台形ねじの負荷荷重

Question

お世話になっております。
メートル台形ねじを使用したリフタ機構のようなものを検討しています。
台形ねじの駆動時は、20N程度の負荷で回転させますが
台形ねじの停止時に、100ｋNの衝撃荷重が掛かります。
いろいろと調べていましたが、駆動時にはPV値を算出して評価する方法を見つけましたが、今回の場合停止時には大きな荷重が掛かりますが、駆動時は停止時に比べると、大した荷重ではありません。
そこで、機械設計便覧の台形ねじのせん断強さの計算式として
0.768*3.14*ｄPzτN　とありました。
ｄ：おねじ径、P：ピッチ、ｚ：接触しているねじ山数、τN：許容せん断荷重
通常、おねじは鋼、めねじは銅合金で作られる事から、めねじ基準で
算出するようですが、上記のような使用方法で繰り返し使用したいのですが
単純にせん断荷重のみで検討して、良いものでしょうか？
ちなみに、上記式より自分なりに
0.768*3.14*50*8*10*15　＝　144ｋN
（軸S45C、ナットBC6（CAC406）
と見ました。
何卒、よろしくお願い致します。

Accepted Answer

たしかに機械設計便覧にあります。

りん青銅の許容せん断応力は 25～34MPa、但し荷重が両側よりかかるときはこの値の1/2。。。
で、 τN＝15 とされた。

衝撃荷重の頻度によっては、また安全係数『参ったかの18倍カレー』を自慢する向きには少し心配なレベル。

便覧の式は
　　(2) ねじ山のせん断荷重
　　http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/design/ch04/ch04_03.html
と同じ考え。

この式はかみあい山数（Ｚ）によって幾らでも許容荷重が増える問題がある。
実際は最初の３山で過半の荷重を受けてしまい、１０山あたりは遊んでしまっていること。

気になったのは BC6 の規格の低さ。鋳物の不安定さから、実力は並ぶように思う快削黄銅 C3604 より1/2の引張強さとなっている。
　　http://www.kitzmetalworks.com/products_sp_kz.html

BC6 はバルブ等に多く、既製品があるなら仕方ないが、軸受用のアルミニウム青銅なら鋼同等以上の強さがある。
　　http://www.yamatogokin.co.jp/?page_id=44
　　C6161 710 MPa

この辺も考慮に入れるべきでしょう。

Answer

計算手法は、他の回答者さんの内容や、ＴＨＫさん等の台形ねじのカタログの技術サポートを
見れば判り易いと考えます。
(“台形ねじ”にてネット用語検索すると、他メーカーの技術資料も確認できますよ)

さて、小生は２つのポイントからのアドバイスをします。

先ず、一つは台形ねじの停止時に、100ｋNの衝撃荷重が掛かりますに対するねじの状態に
関してです。
ねじに座屈の応力が掛かる状態になっていないかや、蓋の開閉が円弧運動なら複合荷重が
掛かっていないかが心配です。
その場合には、充分に考慮した機構を考えなくてはいけません。

もう一つは、100ｋNの衝撃荷重が掛かりますに対する荷重に関してです。
蓋の開時なのか閉時なのかは判りませんし、蓋の動作方法が水平なのか垂直なのかは
判りませんが、それに応じた緩衝材(ショックアブソーバー等)を設置して、100ｋNの衝撃荷重
を軽減させる工夫が必要と考えます。

以上、二つの内容を検討することで、相互効果でより良い機構となることでしょう。

一つ目の内容には、ねじのような径に対して長尺仕様の物を使用する時は、大きな力が加わる

方向を圧縮でなく引張とするような手法も含みます。

Answer

＞機械設計便覧の台形ねじのせん断強さの計算式
私はそんな式は見かけたことがないような気がしますけど　式の意味が分らん
また計算したのは所謂ねじ部だけのせん断力しかも鋼の部分だけとなっている
一般にはBCめねじならば摺動部で許容面圧6N/mm2としているしなぁ・・・
設計仕様として最大荷重が生じる時に摺動させるのか？とかその状態がネック

しかも許容せん断荷重は15N/mm2は衝撃荷重として十分だとはとても言えない
第一、雄ねじ有効径の圧縮応力や座屈、ねじり応力などの合成応力も生じるが
そちらの計算は全く考慮されておらず、何とも怪しい。。。。疑心暗鬼になる
人的被害の恐れがあるなら専門家であるプロの機械設計士に依頼すべきである

余計なおせっかいだったか・・・誰も回答が付いていないので

台形ねじの負荷荷重