｃ45程度で高周波焼入れするとか・・・。
熱処理方法と材質についてのアドバイスをお願いします。
計算値は不要です。材質、熱処理について計算するには
データが不足と推定します。責任は勿論私が負います。
現場のプロの経験による、アドバイスをお願いします。
１月９日 ０時４５分記入
皆様、お正月を挟んで、多数のアドバイスありがとうございました。
ツクルさんの案で行きます。
1/23に回答を締め切らせて頂きます。ありがとうございました。
その他の回答 （21件中 11～15件目)
眠り人間 です。
使用温度が不明です。それと化学物質の問題が在るかも知れませんが
機械構造的接合ではなくて接着剤による方法はどうでしょうか？
金属用接着剤は各種出ておりますから選択可能と思います。
失礼かも知れませんがボス片側５ミリだとハメアイ寸法0.02を正確に
加工できているとは思えません。形状の不具合が起きていないでしょうか。
現場的に言うと軸とボスに方向によりガタが在るのではという事です。
ガタが有れば回転のたびに、かなりの衝撃力が軸にかかりますよね。
繰り返しの力により軸の破断が起きるのでは？
接着剤の使用に不安が有るのでしたら昔からの方法はどうでしょうか。
焼きばめ、冷やしばめですね。１００分台の加工差で固定します。
キーもピンも溶接も必要ありません。
強度ですが４０センチ砲などの砲身を作る時、内外の一体化にも使われた
という方法です。４６センチ砲の何重もの砲身も焼きばめによるものです。
これでも破断するなら。うーーー。材質変更でしょうかねえ・・・
私なら４０ミリのSUS-304の両端を３０ミリに加工します、そして攪拌羽根を溶接します。これが出来ない事情が在るので悩んでいるのでしょうが・・・
現状を数値解析するのは難しいのではないでしょうか？ それは力がかかった時のボス変形量、軸のたわみ、羽根にかかる力、溶接の影響などが複雑。
軸の破断を考える前にこのようなボスを正確に加工するにはかなり高度の
機械加工術が必要です。内径３０ミリ外形４０ミリで長さ３００ミリの
SUS-304ですから。0～0.1の範囲でまるく出来ているかも疑問です。また
S45Cは焼入れ材ですからこの溶接にも高度の熟練が必要です。溶接後の細かいひび割れが多数発生しているものと思います。今の構造を実現するには
３００ミリ全長でボス内径30.03～30.05に加工する、ゲージ２本で確認。
焼き入れ研磨29.99～30.01ぐらいのシャフトを購入して軸に使用する。
組み立ては金属用接着剤で300ミリ接触面全部を利用する。こうすればかなり
計算の出来る前提が整うのではないでしょうか。
部品製作はプロ中のプロでも本気を出す仕事。接着組み立てもプロの仕事。
こんな費用と苦労なら304で削りだし非常時の分解はプラズマ切断を業者に
依頼しますがねえ～。30ミリなら切断出来ると思います。
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解決しない場合、新しい質問の投稿をおすすめします。
度々、失礼します。
素人なりに考えたのですが材料工学のページにこんな事が
書かれてました
(1) 応力集中
丸棒や四角い板材などの単純な形状の部品であれば，部品の内部には一様な応力が加わる。しかし，部品に溝，穴，段違い部などがあると，局部的に高い応力が加わる。これを応力集中という。
応力集中を小さくするためには，大きな荷重が加わる部品に急激な形状変化を与えないことである。
つまりシャフトに穴を空けてはいけないらしいです。
(2) 繰り返し荷重
荷重の有無や強弱が繰り返されている場合，小さい荷重であっても部材が破損することがある。繰り返し荷重が加わる部材を設計する場合，材料の強度や性質について十分に検討しなければならない。
シャフトはSNCM630 最優秀強靭鋼。とありました後、Ｓ５５Ｃはトラックの車軸用とありました。シャフトの強度を上げるのは必須かと思いますが
そこは専門家の領域になりますので素人的には引張り強さのみで選択しております。
シャフト破断を防ぐにはシャフトに細工しない
ボスに何箇所かネジ穴をあけてボルトで締め付ける
キーがダメならボルト締めしか発想できませんでした
色々調べて勉強になりました。
お礼
2007/12/22 18:10
ありがとうございました。参考にさせて頂きます。いろんなアイデアが有りますね。
