強度解析

軸のトルクに対する強度解析事例

軸のトルクに対する強度解析結果画像1

強大なトルクがかかる軸について、そのトルクに対して耐えることが出来るかどうかを解析してみました。 これがその強大なトルクがかかる軸の構想設計での構造ですが、ベアリングなどを狭い中に配置するため 軸を細く計画したところ、この解析結果にあるように、強大なトルクに対して全くもたないことが分かりました。

軸のトルクに対する強度解析結果画像2

倍近くの太さにしてみましたが、これでもまだまだ全然強度が足りません。
しかも、これでは入る軸受けは非常に薄いものしか使えなくなるので、かなり問題です。

軸のトルクに対する強度解析結果画像3

結局、最初の3倍ほどの太さにしてようやく耐えそうだと分かりました。
でも、軸受けなどは全く入らなくなってしまいましたので、これは根本的な機械の構造から変更が必要と分かり、
次の方式を現在検討して 方向性が少し見えてきたところです。

スプライン継手の構造解析

近頃連続で行っています機械重要部品の構造解析シリーズとして、スプライン継手の構造解析(強度解析)を御紹介します。 スプライン継手とは、軸と軸をつなぐ時などに軸方向に動かして、するっと軸どうしが挿入されるように、歯車溝のようなかかり部をもつ継手方式を言います。

スプライン継手の構造解析その1

左図のような多数の溝を外周に持つスプライン継手において、相手の軸に引っかかる溝の有効深さが構造上非常にわずかしか取れないため、どれだけの数の溝が必要かを溝深さを変えて検討しているものです。

左図は、有効深さ1mmの時は、20個の溝が有ればトルクに対して安全であることを示しています。 

スプライン継手の構造解析その2

これは、溝有効深さを1.5mmに増やした場合は、どれだけ溝数を減らせるかをみるため行った解析ですが、かかり有効深さをこのように増やすと必要溝数は17個あればトルクに対して充分であることが分かりました。

以上のように、今回の解析は機械回転主軸部などの接続に使われる自在継手のひとつであるスプライン継手の構造解析例を御紹介しました。

軸流タービンケーシングの耐圧強度解析

軸流タービンケーシング耐圧強度解析1

左図は、強度解析結果の中で、内部ガス圧で生じるケーシングの応力分布を示しています。結果を見ると、許容応力に対して相当に低い応力しかかかっていないことがわかりました。

軸流タービンケーシング耐圧強度解析2

この結果をもっと分かり易くする為に、ケーシングにかかる応力の安全率分布を表示させています。
これを見ると、全て安全率が6以上となりますので、充分すぎるぐらい耐ガス圧強度があることが分かります。

スプライン継手の構造解析

軸流タービンの回転して動力を発生する部分である動翼の回転遠心力に対する強度解析(遠心力解析)を行いました。

スプライン継手構造解析スプライン継手構造解析2

これは、定格回転数の時の安全率分布を示しています。
安全率は、最低でも6以上ありますので、完全に遠心力に対しては安全と言える結果となっています。
回転数を定格の倍にした場合、これは無負荷で回転する時のランナウェイスピードとしてですが、これでも安全率は2以上ありますので、 安全と言えそうです。

長パイプのひねりトルクと圧縮力強度解析

ある用途に使用する非常に長いパイプが、かなり強大なひねりトルクとパイプ軸方向への、これも大きな圧縮力を受ける場合の強度解析を行いました。

長パイプのひねりトルクと圧縮力強度解析 1

これは定格トルク、つまり通常運転状態でのトルクであり、また軸方向圧縮力も定格の場合の安全率分布です。全く問題ありません。

長パイプのひねりトルクと圧縮力強度解析 2

これは最大トルク、つまり回転を止めるようなトルクがパイプにかかり、その状態での安全率分布図です。軸方向圧縮力は、定格です。

これも、問題ありません。

長パイプのひねりトルクと圧縮力強度解析 3

これは、定格トルクで運転されている時に実際はあり得ないような強大な軸方向圧縮力(定格の10倍ぐらい)が加わった状態の安全率分布図です。

これでは、パイプがもたないことがわかります。

長パイプのひねりトルクと圧縮力強度解析 4

これは、さらに最大トルクと強大な軸方向力が加わった状態での安全率分布図となります。 もちろんパイプがもちません。