モータプーリ軸穴の破損

Question

2.2kWモータでVベルト駆動している水ポンプの、
モータプーリの穴(キー使用）が破損しました。
赤い錆粉が発生し、プーリ側キー溝が広がってしまいました。
原因追求中ですが、
「キーを上から押す止めネジの緩み」が一因として挙げられています。
が、
キーがシャフトから抜け出た形跡はありません。
止めネジは単にキーの抜け防止の認識でしたので、
これは関係無いと思うのです。
極論を言えば、キーが抜け出ない構造ならば止めネジも不要なのではと思います。
如何でしょうか？

Answer

キー部分のみの止めねじでは、プーリを軸に固定する機能も兼ねているのでは、相当大きなトルクで止めねじを締付けていると推測します。これは、回転トルクとは別に、キー溝へ止めねじ締付けの応力が掛かり破損原因となります。<キー溝は、応力集中する形状なので、余計に> キーが抜けない構造であれば、 ★ キー上部の止めねじは、キーが躍るのを防止する程度であまり締付　けない<ナットを用いて、止めねじの緩み止めは確りと> ★ キーが軸にて固定していて、抜けない構造であれば、キー上部の　止めねじは廃止し、反対側に120°振り分けで2箇所止めねじを設け　プーリを固定する方が良いかも　 <破損したプーリに取付いていたキーの劣化が少ない事が条件ですが> 等を考慮して、再製作してみて下さい。それと、プーリが小さいのなら、鋳物から調質の鋼材へ材質変更するのも検討した方が良いでしょう。加工ができる、調質材です。

Answer

当方でも経験があります
ラック＆ピニオンでモーター軸を下向きにした走行台車で
モーターシャフトが破断しピニオンが落下しました
ピニオンとキーが落下しないようにシャフトにタップを開け厚ワッシャで
落下防止としていましたがシャフト破断までは想定していませんでした

破断部はキー溝のコーナー部から縦に割れたようになっていました
溝はかなり広がっていました

落下防止のワッシャが落ちてピニオンがだんだんずれていき破断したのか
キー溝がだんだん広がって破断　落下したのかはわかりませんでした
もしかするとシャフトにタップをたてた為それが破断を誘因したのかもしれません

適切な長さの締嵌めのキーを使用し　加工精度を管理するくらいしか対策できませんでした

Answer

プーリの材質は、何ですか？プーリ側キー溝コーナーとボス外形の差は、キーの幅寸法の1.5倍ありますか？<応力が集中する形状であるため> 止めねじは、2箇所ありますか？一方は、モータ軸に直にセット<プーリの抜け止め> キーの上の止めねじは、キーの抜け止めとキーのガタつき防止キーへの衝撃荷重負荷を多少軽減します

Answer

こんばんは。

すきま嵌めでは無いかと推察しますが、もしそうであれば、すきま嵌めが
キー磨耗の原因と思われます。
例えば、モーターの出力軸にカップリングをつけて、向かい合わせに
別の軸（以下駆動軸）をおいてカップリングでモーターと結合します。
同じ駆動軸にプーリーを取り付けて駆動しますと、駆動軸のカップリングと
プーリーの嵌めあい公差が全く同じでもプーリーのみが破損します。
かかっている軸トルクは同じ、違うのはプーリーのみに軸とは直角方向の
引っ張り力が働いている点です。これが何を意味するかと申しますと、
半回転で穴が軸のキー側に寄り、もう半回転で穴が軸のキーと反対側に
寄るわけです。回転を無視して考えた場合、軸トルクでキーとキー溝の壁が
押し付けられた状態で、嵌めあいの隙間分だけ往復運動をします。
例え１／１００の嵌めあい公差でも、繰り返すうちにキーないしキー溝が
磨耗します。
では、セットスクリューの存在は？と言う疑問が生じますが、実際に
ばらして見ますと、あって無きが如しで、くぼみ先なら丸く、とがり先なら
先端がキーに食い込んでしまっています。嵌めあいは面で荷重を受けるもの
であって、線や点ではいずれ無効になると思ったほうがいいと思います。
キーの軸方向への抜けは防げるとは思いますが。

軸トルクと、軸と直角方向からの引っ張りを同時に受けるプーリー、スプ
ロケットの嵌めあいは「締まり嵌め」を推奨します。
文面から受ける印象は、モーターの出力軸に直接プーリーを嵌めていら
っしゃるようなので、プーリーの孔径は軸径の－１／１００あたり、
１５０度くらいまでプーリーを暖めて焼嵌めをするのが良いように思い
ます。あまり欲張ると、モーターのベアリングのグリスが融けてしまう
とか、材種によっては焼き戻し脆性などの弊害が出ますので気を付けて
ください。

同じような件で散々な目に会いましたが、締まり嵌めにしてからは同じ
案件は出ていません。

参考になりましたら、幸いです。

Answer

プーリー穴に軸を圧入するぐらいの嵌め合いなら貴殿の論理は通用します

通常Ｈ７程度の嵌め合いでは緩み止めのねじは必要でしょう
ねじでキーの反対側を引張り上げて軸との固定をしっかりさせます。
テーパーキーも同じ理屈ですね
モーター軸は根元が若干太くなっています プーリーを根元までしっかり
押し込んで端面にねじ立てして厚いワッシャで押さえ込むのも有効

回転方向が一定でも負荷の変動や停止時に逆方向にトルクが掛かります
この繰返しでプーリーが回されて キーが痩せたりキー溝が広がります。

高精度・高剛性の取付はテーパーでの取り付けをお勧めします。

実際に内面研削盤の主軸モーター(この場合はﾘﾝｸﾞｺｰﾝ)で
同じ様な経験があります。
研削液が潤滑剤の役割をしてキーが細くキー穴が広がっていました。

組立ての際に 締まり嵌め を採用することはためらいがあります。

主眼は軸の回転方向の遊びが少しでも有るとトラブルに繋がる為
キーとキー溝の隙間を出来るだけ小さくして軸とプーリーをしっかり固定する事。

＞120度ずれた位置に軸を止めビスで押してる場合がありますが、
　同じ効果を狙ってると考えて良いでしょうか？

１箇所だけの固定では同軸に影響が出やすい為に３点で同心に近い所での
固定と締結力の強化を狙った物だと思います。

モータプーリ軸穴の破損

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