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※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文:ベローズ式伸縮管継手の強度計算について)

ベローズ式伸縮管継手の強度計算について

2023/10/18 05:33

このQ&Aのポイント
  • ベローズ式伸縮管継手の強度計算について教えてください。
  • ベローズの変形による応力と内圧による応力を含んだトータルの応力が、材料の引張強さを超えていると強度計算書に記載されていることがあります。
  • 寿命計算に使用する応力はどのように考えればよいのでしょうか?
※ 以下は、質問の原文です

ベローズ式伸縮管継手の強度計算について

2010/05/27 10:07

ベローズ式伸縮管継手の強度計算について、教えてください。

KELLOGGの式での寿命計算ですが、ベローズの変形による応力、ベローズに作用する内圧による応力も含めたトータルの応力が、材料の引張強さを超えている、強度計算書を時々みかけます。

降伏点以上というのは、低サイクル疲労ということで理解できるのですが、引張強さ以上では、破壊するのでは?と思うのですが。。。

寿命(繰り返し数)計算に使用する応力は、どのように考えたらよいのでしょうか?ご存じの方がおられましたら、ご教示お願いします。

質問者が選んだベストアンサー

ベストアンサー
2010/05/27 13:58
回答No.2

荷重速度でいうと、引張試験は振動的な使用状態より遅いという違いがあるのかもしれないが、また1回限りとN回との違い、加工硬化で強化されるとかも込めても、引張強さを越えるような値を通用させてはいけないと思う。

  ベローズの強度に対する基準は、一般の構造機械機器の如く安全係数を3
  ~4とする許容応力にて設計を行わず、時間強度にて設計(ベローズに
  内圧が加わり運動する場合に発生する応力は、降伏点以上になるのは
  一般であって応力が材料の降伏点を越えてもひずみの増加と共に塑形変形
  を行うので、直ちに破壊はしないことによるサイクル疲労を考慮する
  設計)を行います。

こんな考え、初めて知りましたが、やはり降伏点でしょうね。

材料として、ステンレスが多いようですが、それは降伏点が無いも同然で0.2%耐力になるが、これも便宜的な値で0.4%ならどうだ・・・とか引き延ばしていったら引張強さに近づいてしまう面もあろうかと

お礼

2010/06/25 13:50

回答ありがとうございます。

メーカーにいろいろとヒアリングしておりましたが、寿命計算の応力値は
あくまでも許容繰り返し数を計算するための仮定応力値で、絶対値での
評価をするものではないとのこと。

お礼が遅れ申し訳ありません。ありがとうございました。

質問者

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その他の回答 (4件中 1~4件目)

2010/05/28 09:17
回答No.4

金属ベローズの計算はばね工業会の薄板ばねの設計方法に基づき計算します
が,フリーの計算プログラムも紹介されています。下記サイトからダウンロー
ドしてください。
実使用においてその疲労特性は、可動側の動作精度に依存します(軸ずれ動作
は致命的であり、軸方向の規制が厳しいほど安全サイドになります)ので、
この点については十分な配慮が必要です。

お礼

2010/06/25 13:48

回答ありがとうございます。
質問してからもいろいろと、メーカーヒアリング等しておりました。
お礼が遅れて申し訳ありません。

どうやら、ベローズの寿命計算における応力は、あくまでも寿命評価用
の仮定応力のようです。

質問者
2010/05/27 21:39
回答No.3

回答(1)の者です。
また、PCの調子が悪くなってきたので、ここに記述します。

べロースは腐食を促す流体を使用する事が多いので、ステンレス鋼製が一般的です。
そして、ばねのような使用方法なので、硬度をアップさせて材料使用します。
(以前、半導体関連の仕事をしていた時に、トラブル処理で聞いた内容です)
ですから、防錆性能をそのままで硬度をアップさせるSUS304やSUS316のCSP材(ばね材)
のような物を使用しているのではないでしょうか?
その場合には、SUS304やSUS316の引張強さは520N/mm2ですが、加工硬化によりボルトでは
A2-70やA4-70の強度区分があるので、引張強さは700N/mm2までアップが可能です。
(眉つばものかもしてませんが、見本市でA2-80が可能な製品を観た事があります)

多分、そういう内容か、類似内容で、引張強さを上回って応力を掛けていると考えます。
(そうしないと。引張応力が??となり、意味をなさなくなりますから)
硬度と引張強さは比例する事は、無論ご存知でしょうね。
硬度換算用に引張応力値欄があるので、硬度換算同様に換算できますよ。

内容がチグハグしていますね。

お礼

2010/06/25 13:51

回答ありがとうございます。

メーカーにいろいろとヒアリングしておりましたが、寿命計算の応力値は
あくまでも許容繰り返し数を計算するための仮定応力値とのこと。

お礼が遅れ申し訳ありません。ありがとうございました。

質問者
2010/05/27 12:31
回答No.1

さて、ばねの寿命計算は可能ですか?
これは、ねじり応力の疲労を考慮し算出します。
これと類似し、べローズやダイヤフラムは、ねじり応力ではなく曲げ応力の疲労を考慮し
算出します。
通常の鋼は引張応力=圧縮応力なので、引張応力=曲げ応力となります。
また、せん断応力=引張応力×80%で、ねじり応力=引張応力×2/3(66.7%)
が基本的な内容です。
(計算書作成等では、使用材料での応力確認が必要です。目安値計算の考えです)
以上の内容を踏まえて、ばねの寿命計算方法を参考に考察してみては如何でしょう。
ばねの寿命計算は、ネットでも紹介されていますし、この森でも検索できた筈?です。

一般的な使用方法のばねやベローズは、片振り荷重(繰り返し荷重)の疲労計算になり、
ダイヤフラムは両振り荷重(交番荷重)の疲労計算になりますから、より参考となります。
片振りや両振りの意味は以下のURLを確認下さい。

補足

2010/05/27 13:21

ご回答ありがとうございました。

説明の仕方が、良くなかったようで申し訳ありません。

寿命計算(繰り返し回数)を計算するために、ベローズの変形による
応力を計算すると、材料の引張強さ以上となっていました。

ベローズに作用する応力(曲げ応力)が、降伏点以上引張強度以下で
あれば、低サイクル疲労で、繰り返し数を算出しているというのは理解
できるのですが、

引張強度以上の応力が作用するということは、疲労ではなく、応力が
かかった時点で、破壊するのではないかと思います。

よって、なぜ作用応力(曲げ応力)が引張強さ以上に作用しても、延性破壊ではなく、寿命(許容繰り返し数)が計算できるのでしょうか?
引張強さ以上なのだから、許容繰り返し数が1回ではないのはなぜかということです。

説明不足で申し訳ありません。

質問者

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