5 機械部品の設計プロセスにおける計算基準

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発表時間: 2021/7/14

概要

機械部品は、最終的な性能の長所と短所を決定するため、設計プロセスで計算基準に厳密に従う必要があります。この記事では、機械部品の設計プロセスにおける5つの計算基準を具体的に紹介します。

設計で機械部品を計算するために使用される基準は、間違いなく、部品の故障モードと密接に関連しています。これらの計算基準の精度は、機械部品の性能に関係しています。一般的に言えば、大まかに次の5つの計算基準があります。

強度基準

強度基準は、部品の応力が許容限界を超えてはならないことを意味します。つまり: σ≤σlim

その中で、σlim は材料の極限応力で、脆性材料の場合: σlim=σB (強度限界)、プラスチック材料の場合: σlim=σS (降伏限界) です。

さまざまな不測の事態の影響や正確な解析が難しいことを考慮して、上式の右辺を設計安全率 (安全率と略す) で割る必要があります。つまり、σ≤σlim/S、すなわち σ≤[σ]

式では、安全係数 S は 1 より大きい数値です。S が大きすぎる場合、安全ですが、材料の無駄になります。 S が小さすぎると、材料は節約できますが、危険な傾向があるため、適切な S を選択する必要があります。 [σ]を許容応力といいます。

剛性基準

負荷がかかった部品の弾性変形 y は、機械の性能の許容限界値 [y] (許容変形) 以下であり、剛性要件を満たすか、剛性計算基準を満たすと言われています。その式は: y≤[y]

弾性変形 y は、さまざまな変形理論または実験方法に従って決定できます。許容変形 [y] は、さまざまな適用機会に応じた理論または経験に従って決定する必要があります。

寿命基準

寿命に影響を与える主な要因である腐食、摩耗、疲労は 3 つの異なるカテゴリの問題であるため、それぞれの発生プロセスの法則も同じです。これまでのところ、有効な腐食寿命計算方法が提案されていないため、腐食計算基準を列挙することは不可能です。摩耗の算出方法については、その種類が多く発生メカニズムが十分に解明されておらず、影響要因も非常に複雑であるため、定量的に算出できる普遍的な方法はありません。疲労寿命については、通常、寿命中の疲労限界を計算で算出します。

振動安定基準

機械には多くの周期的な振動源があります。例えば歯車のかみ合い、転がり軸受の振動、すべり軸受の油膜振動、弾性軸の偏心回転など。これらの部品が共振し、機械部品の損傷や機械の作動関係の誤動作につながります。いわゆる振動安定性とは、加振を受ける機械内の各部品の固有振動数が、加振源の周波数とずれていることを意味します。たとえば、f が部品の固有振動数を表し、fp が励振源の周波数を表す場合、通常、0.85f>fp または 1.15f>fp の条件が保証されます。

上記の条件が満たされない場合は、部品やシステムの剛性を変更したり、支持位置を変更したり、補助支持を増減したりすることで、f値を変更できます。

周期的に変化する励起エネルギーが部品に伝達されないように、機械の基本部品から励起源を分離する。または、励起された振動部品の振幅を減らすためにダンピングを使用すると、部品の振動安定性が向上します。

信頼性の基準

特定の貴重な機械部品が多数ある場合、特定の作業条件下でテストされる部品の数は N0 です。 t 時間後に正常に動作する部品がまだ N 個ある場合、使用環境条件下で t 時間動作するこの部品の信頼性 R は、R=N/N0 で表すことができます。

テスト時間が長くなり続けると、N は減少し続けるため、部品の信頼性は時間の関数になります。

故障の初期段階では、故障率が非常に高い値から特定の安定した値まで急激に低下します。この段階で特に故障率が高いのは、部品の初期不良によるものです。通常の使用段階で故障が発生した場合、それは一般に偶発的な原因によるものであるため、その発生はランダムであり、故障率は定数として表されます。損傷段階は、主に部品の長期使用による摩耗や疲労亀裂の成長などによるもので、故障率が急激に増加します。

機械部品の設計プロセスでは、機械の良好な動作状態を確保するために、多くの正確な計算が必要です。上記の内容を読んだ後、機械部品についてもっと知りたい場合は、お問い合わせください。

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