主軸プーリーの強度計算

モーター側の 25T プーリーをアルミにしてよいかを、ピークトルクで確かめる。結論:強度は足りる。注意はキーのガタと歯の摩耗。 実機では未確認の試算。

条件

項目値根拠
ピークトルク T11.13 N·mA6-RS1000
定格トルク3.18 N·mA6-RS1000
軸径 d19 mmA6-RS1000
キー6×6(モーター側は B6×6×25)A6 のマニュアル
穴側のキー溝の深さ t22.8 mm6×6 の一般的な寸法 (未確認:現物で測る)
キーのかかる長さ L20 mmプーリー幅 20 を仮定
プーリー25T、5 mm ピッチ減速比 2:1 の案
中心距離200 mm仮定。噛み合い歯数の計算のみに使う

1. キー溝の面圧

プーリーの断面とキー

  1. キーの力:F = T ÷ (d ÷ 2) = 11130 N·mm ÷ 9.5 mm = 約 1172 N
  2. アルミが受ける面積:A = t2 × L = 2.8 × 20 = 56 mm²
  3. 面圧:p = F ÷ A = 1172 ÷ 56 = 約 21 MPa

力は軸の表面で計算したので、やや大きめに出る。

場合Fp
定格 3.18 N·m、L 20約 335 N約 6 MPa
ピーク 11.13 N·m、L 20約 1172 N約 21 MPa
ピーク 11.13 N·m、幅 15 で L 15約 1172 N約 28 MPa

材質は不明なので、アルミの降伏点を低めに 100 MPa と仮定する。安全率は 100 ÷ 21 = 約 4.8。6061-T6 級(約 240 MPa 以上。一般的な値)なら約 11 になる。

2. キー自体のせん断

τ = F ÷ (キー幅 × L) = 1172 ÷ (6 × 20) = 約 10 MPa。鋼のキーには十分小さい。

3. ベルトと歯の力

ベルトの力と噛み合い

  1. ピッチ径:25 × 5 ÷ π = 39.8 mm、50T は 79.6 mm
  2. 張り側とゆるみ側の力の差:Fe = T ÷ (39.8 ÷ 2) = 11130 ÷ 19.9 = 約 559 N
  3. 噛み合い角:180° − 2 × asin((79.6 − 39.8) ÷ (2 × 200)) = 約 168.6°
  4. 噛み合い歯数:25 × 168.6 ÷ 360 = 11.7 なので約 11 歯
  5. 均等に分担すると 1 歯あたり 559 ÷ 11 = 約 51 N
  6. 偏って 3 歯で受けると仮定しても 559 ÷ 3 = 約 186 N。歯高 2 mm(一般的な値、未確認)× 幅 20 mm の 40 mm² で約 4.7 MPa

歯の強度よりも、切粉や粉じんによる摩耗が先に問題になる。ベルト自体の許容力は、幅と銘柄が決まってからカタログで確認する。

結論と対策