摺動部の摩耗を極力小さくする材料の組み合わせは

締切済

質問者：hepun
質問日時：2014/10/12 00:45
回答数：4件

機械設計での材料選定に関して質問させていただきます。

今回、洗濯ばさみのような形状のものでスクリューネジを挟み込む構造があったとして、
その洗濯ばさみを挟むときにはバネの力で挟み、開くときは板カムで開くのですが、
開くときに洗濯ばさみと板カムの摺動面が摩耗して
洗濯ばさみが正常に開かなくなる、という現象が起きています。
材料は、板カムがSUS304、洗濯ばさみが黄銅C2600です。

安価で入手性の良い一般的な材料で、耐摩耗性がある材料の組み合わせは
何があるでしょうか。
摺動部の摩耗は給油無しでの現象です。
給油すれば改善されるのかもしれませんが、仮に給油しない場合での
材料の組み合わせを知りたいです。
そもそも給油をしない、という考え方自体が間違っているのでしょうか。
小生、機械設計に関して未熟なためおかしなことを言ってるかもしれませんがご容赦ください。
情報足りない場合は捕捉致します。

ご回答よろしくお願い致します。

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回答 (4件)

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No.4

回答者： kohichiro
回答日時：2014/10/14 21:23

減るのは当然黄銅の方だと思われますが、摺動部をより硬くし、あたり面を広く取れば磨耗は少なくなるはずです。

黄銅よりもりん青銅の方が硬さはずっと高いです。
またSUSは硬いというより粘性のようなものがあり、また熱伝導率が低いので焼き付きが起こりやすく、摺動部には使いませんでした。むしろ工具鋼を焼入れして使っていたと思います。硬質クロムのめっきも一案ですがSUSとの組み合わせは良くないと思います(同質は焼きつきやすい）。どんな構造なのか分かりませんが黄銅のあたり面に硬鋼のチップをろう付け、あるいはネジ止めする手もあると思います。
小さいものは材料の工夫にも限度があります。潤滑ができればそれに越したことはありませんが、メンテや汚れも気になるところです。やはり構造的に擦らせずに相対的に回転させるかリンク構造にするのがベストでしょう。

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No.3

回答者： nitto3
回答日時：2014/10/12 08:13

シリコン樹脂、ポリプロピレンなど、

テフロンんどファインケミカル製品にたくさんある。

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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

具体的な条件をご提示しておりませんで申し訳ありませんでした。
金属以外だと板カムを回すとき、洗濯ばさみが挟み込む荷重に耐えられるかが心配ですが、
教えていただいた材料に関しても調べてみたいと思います。
情報ありがとうございました。

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お礼日時：2014/10/12 11:36

No.2

回答者： edo_edo
回答日時：2014/10/12 04:42

＞そもそも給油をしない、という考え方自体が間違っているのでしょうか。

はい

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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

金属同士の組み合わせの場合は、給油することが常識のようですね。
給油する方向で考えたいと思います。

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お礼日時：2014/10/12 11:28

No.1

回答者： xitian
回答日時：2014/10/12 01:14

　現在の材質のまま洗濯ばさみを硬質クロムメッキしてはどいうですか。

http://www.ikont.co.jp/product/needle/ndl0609.html
　いちばんいいのはカムフォロアでしょうけど。

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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

他のご回答から、給油するのが常識のようですので給油する方向で考えてはおりますが、
硬質クロムメッキに関しても調べてみたいと思います。
情報ありがとうございます。

カムフォロアが取り付けられるスペースはないです。
今回、具体的な条件をご提示してなかったので申し訳ありません。

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お礼日時：2014/10/12 11:32

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＞また、この場合はリーマで、この場合は、リーマ穴は駄目とかケースを教えて下さい

特に決まりはありません．その場，その場の設計者の経験と感とセンスによる場合が多いです．
この場合は絶対にリーマ穴じゃないとダメ．というような決まり・JIS規格のようなものはありません．

大雑把に言うならば，可動部分で，部品同士がズレを起こしてはならない部分は，リーマ穴です．
また，静止部分でも機械振動が伝わってきて，面で接している部品同士のズレやガタの発生が心配．という様な場合もリーマ穴です．