捕捉の条件から、トルクが未だ不明ですが両端支持なので参考URLの図と解釈
図は左側支点２に500kgfの荷重（恐らく鎖車での駆動と予想しました）を掛け
た場合のモノです。ネジリ応力18.9kg/mm2、相当曲げ37.7kg/mm2になるので
曲げによる応力の方の影響が大きい。S45C生材ならばコレでも壊れそうです
支点３が最も曲げとネジリが加わりますがココでの破壊は生じていないよう
なので、3-4中点にあるボス・羽部分が破壊するというのは応力集中か、溶接
の施工不良による熱影響で軸が脆くなったことでは無いか？と思われます
また、あるいは味噌には塩分が多く含まれていることから予想されるのは、
電蝕もある。ステンと鉄部が接触していると鉄部が一方的に著しく腐食します
これを防ぐには接触させないか、同じ材質同士にすることで解決できます
切れた破断面を良く見ることです。錆びはありませんか？縞模様はないか？
縞模様は疲れ限度から生じます。ある一点から壊れているようなら脆性破壊
現場検証なくして事件の真相には迫れません。破断面の画像を見たいですねぇ
お礼
2007/12/22 09:32
ありがとうございます。計算ソフト良いですね。
画像アップの方法不明です。データ会社に有り、休み明けに、部下に相談します。
こんにちは。
私は、設計者ではありませんが、
加工現場で働いているものからの意見として。
S45CとSUSを熔接することが問題ではと思います。
異種金属はうまく熔接されません。
シャフトをSUS304に変更してはどうでしょうか?
SUS同士での熔接の方が強度は上だと思います。
もしくはボスをS45Cにするかですね。
追加意見です。
ピン固定ではなく、キーは使えませんか?
キーであれば軸の中心を貫通しないため、
軸の強度を落とさないと思うのですが、いかがでしょう。
一案ですが、
ボス穴をワイヤーカットにてキー形状一体物で
切り出し加工してはいかがでしょうか？
コストは多少アップしますが、強度は確保できますよ。
色々と資料をあさってみましたが、
やはり、軸をSUS304に変更が良いのではと思います。
SUS自体は、引張り強さはS45Cとさほど変わらないようですし
SUS同士にすることで、熔接でのトラブルとか、
異種金属間の腐食の問題も解決でき良いのではと思います。
先に提案の、ボスのワイヤーカット加工ですが、
コスト的には、加工賃が１万円前後、
軸にキー溝加工、数千円といったところでしょうか。
キー溝幅8mmもあれば十分かと。
キー溝は、片側端からボス取り付け位置まで加工しておけば、
ボスをセットするのは簡単ですね。
固定にM6ぐらいのホローセットを2本入れればいいと思います。
SUSの軸にキー溝加工、ボス内径ワイヤー加工、
このような加工、よく加工してます。
たびたびすみません。
今思いついたのですが、B部品をボスにせず、
B部品両端にM27ねじ加工、口元に軸径インロー部10mm加工、
軸端にM27ねじ加工。
ねじは、回転方向を考慮し右ねじもしくは左ねじを決定。
B部品と軸をねじ込み組み立て。
これなら、ねじ部がねじ切れるまで行けますよ。
この場合、なぜ持たないのかを再度考えてみて…。
熔接、異種金属熔接のための不良とみます。
SUSとS45C、ひっついているようでひっついていない。
(原則異種金属は熔接ではひっつかない)
ピン固定、8mmのピンで、軸断面積が30％無くなってしまいます。
このピンに、ボスの荷重がすべてかかるわけで、
ピン破断前に軸がねじ切れているとみます。
よって、軸にボスを固定では、固定部に応力集中がかかりすぎ
保たないのではと考えます。(ボスを数個に分割も考えましたが)
ならば、ボスをやめて軸の一部にすることで強度アップするかと。
後は、軸との連結ですが、同心度を保つためにもインローは必要です。
M27*P3(並目ねじ) にて組み付けにより負荷に対して、ねじが締まるとインロー部段付き部にて摩擦力増加により、強度確保かと。
M27で弱いというのであれば、M30にて、軸先端が、B部品ねじ部奥に突き当たるようにし摩擦を確保、ではいかがでしょうか?(口元インロー)
お礼
2007/12/21 22:33
