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シャーピンの設計について
2023/09/06 19:33
- シャーピンの設計について検討しています。ギヤードモーターの条件とシャーピンの材質から、シャーピンの径を決めたいのですが、破断力の計算方法が分かりません。ギヤードモーターの出力トルクだけで破断力を求めても良いのでしょうか？
- 予備としてショックモニターの使用を検討しています。また、シャーピンのノッチは60°の角度でつける予定です。
- ギヤードモーターのサービスファクターが1.8なので、破断力は出力トルクの1.5倍程度を考えています。シャーピンの取り付け位置は中心から離れていますが、単純にギヤードモーターの出力トルクで考えることができますか？
シャーピンの設計について
2007/09/05 13:16
現在過負荷による部品損傷を防ぐ為、シャーピンの設計を検討をしていますが、ケース的に初めての設計なのでおしえて下さい。
条件はギヤードモーター（出力トルク870N･m、329rpm）、シャーピン固定フランジ径（外径φ400mm、PCD320程度）、シャーピンの材質（S25CもしくはS30Cの焼きならし材）
このときのシャーピンの径を決めたいのですが、参考書によると
破断力F＝0.59×ｄ×ｄ×シャーピンの引張り強さ（例えばS25Cなら45kgf/mm）
と書かれていました。ここでの破断力は単純にギヤードモーターの出力トルクでいいのでしょうか？
私のイメージではギヤードモーターの出力軸からピンまでの距離が離れている（軸から160mm）のと、軸が回転体なので速度も関連して、破断力が変わってくるのかと思ってます。
単純な質問かもしれませんが、どなたかおしえて頂けませんか？？
宜しくお願い致します。
大変分かりやすい回答、迅速に答えて頂きありがとうございます。今回の設計にて予備として電気制御としてショックモニターの使用を予定しています。また参考書にもシャーピンのノッチについて書いてあったので、60°の角度でつけます。
また破断力については、ギヤードモーターのサービスファクターが1.8なので、ギヤードモーターの出力トルクの1.5倍程度を検討しています。この場合で、シャーピンの取付位置（PCD160）は軸の中心から離れていますが、シャーピンにかかるトルク（破断力）は単純にギヤードモーターの出力トルクで考えてよろしいのでしょうか？？
何度もすいませんが、おしえて下さい。宜しくお願い致します。
質問者が選んだベストアンサー
シャーピンの取り付け位置により、破断力は変わってきます。
引張り強さの単位はN/mm(kgf/mm)ではなくN/mm^2(kgf/mm^2)ですね。
>破断力F＝0.59×ｄ×ｄ×シャーピンの引張り強さ
上記式を満たすためにも破断力の単位がNになり、破断力=トルク(N･m)とはなりません。
今回の場合、設定トルクがモータ出力トルクの1.5倍とのことですので、
破断力=870N･m×1.5÷160mm
で、約816Nとなります。
桁を間違えてました。
破断力は約8156Nです。
トルクは、力と距離の積で表される量です。
同じトルクを得るためには、距離を半分にすると2倍の力が必要になります。
確かに、力だけを見ればてこの原理と同じです。
軸中心から距離が離れれば、より"小さい力"で同じトルクが得られると言うことです。
今回の場合、シャーピンの位置を軸中心に近づけるとより太いピンが必要になり、遠ざければ細いピンでもその役目を果たすということになります。
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その他の回答 （4件中 1～4件目)
4WDのウインチでシャーピン使ってました。ワイヤー負荷のショックですぐ切れました。ギヤーモータ側からの入力ではなくて、負荷側で。ピンはばね鋼を丸めたスプリングピンで 簡単にハンマーで打ち直して使ってました。これは野外でドライバが作業するために ツール袋にスプリングピンが入っていました。
お礼
2007/09/05 19:29
大変わかりやすい実例ありがとうございます。身近なところにシャーピンは使われてるんですね。
シャーピンの取付位置（PCD160）・・・PCD320だよね？
トルクだから軸芯からの距離は関係ないと思います。
＞シャーピンにかかるトルク（破断力）は単純にギヤードモーターの出力トルク？
設定トルクが1.5Ｘギヤードモーターの出力トルクで問題無いのであれば、
その設定トルクからせん断力を出して、破断するシャーピン断面積と本数を
決めると良いと思います。下記URLにもあるがせん断面をノッチ部に正確に
合わせれば、破壊はせん断だけを考慮すれば良いのですね
御蔭で私も、とっても勉強になりました。ありがとう御座います
お礼
2007/09/05 16:27
大変わかりやすい回答ありがとうございます。PCDは320です。シャーピンは材質を変えたもの、本数の予備を何本か準備しようと思います。
実際に折れるかどうかは試してみないと分からないところはあると思いますので、少ない本数、引張り強さの弱いもので、実際にテストした後に、決定しようと思います。
ありがとうございました。
昔、大型機械には良く使った経験がありますし、設計の記憶も残っている
破断力は、実際にシャーピンが破断する時の接線力を言うと思います。
つまり設定したいトルク：伝達トルク以上で部品損傷トルク以下の時に
シャーピンが身代わりになって間違いなく破断してくれないと意味が無い
理論値通りに行けば問題無いが、そうは上手く行かない場合が多い
したがって実際に何本かピンを用意し、実測して使用するのが間違いない
ここで注意して置きたいのは、シャーピン自体に切り欠き（Ｖノッチ）を
付けてました。そういう社内規格だったので別段、不思議にも思わなかった
しかし破断力F＝0.59×ｄ×ｄ×シャーピンの引張り強さについて考えると
π/4/（0.59）=1.33・・・これからは丸断面そのものだと予想されますね
何故ノッチを付けるのか：恐らくせん断力のみに限定する為の工夫と思う
最後にノッチの最小径を何種類か用意するのが、より効率的と思います
この手間が嫌なら、機械式保護装置で市販のトルクガードなどを使うとか、
電気式保護装置のショックリレー他を使うことになるでしょうが、何れも
大型に成ればなるほどコストが掛かりますので、難しいのでしょうね。
お礼
2007/09/05 15:24
大変分かりやすい回答、迅速に答えて頂きありがとうございます。今回の設計にて予備として電気制御としてショックモニターの使用を予定しています。また参考書にもシャーピンのノッチについて書いてあったので、60°の角度でつけます。
また破断力については、ギヤードモーターのサービスファクターが1.8なので、ギヤードモーターの出力トルクの1.5倍程度を検討しています。この場合で、シャーピンの取付位置（PCD160）は軸の中心から離れていますが、シャーピンにかかるトルク（破断力）は単純にギヤードモーターの出力トルクで考えてよろしいのでしょうか？？
何度もすいませんが、おしえて下さい。宜しくお願い致します。
お礼
2007/09/05 19:35
大変分かりやすい回答ありがとうございます。
軸からの距離が離れているところでは、クルマのハンドルみたいに、てこの原理と同じで、低トルクでギヤードモーターの出力トルクと同じトルクが伝えられるとゆうことで、宜しいんでしょうか？
お礼遅れてしまい、すいません。さらに回答していただきありがとうございました。
大変参考になり、助かりました。
投稿してみて良かったと思います。
この度はありがとうございました。