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高温炉を通るローラーチェインの設計における金属軸受けと軸の隙間の考慮
2023/09/06 21:20
- 高温炉を通るローラーチェインの設計において、金属軸受けと軸の隙間の問題が生じています。
- 設計者は、常温時と高温時の隙間を考慮し、金属軸受け材と軸材の熱膨張係数の差に基づいて隙間を設定していますが、客先からは異なる見解が提示されました。
- 客先の指摘によると、軸受けの内径は熱膨張により縮むため、設計者の方法では適切ではないとされています。設計者はこの点について調査を行っています。
金属軸受けと軸の隙間(高温時)
2009/02/26 13:52
高温炉(350℃)を通るローラーチェインの設計を行っております。
下記の条件のローラーチェインにおいて、通常、常温時の金属軸受けと軸との隙間を設定し、350℃時には、軸受け材と軸材との線膨張係数の差だけ隙間が変化すると考え、350℃時でも隙間ができるように設計しております。
しかしながら、先般、客先のローラーチェインに詳しい方より、「350℃時には、軸は熱膨張で大きくなる、軸受けの内径は熱膨張分だけ縮む」から小職の設計では駄目だとの指摘を受けました。
実際にそのようなこと(軸受けの内径が熱により縮む)はあるのでしょうか。
元々チェイン会社の設計におられた方らしく、無闇に反論することもできず困っております。
仕様
金属軸受け材質：SUS440C(SUS304のリンクプレートに圧入)
金属軸受け内径(常温)：15.03－15.08mm(リンクプレート圧入後寸法)
軸材質：SUS420J2
軸外径(常温)：14.9-14.95mm
リンクプレート穴径：22mm
常温時隙間：0.08-0.18mm
温度条件：350℃(機械全体が炉の中を走行するため、軸受け/軸に温度差なし)
また、客先の方の見解は以下の通りです。
常温時隙間＝必要最小隙間+軸受け内径縮小分+軸外径膨張分
リンクプレート穴の縮小分×0.6
ここで、
穴の縮小分=穴径×線膨張係数×温度変化分
長々と書きましたが、よろしくお願いします。
その他の回答 （9件中 6～9件目)
私も客先の意見に賛成です。
四角のﾌﾞﾛｯｸを加熱すると全体が膨張します、これは理解できると思います。それに穴が開いていると同じ状況です。
この場合、穴などが無いから、外にしか伸びれない。
外周も熱により伸びようとしますが、内径部分も熱により伸びます。
しかし外側にﾌﾞﾛｯｸのボディが有る為に、伸びは内側に働きます。
従って穴は小さくなります。
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縮まると言う事はないと思いますよ。
詳しい事は判りませんが、あなたが言っている事を設備メーカから聞いたことはあります。
(通常ベアリングと耐熱ベアリングの差は温度による膨張分だけ中のクリアランスが大きくなっている。あとは耐熱グリースを使っているかどうか・・・と)
また、よくベアリングがシャフトから抜けない時や入れにくいときに、バーナであぶって入れますよね。
これは、ベアリング側の内径を大きくして抜けやすくしてるのですから・・・
この説明で納得いくんじゃないですか？
殆どの現場(PM)関係の技術者はバーナでのあぶりを経験していると思いますし、みんながそれをやっている事自体が、検証と言う事ではないですか。
お礼
2009/02/26 18:01
回答ありがとうございます。
焼きばめ等の実例で説明したのですが、根拠等を仰られないまま
とにかく縮まるの一点張りでして。
また、－20℃と20℃でローラーリンクの穴径を測定し、わずかながら
20℃の方が穴径が拡がっていることを検証したのですが、それでも
納得いただけず、相変わらず縮まるの一点張りでして困っていた
次第です。
ステンレスチェーンなら特別に作らなくても市販品で400℃までＯＫです。
お礼
2009/02/26 17:52
アドバイスありがとうございます。
材質・精度等との絡みもありまして、市販のチェインの使用は難しく、
新規設計している次第です。
お礼
2009/02/26 18:18
外側が拘束されている場合、貴殿の仰るように内側に膨張し、
結果として内径が小さくなります。これは小職も理解できます。
金属のローラに樹脂のブッシュを入れた場合なども似たような
現象になることはあります。
リンクプレートの外側の温度が変化せず、ブッシュだけが熱を
持った場合も、ある程度外側が拘束されますため、ブッシュが内側に
膨張することもあると考えます。
ただ、今回の場合、外側は拘束されていませんし、また、すべての部品で
温度差もほとんどないのです。したがい、すべての部品が膨張し、外に
拡がっていくというのが小職の考えなのですが。
また、計算式もいただいたのですが、そこには、穴は
内径×線膨張係数×温度差だけ縮むととなっておりました。
外側が拘束され、内側に膨張する場合、膨張するのは金属部分ですから、
(外径－内径)×線膨張係数×温度差になると考えます。
この部分も、小職の理解を苦しめている部分であります。
この点につきましても、アドバイスいただけると幸いです。