ありがとうございます。S45CとSUSを溶接するのは、おっしゃる通り不適切です。問題はパイ8ｍｍのピンが破断せず、パイ35mmmのシャフトが破断している。という事実です。シャフトとボスをS45Cにして、強度アップを図るという貴殿の意見に、私は賛成です。試してみたいと思います。流石現場の意見です。踊る大捜査線と一緒です。『問題は現場で起きているんだ！！会議室で起きているんじゃネエ！！）貴重なご意見ありがとうございます。回答受付けは、継続させて頂きます。ご了解下さい。
ありがとうございます。キー締結はモアベターですが、片肉5mm（外形40ｍｍ内径30ｍｍ）自信が有りません。が、汎用のキーではなく、どちらかといえば、特殊キーなら可能性があります。調べてみます。回答受付は継続させて頂きます。ご了解下さい。 私信ですが野口君見てますか？
ありがとうございます。特殊キーは軸もボスもキーも特殊となり不経済ですので見送らせて頂きます。
初志貫徹 『サイズアップせずに、強度アップ』 ご了解下さい。
重ね重ねありがとうございます。私よりも真剣に考えて頂いてるみたいです。
口元に軸径インロー部10mm加工、・・・小憎い現場の妙手ですね。
下のほうにあり気付くのが遅れ、。お礼が遅くなり失礼しました。
細目ネジにして、谷の径24ｍｍくらいですか？
インロー段付き加工部での応力集中が有り、パイ30での溶接：最初の条件
に比べると（私の力量では計算不能で直感ですが）弱いような気がします。
これ（私の直感）には反論、ご助言等有ると思います。よろしくお願いします。
ありがとうございます。 削り出しについては、上方のアイデアに回答していますので、恐れ入りますが見てください。
組立式のシャフトは、もし折れた際の分解再組立に時間がかかりそうですね。
私としては、サイズを変えずにに材質及び熱処理にて現状の50％アップになればGO!と思ってますが、熱処理で脆くなる恐れが有る為、
熱処理屋さんからの回答が、頂けないのかな？とも思っています。
【現状】S45C-Dで熱処理なし ⇒ 引張強さ；570N/mm2以上、降伏点；345N/mm2
というのは、大きな間違いだと思いまが。。。熱処理なしのS45Cというのは、
ミルシート上でROLLEDつまり圧延した素材のままであるから、組織が粗大化し
た個所があっても仕方ない。従い上記機械的性質も得られるとは全く思えない
まづ現状の荷重条件が知りたい（材質を上げるのは最後の手段にしたい）
何kwのモーターで減速比が幾らで、先端は自由なのか支点端なのか。。。
つまり軸にはネジリと曲げの両方が働く状況なのか判れば設計検討可能です
もし片持ちならば、ネジリ怖さというのも考えなければなりません。
基本設計が出来ていれば応用は利くしバリエーションも自在になるでしょう
恐らく内容物の粘土が高いので相当なネジリと曲げが掛かるのでしょうねー
下記回答にあるように羽根の形状がモロに軸に掛かる構造なのも問題と思う
粘度が高いならそれなりの工夫がだと思います。味噌 攪拌機で検索すると
殆どは底に攪拌軸があり羽根も工夫があるようだし、支点距離も短いですね
お礼
2007/12/21 21:49
ありがとうございます。両端支持です。幅約450mm。ピローブロックで受けています。中央にボスと羽根が有るとしてアドバイス下さい。この条件で、寸法変更せずに、形状変更を最小限にして（製造条件が変わる為）強度アップ（破断しない）を目指しています。加重条件は（私のレベルでは）測定不能です。解っているのは約1ヶ月で破断する。事だけです。私のレベルの低さをご理解いただけます様お願いします。
お礼
2007/12/25 18:17
ありがとうございます。現状の、軸はｈ7です。穴は+0.1ｍｍ－0mmの公差です。
パイ35ｍｍの軸よりも強い接着剤を思いつきません。
温度は50℃以下です。ﾍﾟｰﾊｰ７位の中性です。
ありがとうございます。ヤキバメはボスの長さが長さだけに（両端のみ焼ばめとしても）自信が有りません・・・。
削り出しですが、段付き部はR-0.5程度です。今までの方法、溶接及びパイ８平行ピンと比べて、
何％くらい強度アップとなるのか教えて頂けませんでしょうか？
材質はSUSは万が一の分解の際、ガス切断し難いので、見送りたいのが本音です。
ありがとうございます。テスト候補 No1号にさせて頂きます。
ところで、SUS304とS45Cの削り出し（ボスBを止め、パイ40から削り出す）では、どちらが強度が強いか？ご存知の方居られませんか？
私は（直感、データなし） S45Cが強そうに思います。