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渦巻ポンプの設計計算 No.4
第10章:主軸の設計
(教科書p103~116)
学生番号
氏名
上図に示す主軸の寸法と軸受を決定する。
羽根車
軸受 A
軸受 B
キー(両丸キー)
キー(片丸キー)主
軸
羽根車
軸受 A
軸受 B
キー(両丸キー)
キー(片丸キー)主
軸
d1 d
モータ
2
以下の計算は,教科書p111~116を参照すること。
(1)軸端部 1d
(羽根車ボス部軸径 1d はすでに計算書 No.2 で決定済)
羽根車取付部の軸長さ 2b1 (ボスの長さ b はすでに計算書 No.2 で決定済)
軸継手取付部 の 軸端 の直径dと長さ d = , =
(資料(4)の「軸端」の箇所(教科書 p165)より決める。JIS B 0903「円筒軸端」は参考)
)2( b1
b
12
六角袋ナットを用いて,羽根車を主軸に固定する。
*羽根車をナットで,しっかり固定するために,ここに隙間(2mm程度)を設ける。
羽根車
主軸
)2( b1
b
12
)2( b1
b
12
六角袋ナットを用いて,羽根車を主軸に固定する。
*羽根車をナットで,しっかり固定するために,ここに隙間(2mm程度)を設ける。
羽根車
主軸
軸端の直径 d と長さ l を選ぶ.本授業
では短軸用(小さい値)を選択する.
3
選定した軸受Aと軸受Bの呼び番号
(資料(7)(p168)の呼び番号より)
(ここには,選定した軸受の呼び番号を記入する)
◎ BAd と BBd は選んだ軸受の寸法から決まる。
---------------------------------------------------------------
BAd は軸受Aの内径(資料(7)の選定した軸受の d)より決ま
る。BBd は軸受Bの内径(資料(7)の d)より決まる。軸受Aと
軸受Bは資料(7)より選ぶ。ただし,軸受Aと軸受Bは、径が
大きい軸受に統一する(=軸受Aと軸受Bは同じものを用い
る)。← “位置決め”がしやすくなる!
ここでは,幾何学条件
)d,dmax(dd 1BBBA
を満たすように軸受を選ぶ。
↑
※ 軸受とこれらの寸法は,以下の(5)の寿命計算を行っ
て,修正を繰り返すことがある。
BAd =
( BBd と同じ値)
BBd =
( BAd と同じ値)
bd = この寸法は,以下の資料(7)(p168) bd より決まる。
bd (最小)~(最大)の範囲で選ぶ。
ad = 目安として, )2or(1dd BAa 程度とする。
同じ内径 d でも,異なる外形
D の軸受が2つある。どちら
かを選択する。後の寿命計
算の結果によっては,選定し
なおすこともある!
4
a = 軸の固有振動数を大きくするために小さい値がよい。
150~200mm を目安とする。
b= 55 adb , 2/ab の大きい値の方を採用する。
L = ba =
(2)危険速度
*危険速度とは、回転速度
と軸の固有振動数とが一致
して、軸の振動が大きくな
る(「共振」状態となる)回
転速度(回転数)を言う。
↑
この「共振」状態を避ける
ように設計を行う!
