ローラーにかかる衝撃荷重

Question

鋳物製品の反転作業におけるﾌﾘｰﾛｰﾗｰ1本あたりにかかる衝撃荷重を求めたいのですが、どう算出したらいいか困っています。
条件は、下記の内容です。

製品･･･鋳鉄FC
ｻｲｽﾞ･･･L550mm×W400mm×H70mm(箱型※重心は偏りあり)
重量･･･40kg
ﾛｰﾗｰ･･･Φ60.5(ｽｹｼﾞｭｰﾙ管)、ﾛｰﾗｰﾋﾟｯﾁ75、ﾛｰﾗｰ本体両端内部にﾍﾞｱﾘﾝｸﾞ内蔵(6304)

反転方法･･･L550･H70の面を下にしﾛｰﾗｰ上に立てた状態で､L550･W400の面がﾛｰﾗｰに接触するよう反転(80°反転)→製品の自重で反転落下
           ※算出が困難な場合は､単純にﾛｰﾗｰ面より400の高さからL550･W400の面を下にし､垂直に落下させた形でもOKです｡

補足･･･ﾌﾘｰﾛｰﾗｰを改造更新する計画があり､現在は上記条件のﾛｰﾗｰ軸(Φ20)固定ﾀｲﾌﾟであり､製品反転作業による衝撃によりﾛｰﾗｰﾌﾚｰﾑ摩耗､ﾛｰﾗｰ軸摩耗が問題となっています｡今回､ﾛｰﾗｰをﾑｸ(Φ80､ﾋﾟｯﾁ85)の削り出し仕様にし､またﾛｰﾗｰｻｲﾄﾞでﾋﾟﾛ受け(UCP205)で考えています｡現状と改造の比較として､現在の衝撃荷重に対するﾛｰﾗｰの耐久性を算出する必要があるため､相談させて頂きました｡

Answer

難しい計算は他回答者におまかせして、
実際にいままでボールベアリング６３０４を使いローラーで受けているが
フレームと軸摩耗が問題で、作り変えるということなので
摩耗をどうにかすればいいわけですね。

UCP205は軸径25ですが、中に入っているベアリングは6205相当です。
定格荷重は6304のほうが若干大きいので、UCP305のほうがいいはずです。

ローラー軸の摩耗はフレコロではないかと推測しています。赤茶のサビが出てませんか？
フレコロであれば軸とベアリングのハメアイをしまりばめにします。
フレームも摩耗しているようなのでピローブロックの取り付け部分の肉厚を
取り付けボルト径の２倍程度にすれば居間よりは改善されるはずです。

Answer

（フリー）ローラーは、
★ ベアリング ⇒ 焼きが入っている材質で、堅くて脆い（衝撃に弱い）
★ ローラー⇒表面の耐磨耗性を上げるために、焼入れや硬質クロム鍍金
　　　　　　 等をしていて、衝撃には弱い
　　　　　　 また、軽量化等目的でパイプ仕様が多いので、衝撃に対し
　　　　　　 凹み不具合が発生し易い
なので、ローラーのピッチ間に、製品落下エネルギーを吸収する緩衝機構
（ダンパーの様な物）を設置した方が良いと考えます。

以下が、衝撃のサイトです。
http://www.terrabyte.co.jp/gatten/article_dyna.htm
http://www.terrabyte.co.jp/gatten/article_dyna2.htm
http://www.terrabyte.co.jp/gatten/article_dyna3.htm
や、
http://www.jtmcorp.co.jp/yomoyama/09.html
http://www.jtmcorp.co.jp/yomoyama/09.html
簡単に、考えても
製品である重量40kgの鋳鉄FCが、落下してフリーローラーの到達する速度
を求め、40kg×速度で運動エネルギーを求めます。
そして、前述のサイト資料データで、衝撃時間が1.0msec（0.001sec）と
なっているが、フリーローラーの撓みでのエネルギー吸収を考慮すると、
10msecが妥当かな？すると、10msecで動く距離と10msecで割ると、衝撃力
が求まります。1secの1/100が10msecなので、100倍落下距離が短いと
100倍×0.01mなら1倍の40kgが新たに加わる。30mmなら120kgで120kg＋40kg
＝160kgが乱暴で大まかな計算では加わります。

以下で、製品がフリーローラーに落下する速度や距離を求めて下さい。
http://laboratory.sub.jp/phy/01.html

Answer

回答2の補足質問にお答えします。400×70の面から見て，角を中心に回転する場合と考えてよろしいか。実際は摩擦や質量中心における回転慣性が影響するので，単純ではありません。ひとつの目安として回答2と同様に考えて見ます。角を中心とすると中心点の最大距離（高さ）は203mmであり，回転後の中心点高さは35mmです。つまりその差168mmの自然落下に置き換えることができます。同様の計算で衝撃力は最大で730N位になり，先の400mm落下の65％位です。
厳密には回転慣性を考慮すべきですので，倒す際の初速等考慮すべきです。

Answer

弾性衝突の考え方で概算できます。質量m＝40kgを400mm自然落下させると接地時にV=√2gh＝2.8m/ｓの速度となります。このときの運動量はmV＝112kgm･ｓ(N･ｓ)と計算できます。衝突時の静止時間Δtは受圧部（ここではローラー）の剛性で決まりますが,一般機械ではΔt＝0.1～1秒位で見積もります。
すなわち衝撃力fはf＝mVΔｔ＝112～1120 Nとなります。したがって衝撃力は最大で質量の3倍程度は考慮しておいた方が良いと思います。緩衝体を用いてΔｔを大きくする考慮も有効です。

Answer

実際の機械の設計仕様書のように、使用頻度や使用環境などを明記した方が
良回答を得られると思う。改造する前に、衝撃を緩和させる方法は無いですか
所謂、緩衝装置かな。強度upしても所詮、コストと寿命の天秤になると思うし
最後に「現状のラジアル許容荷重で以前の*倍になります」ではダメですか?

緩衝装置を付けるとし↓URLのショックダンパー簡易選定などを利用すれば
現状の構造でも行けるような気がします（構造が判らないので自信なし）
ゲル状の緩衝材に、たまごを落としても割れないＣＭを想定していますが。。

http://tem.tsubaki-emerson.co.jp/products/selection/dp/vertical_freefall.htm

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