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軸の設計について
2023/10/19 14:28
- 軸の設計についての質問。想定するべき荷重は最悪の場合、モータ最大トルクをギアピッチ円半径で割った荷重の2倍と考えられるか。
- ハウジングもギアもプラスチックで、軸は場合により真鍮。サイズは弁当箱ぐらい。同様の機構の設計経験のある方からの教授をお願いします。
- モータ駆動の機構停止についての意見も大歓迎。軸の強度計算についてもご意見をいただければ幸いです。
軸の設計について
2016/08/04 16:54
軸の設計について、軸にかかる想定するべき荷重についての質問です。
機構は、モータ駆動で、ギア列の先（非駆動側）のメカストップで強制的に駆動をストップさせる機構です。
この場合、件のギアの軸にかかる荷重は、最悪（誤動作的なものも考えた場合）の場合、モータ最大トルクをギアピッチ円半径で割った荷重の２倍と考えて良いのでしょうか。衝撃荷重でしょうから、安全率がなんぼという話は別として。
小生の設計しているものは、ハウジングもギアもプラスチック、軸が場合により真鍮、サイズは弁当箱ぐらいです。
サイズと材質が違っても、考え方は同じだと思いますので、似た機構の設計経験のある方のご教授をよろしくお願いいたします。
実は、こういう考えの及ばない荷重がかかっただとかのご経験も教えていただくと助かります。
補足です。
件のギアはギア列中のギアであり、その噛合い位置は、駆動、非駆動側のギアがちょうど真反対側、（１８０°）であるとします。
更に、追記させていただきます。
皆さまのご経験上で、「そもそも、モータ駆動などの機構停止をメカストップで強制的にするなんてしないんだよなあ、なぜならこうなってしまうから。だから、軸の強度計算として最悪なのはこれこれの計算をします。」
等といった、ご意見などもありましたら、大変参考になりますのでご教授願います。
回答 （25件中 16～20件目)
>>書き出すときりがありませんので
３Dで設計し
レポートを添付するのが
一番だと思います
https://www.youtube.com/watch?v=KWkjgAl5Neg
ロシア語？
https://www.youtube.com/watch?v=yQ1Io1MDG5M
英語？聞き取りにくい
結局金だぁ
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この質問は投稿から一年以上経過しています。
解決しない場合、新しい質問の投稿をおすすめします。
前出では、モータが暴走してメカストップに追突して停止しても、ボールねじ等のシャフトは、
軸受から抜けたり、ガタになり（0.1mm程度の）精度が保てなくなるような設計はしないし、
そのようなスペックの産業機械はあまりない事を説明しました。
再出では、iwanaiこと岩魚内の性格が良く出ている記載をして、混乱させている内容に対して
記載をします。
“メカストップで強制的に駆動をストップさせる機構”は、モータに対しては作用ではなく
反作用の力（負荷の慣性力をメカストッパーで停止させ、その衝撃力がモータに戻ってくる）
がモータ出力軸から入ってくると考えてください。
ブレーキ付きのモータで、既にブレーキが掛かっている場合、ブレーキトルクより大きな
力が、モータ出力軸より戻ってきた場合には、ブレーキパッドが滑り、ブレーキトルクより
大きな力は基本的にはモータ軸、減速機、伝達歯車には掛かりません。
（ブレーキパッドが発熱しての弊害はあるかもしてませんが、瞬時であれば問題なく、
連続使用の場合は1時間の定格発熱量を計算するか、実際にテストして確認し、連続運転
が可能か否かを確認する必要がありますが、この内容等が暴走対応との違いです）
モータが電磁力で回転している場合は、モータの起動トルクで保持され回転していますので、
それより大きな力がモータ出力軸より戻ってきた場合には、ブレーキの場合と同様になり、
起動トルクより大きな力はモータが保持できません。
回転子が滑り、一時的には発電機になると考えます。
以上から、モータの起動トルクやサーボモータの瞬時最大トルクの2～3倍は、
片振りか両振りの繰返し荷重（疲労強度）に由来した値です。
樹脂製の歯車であっても、安全率をみての許容トルクであり、シャフトやその他も同様の
許容強度であるので、2～3倍が妥当との判断です。