aI = 64/d4a =
bI = 64/d4b =
m = (羽根車の質量 m は、質量=羽根車の体積×密度の関係から,教科書 p109
式(10.14)より求める。)材料は青銅鋳物 BC6 とし,密度 33 m/kg107.8
を用いる。→ 計算式(10.11)~(10.20)を用いる。
y =
b
2
a
3
I
ba
I
a
E3
mg=
(静的たわみ y は、教科書 p103 式(10.1)より求める。)
主軸の材料は,S30C とし, 111006.2E Pa とする。
危険速度 cn =
( 危険速度 cn は、教科書 p104式(10.5)より求める。 )
cn8.0n または nn3.1 c であることを示し,運転する回転数で振動が大きくな
らない(共振にならない)ことを確認する。 これらの条件を満たさない場合は,aの値を少
しづつ小さくして再計算する。
5
羽根車の質量 m の計算
(3) 軸端のキー(片丸キー)
* キーの幅 b と厚さ h は、(1)で決めた軸径 d と
資料(5)(p166)より決める。
* キー長さは,JIS B 0903「円筒軸端」中の 1 (短軸用と
長軸用がある)を参考にして選ぶ,ここでは,(1)で決めた
軸端長さ より小さいものを選ぶ。
キー幅 b =
キー厚さ h =
キー長さ
注意注意
この部分のキーと
キー溝の寸法を決める。 d’
ℓ’
6
(4) 羽根車取付部キー(両丸キー)
* キーの幅 b と厚さ h は、(1)で決めた軸径 d1と
資料(5)(p166)より決める。
* キー長さは,資料(5)中の * の範囲(資料(5)の表の下の数列の中から)で選ぶ。ここで,キー長さは(1)で決めた
1 より小さくとる。
キー幅 b =
キー厚さ h =
キー長さ
この部分のキーと
キー溝の寸法を決める。
d1
ℓb-2
7
キーの長さは,上の表に記載されている範囲で,これらの値から選ぶ。
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羽根車ナット取付部
資料(6)(p167)を参考に
決める。
・羽根車を固定する
ネジとナットの径 = M (ねじの呼び)
(d1 以下で最大になるMの径を資料(6)より選ぶ。)
・ネジの長さ Lm 2b2
(ここで、 2b は資料(6)中の値を表す。)
Lm 2 Lm 2
d1
9
(5)軸受
半径方向のラジアル荷重 (教科書はスラストと表記)
(式 4.59 より求める。)
0rF =
0rFmg =
※ (4.59)の計算では,最もシビアな条件 0Q/Q 0 の場合の
36.0Kn を用いる。(スラスト荷重を大きく見積もり,安全側の設計となる。)
※ 設計は常に安全側に行う!
軸受Aへの荷重 rAF =
軸受Bへの荷重 rBF =
軸スラスト
式(4.55)(次頁の式より求める。)より 1T =
10
下式では, 22
wrw u
r
ru , 2
Dr 22 , 2
Dr o1w , 2
dr 1s を表す。
訂正訂正訂正
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選定した軸受の基本静定格荷重 orC
(資料(7)より) orC =
選定した軸受の基本動定格荷重 rC
(資料(7)より) rC =
アキシャル荷重 aF = 1T =
aor F/C =
軸受A の寿命計算
rAa F/F = と,上で計算した aor F/C の値をもとに,
表 10-1 より X, Y を求める。Y は表から内挿(数値と数値の間を比例配分)で求める。
X = 0.56 Y =
動等価ラジアル荷重 rAP = arA YFXF =
軸受寿命時間(軸受A) hAL =
3
rA
r
P
C
n
3.33500
=
軸受B の寿命計算
動等価ラジアル荷重 rBP = arB YFXF =
軸受寿命時間(軸受B) hBL =
3
rB
r
P
C
n
3.33500
=
ここで,荷重条件が厳しい方の hAL は、20 万時間> hAL >2 万時間であればOK,
上記を満たさない場合,(1)の軸受の選定からやり直す。
許容速度 A =
2
dDn
=
ここで,D は選定した軸受の外径,dは内径(資料(7)より)
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以上,計算して決めた値に基づき,計画図の作成 を行
う。(主な、JIS規格は,ホームページに掲載します。)
(6)軸封装置
グランドパッキンを使用する。
グランドパッキン寸法は,以下の “スタフィングボックス主要寸法例”
(教科書 p171)を参考にして決める。
※ 表の中のdで ad に近い値のものから選定する。
ここで,スタフィングボックスとはパッキン箱のことを指す。
この中で,daに
近い値のものから選定する。
この中で,daに
近い値のものから選定する。
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