モーターローターシャフトの曲げ剛性を計算する方法は？

ちょっと、そこ！私はモーターローターシャフトのサプライヤーです。今日は、モーターローターシャフトの曲げ剛性を計算する方法についておしゃべりしたいと思います。これは、特に自動車産業の人々にとって、重要な側面です。新しいモーターを設計するエンジニアであろうと、既存のモーターのトラブルシューティングを検討している技術者であろうと、ローターシャフトの曲げ剛性を理解することは大きな違いを生む可能性があります。

まず、曲げ剛性とは何かを理解しましょう。簡単に言えば、それはシャフトが印加された荷重の下で曲げに抵抗する能力です。曲げ剛性の高いシャフトは、荷重をかけると低く変形しますが、曲げ剛性が低いシャフトはより簡単に曲がります。このプロパティは非常に重要です。なぜなら、過度の曲げは、不整合、摩耗や裂傷の増加、さらにはモーターの故障など、あらゆる種類の問題につながる可能性があるため、非常に重要です。

曲げ剛性に影響する要因

モーターローターシャフトの曲げ剛性に影響を与えるいくつかの要因があります。シャフトの材料は主要なものです。異なる材料には異なる弾性弾性率があり、これは材料の硬い尺度です。たとえば、鋼は比較的高い弾性率を持っているため、鋼製のシャフトは、アルミニウムや他の柔らかい材料で作られたシャフトと比較して、曲げ剛性が高い傾向があります。

シャフトのジオメトリも大きな役割を果たします。シャフトの直径と長さが重要なパラメーターです。一般に、直径が大きいシャフトは、曲げに抵抗するためにより多くの材料があるため、曲げ剛性が高くなります。一方、より長いシャフトは、より柔軟であるため、曲げ剛性が低くなります。ダイビングボードのように考えてください - 短くて厚いダイビングボードは硬く、曲がる可能性が低くなりますが、長くて薄いものはより柔軟です。

計算方法

それでは、曲げ剛性を計算する方法についてザ・ザ・ザ・ザ・ザ・ティナスに入りましょう。いくつかの異なる方法があり、どの方法を使用するかは、シャフトの複雑さと必要な精度のレベルに依存します。

単純なビーム理論

一定の交差点を備えたシンプルでストレートシャフトの場合、単純なビーム理論を使用できます。この理論によれば、単純にサポートされているビームの曲げ剛性（k）（これは多くのモーターローターシャフトの適切な近似です）は、次の式を使用して計算できます。

[k = \ frac {3ei} {l^{3}]]

ここで、Eはシャフト材料の弾性率であるため、Iはシャフトの交差部の慣性の瞬間であり、Lはサポート間のシャフトの長さです。

弾性率（E）は、材料プロパティテーブルにあります。たとえば、鋼の弾性率は通常約200 GPaです。

慣性のモーメント（i）は、シャフトの十字断面形状に依存します。直径Dの固体円形シャフトの場合、慣性モーメントは以下によって与えられます。

[i = \ frac {\ pi d^{4}} {64}]

直径20 mm、サポートの間に500 mmの長さの鋼モーターローターシャフトがあるとしましょう。まず、慣性モーメントを計算します。

[d = 20mm = 0.02m]
[i = \ frac {\ pi（0.02）^{4}} {64} \ amptx 7.85 \ times 10^{-9} m^{4}]

鋼の弾性率（e = 200 \ times10^{9} pa）および（l = 0.5m）

[k = \ frac {3 \ times200 \ times10^{9} \ times7.85 \ times 10^{-9}} {（0.5）^{3}}} {（0.5）^{3}}]
[k = \ frac {4710} {0.125} = 37680n/m]

有限要素分析（FEA）

シャフトがより複雑なジオメトリを持っている場合、スプラインシャフトまたは、さまざまなクロスセクションを備えたシャフト、単純なビーム理論は十分に正確ではない場合があります。そのような場合、有限要素分析（FEA）を使用できます。

FEAは、シャフトを小さな要素に分割し、適用された負荷の下で各要素の動作を分析する数値的方法です。 AnsysやAbaqusなど、FEAで利用できる多くのソフトウェアパッケージがあります。 FEAを使用すると、シャフトの正確な形状、穴やキーウェイの存在、境界条件などの要因をより正確に考慮することができます。

ただし、FEAには、より多くの専門知識と計算リソースが必要です。シャフトの詳細な3Dモデルを作成し、材料特性を定義し、適切な負荷と境界条件を適用してから分析を実行する必要があります。それは時間になる可能性があります - 消費しますが、特に複雑なシャフトでは、より正確な結果が得られます。

正確な計算の重要性

モーターローターシャフトの曲げ剛性を正確に計算することは、いくつかの理由で重要です。設計段階では、エンジニアが適切なシャフト材料と寸法を選択するのに役立ちます。計算された曲げ剛性が低すぎると、シャフトは通常の動作条件下で過度に変形し、早期故障につながる可能性があります。一方、曲げ剛性が高すぎる場合、シャフトが終了する可能性があり、モーターのコストと重量を増やすことができます。

メンテナンスとトラブルシューティング段階では、曲げ剛性を知ることで、技術者が問題を診断するのに役立ちます。たとえば、モーターが通常よりも振動している場合、予想される曲げ剛性が低いシャフトが原因である可能性があります。曲げ剛性を計算し、それを設計値と比較することにより、技術者はシャフトを交換する必要があるかどうか、またはモーターに他の問題があるかどうかを判断できます。

サプライヤーとしての私たちの役割

モーターローターシャフトサプライヤーとして、私たちは、正しい曲げ剛性を持つ高品質のシャフトを提供することの重要性を理解しています。顧客と緊密に連携して、特定の要件を理解しています。彼らが必要かどうか電気モーターシャフト小さな家庭用品またはaの場合精密細長いシャフト高いパフォーマンス産業モーターのために、ソリューションを提供できます。

高度な製造技術を使用して、シャフトが望ましい寸法と材料特性を確保します。当社の品質管理チームは、顧客に出荷される前に、シャフトの曲げ剛性とその他の機械的特性を検証するために厳格なテストを実施しています。

モーターローターシャフトの市場にいて、適切な曲げ剛性で適切な製品を手に入れていることを確認したい場合は、お気軽にご連絡ください。私たちは、すべてのモーターローターシャフトのニーズを支援するためにここにいます。特定のデザインを念頭に置いている場合でも、アプリケーションに最適なシャフトに関するアドバイスが必要な場合でも、専門家チームがお手伝いします。

参照

• Beer、FP、Johnston、ER、Mazurek、DF、Cornwell、PJ、＆Self、BP（2017）。材料の仕組み。 McGraw -Hill Education。
• Shigley、JE、＆Mischke、CR（2003）。機械工学設計。マクグロー - ヒル。