静止部分で，部品同士がズレを起こす心配がなく，単なる位置決めの部分は，平行ピンを打つ場合が多いです．また，何かの理由で，リーマ穴に出来ないか，リーマ穴の効果が期待できない場合は，平行ピンを打ちます．例えば，板状の２枚の部品が薄ければ，リーマ穴にはしません．逆に，厚すぎてもリーマ穴には出来ません．

ですから，ケース・バイ・ケースなのです．

釈迦に説法でしょうが，公差についての参考です．
http://kousyoudesignco.dip.jp/drawingTolerance.html

寸法公差とはめあいのＰＤＦファイルです．
http://www.den.rcast.u-tokyo.ac.jp/sekkei2009/doc/tolerance.pdf

以上です．

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　　　↓

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断面2次モーメントが大きいと曲げに対しても強い。
断面係数が大きくてもたわみににくい。

とはかならずしもならないのでしょうか？
いまいち区別してる意味がよくわかりません
ご教授くださいませんか

Aベストアンサー

先ず，「曲げ強さ」と「たわみにくさ」から整理しましょう。

　　　　　＋－－　Ｍ　－－＋　
　　　　　↑Ｔ　　　　　　　　↓Ｃ
Ｐ　→　＝－－－－－－＝　　　→δ
　　　　｜Ａ　　　　｜　　　Ｂ｜
　　　　｜　　　J　　　　J　　｜
　　　　｜　　　　　　　　　　｜
（絵が巧く書けません）
荷重（P)によって，曲げモーメント（M)が生じる。
曲げモーメントは，材料の左と右に引張力（T)と圧縮力（C)を生じさせる。
（A)部分（＝）は引張強度を超えた時に破壊し，（B)部分（＝）は圧縮強度を超えた時に破壊する。

この時，(A)部分の負担する力（T)が同じならば，（A)の面積（＝）が大きい程破壊しにくい。又，中心点からの距離（J)が大きいと破壊しにくい。簡単に言ってしまえば，この時の（A)の面積と距離（J)を掛けたものが，曲げ外力に抵抗する抵抗曲げ強度を決めるための係数，即ち，断面係数（Z)です。

つまり，曲げ強度に影響を与える断面係数は，材料の材質，強度，変形などに関係なく，形状と距離だけで決まります。

一方，（A)部分に作用した引張力（T)は，（A)部分を伸ばす，即ち，変形させます。この時の変形量は，フックの法則によって，形状，距離に加えてヤング係数によって決まります。
この時，変形量は断面の外縁が最も大きく，中心位置に近いほど小さくなります。この時の形状の変化率を表すのが断面２次モーメントです。
（A)部分が引張によって伸び，（B)部分が圧縮による縮んだ結果，この材料はδ方向に変形します。この変形量がたわみです。

つまり，断面係数と断面２次モーメントは，公式は似ていますが，断面係数は曲げ抵抗強度に関する量であり，断面２次モーメントは変形率に関する量であって，お互いに全く関連性のない形状に関する係数です。

//　たわむ＝まがる
は，変形に関するもので，強度とは関係有りませんので，断面２次モーメントにだけ関係する語句です。（たくさん曲がっても＝たわみが大きくても，破壊するとは限らない。）

これを踏まえて，

//　たとえば
//　I>Zの場合だと割り箸のようにたわみにくいけど折れやすく
//　I<Zの場合だと釣竿のようにたわみやすいけど折れにくい
//　とかだとイメージできるんですが

というのは，上記の断面係数と断面２次モーメントの理屈から言うと，正解とは言えませんが，結果的に，強度とたわみの関係を言い表している，とっても素敵な例として有効だと思います。（今後，私にも使わせてください。）

この例の（I）を，曲げ剛性（EI)と言い換えれば，強度と変形の関係を表す例として完璧かもしれません。つまり，変形＝たわみの話をする時，（I)が単独で使われることはなく，常に一組の概念として，曲げ剛性（K=EI)として使われる，と言うことです。

これらの断面に関する諸量は，構造力学や材料力学において，数学的に積分を用いて説明され，イメージとして説明されることはほとんど有りません。ですから，実際に計算する事は出来ても，どのようなイメージかと聞かれると答えに窮して仕舞うのも仕方ない事だと思います。私もその一人ですが・・・

どちらにしても，断面係数と断面２次モーメントの関連性について，１級建築士でもイメージする事が難しい概念ですから，イメージ化して素人に説明するのは，多少無理があると思います。