第5章軸と軸受の設計軸と軸受 ★多くの機械は回転運動を利用している。 ★軸系の要素（軸，軸受，カップリング・・・） ★回転機械における設計の要点 5.1 軸の設計技術 1. 軸の種類と用途 2. 軸の強度計算 3. 軸を設計する際の要点 5.1.1 軸の種類と用途 (1) 伝動軸 (2) 機械軸 (3) 車軸荷重の加わり方によって，3種類に分類される。 (1) 伝動軸伝動軸回転によって動力を伝達する。伝動軸ねじり強さに注意する！ (2) 機械軸機械軸工作機械の主軸など。高い回転精度（ぶれの少なさ）が要求される！機械軸 (3) 車軸車軸車輪を持つ軸＝曲げ荷重を受ける。軸受による軸の支持が重要！車軸 5.1.2 軸の強度計算 (1) 軸のねじれ荷重トルクせん断力 Tq  Z p 極断面係数 (1) 軸のねじれ荷重ねじれ荷重を受ける軸の強度（SUS304） (2) 曲げ荷重曲げモーメント曲げ応力 M   Z 断面係数 (3) 強度計算時の注意点 (a) 応力集中段付軸などでは応力集中に気をつける！ (b) たわみたわみが問題になることがある！ (c) ねじりの固有振動数共振すると軸が破損することがある！ (d) 衝撃荷重・不慮の荷重一定の荷重が加わるとは限らない！ 5.1.3 軸を設計する際の要点 (1) 軸の直径軸の直径は決められている（推奨）！ (2) 軸の長さ必要以上に長くしない！ (3) 軸の加工精度・表面粗さ・硬度使用方法により制限される！ ★軸が破損した例模型車いす曲がった軸路面の段差による強い荷重を受けて破損！ 5.2 カップリング 1. カップリングの種類と特徴 2. カップリングの強度 3. カップリング選定の要点 5.2.1 カップリングの種類と特徴 (1) フランジ形軸継手固定軸継手たわみ軸継手 JISによって規格化されている。 (2) ゴム・樹脂カップリング衝撃的な荷重を吸収できる。 (3) 金属カップリング回転方向のバックラッシ（遊び）が少ない。回転運動を正確に伝達できる。 (4) ユニバーサルジョイント 2本の軸の角度が大きい場合に使われる。 5.2.2 カップリングの強度カップリングのカタログの一例許容トルクがカタログに記載されている。 5.2.3 カップリング選定の要点 (1) 許容トルクカップリングのカタログの一例許容トルクが，実際に使用するトルクを上回ること！ (2) 軸との固定方法機械の構造や用途に適した固定方法を選ぶ！ (3) トルク変動許容トルクが，最大トルクを上回ること！ (4) 回転角度の精度高い運動精度が必要な場合ゴムカップリングは適していない？ (5) 軸の位置精度偏心・偏角が大きい場合，使用できるカップリングは限られる。【補足】軸心を出しやすい形状「板」より「丸」の方が，軸心を出しやすい！ (6) 大きさと形状の制限例小型化軸方向の長さを短くする。高回転直径方向に小さくする。 5.3 軸と回転体の固定 1. 2. 3. 4. 5. 止めねじテーパによる固定キーによる固定スプラインフリクションジョイント 5.3.1 止めねじ最も簡単な方法。締結の力は弱い。 5.3.2 テーパによる固定軸心を合わせやすい。 5.3.3 キーによる固定比較的大きい機械でよく使われる。 5.3.4 スプライン締結は，キーよりも強い。自動車や工作機械に使われる。 5.3.5 フリクションジョイント締結力が強く，手軽に使える。 ★フリクションジョイントの使用例スターリングエンジン軸と穴の形状が単純！ 5.4 軸受の利用技術 1. 2. 3. 4. 摩擦と潤滑軸受の構造と種類深溝玉軸受の強度軸受を使用する際の要点 5.4.1 摩擦と潤滑転がり摩擦は，すべり摩擦より，摩擦力が小さい。運動部には潤滑が必要！ 5.4.2 軸受の構造と種類 (1) 転がり軸受の構造転がり摩擦を利用している。 (2) ラジアル軸受とスラスト軸受 (3) 玉軸受ところ軸受【補足】すべり軸受小型のすべり軸受安価である。舶用エンジンのすべり軸受大荷重に耐えられる。 5.4.3 深溝玉軸受の強度最大荷重基本静定格荷重C0(N) 寿命計算基本動定格荷重C(N)で100万回転 5.4.4 軸受を使用する際の要点 (1) 軸受の固定方法軸方向に動かないように固定する。 (2) 回転体との接触内輪・外輪が滑らかに回るようにする。 (3) 軸受の位置均等な荷重が加わるようにする。モーメント力を小さくする。 (4) 軸受の潤滑軸受には潤滑が必要！ 5.5 軸系の設計例 1. スターリングエンジンの出力取り出し機構 2. 魚ロボットの動力伝達機構 5.5.1 スターリングエンジンの出力取り出し機構 ★出力測定装置 ★出力測定装置 5.4.2 魚ロボットの動力伝達機構本日の課題 ①下図は町中を自由に動きまわるための簡易自動車である。この簡易自動車における軸系の設計手順を考えなさい。 ②右図の簡易自動車において，強度を保ちながら，車軸を軽量化する方法を考えなさい。 ③本日の講義で印象に残ったことを書きなさい。