iwanaiこと岩魚内は、設計初心者への安全率＆許容荷重の解り易い説明では、
疲労強度での計算では12倍カレーは辛過ぎると。
http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/design/ch02/ch02_01.html
（ ↑ 表2.1 安全率の目安）
http://kousyoudesignco.dip.jp/ZAIRIKI4.html
（ ↑ 許容応力と安全率）
そして、今回のモータ出力軸からの反力が、モータトルクの数倍保持できるとの見解。
だから、No.43815 必要トルク
http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=309920&event=QE0004
の回答（２）のような記載をするんだ。
iwanaiこと岩魚内のモータ関連機械工学記載は、信じないように。
波動を理解せよ。
荷重の２倍
衝撃荷重
ふたつのコトバ尻だけについての蛇足
２倍なんて物を静かに置くだけで掛かります。資料の［急速荷重による応力は静止荷重の２倍］
衝撃応力とは静止荷重の何倍も半端ない。
＜例題2.17＞
0.2ｍ落として166倍
上記のような直線運動の衝撃停止は珍しくないが、エンドレスの回転運動では逆に起こし難くブレーキ的な緩やかな停止となり、従って衝撃を意識する場面は少ないと思います。
過去ログを紹介
No.39241「静加重と衝撃荷重でのたわみ量の違い」↓URL
その中で、回答（6）投稿者： 岩魚内 氏が、静荷重と動荷重についての文献
を紹介されていますが、これは、ひずみエネルギーの対象がたわみですが今回
のは、ねじりによるせん断たわみと、梁のたわみの合成エネルギーになるかも
回答（6）キタ・・・でてこなくてもよかです・・・昔の自慢話は聞きたくない
ハードの話はソフトの話に逸す？簡単な話を小難しく話すのは正にアポダ流ぅ
なぜにエネルギーにツッコまないのかねぇ？寂しいかな只の目立ちたがりかぁ。
ちなみに回答(6)氏が良く使い回す「カスチリアーノの第2定理」も同じように
運動エネルギーが仕事≒ひずみエネルギーに等しいことから導かれている。
まぁ御本尊？さまは知ったかぶり爺なので中身までは知らないに決まっとるｗ
＞100kgfx3=300kgfで作ったら
壊れにくくなった ＋ コストは上がった
・・・これは昔の建築設計でいう高層建築が良い例であろうかと思われる。
耐震設計を剛設計で安全率を大にしていけば行き着くところはジャックと豆の木
つまり現代では柔設計というか部材の弾性を考慮した揺れで逃すものが主流だ。
例の東洋ゴムだったか？あの耐震ゴムも地震エネルギーを弾性エネルギーにて
吸収しようとするものである。機械で言うならば、ショックアブソーバかな。
サーボモータを使って、もの凄い風を切るほどの高速で運動させているものを
いきなり反転させるような装置では、その衝撃力も半端ないもので装置自体が
壊れてしまうので先のショックアブソーバで衝撃エネルギーを吸収しています
そうそう高所から生卵を落としても割れない、ゲルでもかせげるかも知れない。
妻夫木夫妻・・・つまぶきふさい・・・これには感心した。余談を失礼しました
機械設計的にはお勧めはしませんが、……の記載はおかしい。
普通の鍛造等のボールねじ＋ＬＭガイドで直動式の搬送機を製作する。
又は、IAIのロボットを使用する。
これ等は、動作範囲外にエンコーダーからの信号でオーバーランを設定をする。
また、その外側にプログラムが暴走した時用に、センサにてオーバーラン設定を更にする。
そして、電気的暴走の歯止めと安全対策用に、メカストッパーを更に外側に設けます。
このメカストッパーに当たっても、ボールねじに特にスラスト荷重が掛かっても破損しない
スペックは普通です。
以上から、サーボモータであれば瞬時最大トルクの2～3倍以上。
通常のACモータなら、定格トルクの2～3倍以上が目安です。
負荷からの慣性力がモータに伝わっても、ブレーキで保持している訳ではなく、回転力は
回転子フリーで抜けていくだけです。
回転軸にねじりが掛かったり、減速機や伝達歯車にも大きな負荷が掛かりません。
因って、負荷の慣性力がストッパーに当たり、衝撃力がストッパーに加わるだけで、
モータがブレーキ等で踏ん張る訳ではないので、衝撃力は考慮外です。
モータの回転力が生きているなら、モータトルクが踏ん張る力なので、前述の如くになります。
以上です。
