外接歯車ポンプのサプライヤーとして、これらの気の利いたポンプのシャフトの設計について 1 つまたは 2 つ共有したいことがあります。シャフトの設計はポンプ全体がどのように機能するかに重要な役割を果たすため、非常に重要です。早速、外接歯車ポンプのシャフトを設計する方法を見てみましょう。
外接歯車ポンプの基本を理解する
まず、あまり詳しくない方のために、外接歯車ポンプは容積式ポンプの一種です。流体を 2 つの噛み合う歯車の歯の間に閉じ込めることによって移動させます。 1 つのギアはモーターから動力を受ける駆動ギア、もう 1 つは従動ギアです。ギアが回転すると、入口に真空が発生し、流体が吸い込まれ、出口から押し出されます。
外接歯車ポンプのシャフトは、モーターから駆動歯車にトルクを伝達する役割を担っており、流体圧力と歯車の噛み合いから生じる力に対処する必要があります。したがって、ポンプの信頼性と効率にとっては、適切な設計が非常に重要です。
シャフト設計における重要な考慮事項
1. 材料の選択
シャフトの素材って大事ですよね。トルクや力を変形させることなく処理できる十分な強度を持つものが必要です。通常、合金鋼などの高張力鋼が一般的な選択肢です。高い引張強度や靭性など、優れた機械的特性を備えています。たとえば、4140 合金鋼は、熱処理してさまざまなレベルの硬度と強度を実現できるため、よく使用されます。
考慮すべきもう 1 つの要素は耐食性です。ポンプが海洋産業や腐食性流体などの過酷な環境で使用される場合は、ステンレス鋼を使用することをお勧めします。錆やその他の腐食に耐えることができるため、シャフトの寿命を延ばすことができます。
2. 軸径
適切なシャフト直径を決定するには、強度とスペースのバランスが重要です。シャフトの直径が大きいほど、より多くのトルクを処理できますが、ポンプ内の占有スペースも大きくなります。モーターの出力とポンプの動作条件に基づいて、シャフトにかかるトルクを計算する必要があります。
トルク (T) の式は (T = \frac{P}{\omega}) です。ここで、(P) はワット単位の電力、(\omega) はラジアン/秒単位の角速度です。トルク値を取得したら、ねじり公式 (\tau=\frac{16T}{\pi d^{3}}) を使用して、許容せん断応力 ((\tau)) を超えずにトルクを処理できる最小シャフト直径 ((d)) を見つけることができます。
3. キー溝とスプライン
シャフトとギアおよびモーターを接続するには、キー溝とスプラインが使用されます。キー溝は、ギアまたはプーリーのシャフトとハブに切り込まれたスロットです。次に、キーをキー溝に挿入してトルクを伝達します。これらは、コンポーネントを接続するためのシンプルでコスト効率の高い方法です。
一方、スプラインは、シャフトと嵌合部分にある一連の尾根または歯です。より信頼性の高い接続が提供され、より高いトルクを伝達できます。キー溝とスプラインのどちらを選択するかは、伝達されるトルクの量、動作速度、およびコストの考慮事項によって決まります。
4. 軸受の設計
摩擦と摩耗を軽減するには、シャフトを適切にサポートする必要があります。シャフトを支持しスムーズに回転させるためにベアリングが使用されています。選択するベアリングの種類は、負荷の種類、速度、動作条件によって異なります。
軽荷重から中荷重の用途には、ボールベアリングがよく使用されます。ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方に耐えることができ、摩擦が低くなります。重荷重の用途には、ローラーベアリングの方が良い選択です。より大きなラジアル荷重に耐えることができ、耐久性が高くなります。
特定のアプリケーション向けの設計
外接歯車ポンプのシャフトを設計するときは、特定の用途を考慮することが重要です。いくつかの例を見てみましょう。
建設機械 - コベルコ SK200 用ギア ポンプ パイロット ポンプ - 1 掘削機
建設機械などでは、コベルコ SK200 - 1 掘削機用ギア ポンプ パイロット ポンプ、ポンプは厳しい環境で動作する必要があります。シャフトは高負荷条件や振動に対応できなければなりません。力に耐えられるように、より強力な材料を使用し、より大きな直径でシャフトを設計する必要がある場合があります。また、ベアリングは掘削機の動作に伴う衝撃荷重に耐えることができる必要があります。
高圧用途 - Parker P330 高圧油圧ギアポンプ
などの高圧用途向けパーカー P330 高圧油圧ギア ポンプ、シャフトは高い流体圧力に耐えることができなければなりません。そのため、材料の強度が高く、軸径も大きくする必要がある場合があります。キー溝とスプラインも、高圧動作に伴うトルクの増加に対処できるように設計する必要があります。
産業機械 - NACHI 油圧ポンプ Pvk のギアポンプ - 2b - 505
産業機械などでは、NACHI 油圧ポンプ Pvk-2b-505 のギアポンプ、信頼性と効率が鍵となります。シャフトの設計は、長期間の動作を保証するために、摩擦と摩耗を最小限に抑える必要があります。電力損失を減らし、ポンプの寿命を延ばすために、高品質のベアリングと適切に設計されたキー溝またはスプライン システムを選択することもできます。
プロトタイピングとテスト
シャフトの設計が完了したら、試作を行います。プロトタイプ作成により、現実世界の条件で設計をテストし、必要な調整を行うことができます。 3D プリントまたは従来の機械加工方法を使用してプロトタイプを作成できます。
テスト中は、シャフトのトルク、消費電力、温度を測定する必要があります。摩耗や変形の兆候がないかどうかも確認する必要があります。テスト結果が満足のいくものでない場合は、振り出しに戻って設計を変更できます。
結論
外接歯車ポンプのシャフトの設計は、多くの要素を考慮する必要がある複雑なプロセスです。材料の選択からベアリングの設計に至るまで、あらゆる側面がポンプの性能に影響します。外接歯車ポンプの基本とさまざまな用途の特定の要件を理解することで、顧客のニーズを満たすシャフトを設計できます。
外接歯車ポンプをご検討中の場合、またはシャフト設計についてご質問がある場合は、お気軽にお問い合わせください。お客様のニーズに最適なソリューションを見つけるお手伝いをいたします。建設プロジェクト、高圧油圧システム、産業用機械のいずれに取り組んでいる場合でも、当社は最高品質の外接歯車ポンプを提供する専門知識を持っています。
参考文献
- 「油圧ポンプとモーター: 基礎、種類、および応用」ハインツ P. ブロッホ著
- 「機械要素と機械の機械設計: 故障 - 予防の観点」ロバート L. ノートン著
