回転軸｜回転運動を伝える軸

回転軸

回転軸とは、回転する軸で、運動やトルクの伝達を行う機械要素である。回転軸の各寸法はＪＩＳで規定されている。

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回転軸の三要素は、軸径・軸高さ・軸端の形状寸法の3つである。それぞれJISなど規格化されているためそれを利用する。

回転軸の軸径は、どれほどモーメントがかかるかを決定し、それに適応する軸径を求めなければならない。下記では曲げ応力がかかる中実軸を記する。（詳しい参考　軸の強さと軸の直径）

曲げモーメントの式と断面係数から軸の直径を求めることができる。

曲げモーメントは許容曲げ応力以下でなければならないので不等号で表される。ここから軸の直径を求めることができる。

回転軸には、一般に軸受や歯車を取り付けて回転を伝達する。

軸受や歯車に回転軸を差し込むときは圧入して入れ込む。このとき、「しまりばめ」や「とまりばめ」の道中が長いと機械加工や組立が困難になる。また、破損が起ると回転のトルクにより破損は広がっていき、大きな事故につながる。

回転軸を設計するときのポイントを下記にまとめる。

軸を入れる際、段付きにして圧入部を最小にする。段付きにできないときは、はめあい部位外の軸径を0.5㎜ほど小さくして逃がすことで組立や機械仕上げの効率を上げる。

軸にねじが切っているとき、スパナ掛けをする二面を作る。二面幅はスパナの口の大きさに合わせる。二面であれば180°、四面なら90°工具を回す。60°だとさらに細かい回転で対応できるが、加工が複雑になるため、最初の材質から六角材になる。

回転軸は高速に回転するため、キー溝や段付きにねじり応力や曲げ応力がかかり破損に繋がりやすい。そのためr大きくとってくる。段付きとキー溝を離す、Rを大きくとって応力集中を避けるなどの対策をとる。

キー溝の断面は下記のように表現する。