JP2008298174A - Mechanical fuse and connecting structure of power transmission system including the mechanical fuse - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動力伝達装置に過負荷が生じたときに動力伝達を遮断して装置の安全を図るために設けられるメカニカルヒューズ及び該メカニカルヒューズを備えた動力伝達系の連結構造に関する。 The present invention relates to a mechanical fuse provided to cut off power transmission when an overload occurs in a power transmission device and to ensure the safety of the device, and a connection structure of a power transmission system including the mechanical fuse.
メカニカルヒューズは、駆動側の回転動力を従動側に伝達する動力伝達装置における駆動側と従動側(例えば駆動軸と従動軸)の間に設定される。そして、回転動力が伝達されている最中に駆動側と従動側の間に大きな差動が生じると、自身が破断することにより動力伝達を強制的に遮断し、これによって過負荷トルクが一方側に波及することによるロックや破壊を防止するためのものである。
メカニカルヒューズには種々の形態があり、例えばシャーピン、シャーボルト、シャープレートがある。
The mechanical fuse is set between a driving side and a driven side (for example, a driving shaft and a driven shaft) in a power transmission device that transmits rotational power on the driving side to the driven side. And if a large differential occurs between the driving side and the driven side while the rotational power is being transmitted, the power transmission is forcibly interrupted by the breakage of itself, and this causes the overload torque to be This is to prevent locks and destruction caused by spreading.
There are various forms of mechanical fuses, such as shear pins, shear bolts, and shear plates.
このようなメカニカルヒューズには、所定の過大なトルクが作用したときに確実に破断する特性が求められる。その一方で、通常の使用状態では多少のトルク変動があっても長期間に亘って破断することがないことが望まれる。そのため、疲れ限度比(疲れ限度/引張強度)が大きいものが望まれる。 Such a mechanical fuse is required to have a characteristic of reliably breaking when a predetermined excessive torque is applied. On the other hand, in normal use conditions, it is desired that there will be no breakage over a long period of time even if there is some torque fluctuation. Therefore, a material having a large fatigue limit ratio (a fatigue limit / tensile strength) is desired.
従来提案されている鉄系合金のメカニカルヒューズとして、鉄系焼結合金からなるメカニカルヒューズが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に記載のものは、疲れ限度比が0.5以下であり、長期間使用している場合において、負荷変動があって、それが疲れ限度を超えるような場合には、破断する可能性がある。過負荷ではなく、通常の使用状態でメカニカルヒューズが破断すると、そのメカニカルヒューズが使用されている動力伝達装置によっては、大きな損害となる。
そこで、定常負荷が多少変動したとしても破断することがなく、安定して長期間使用できるメカニカルヒューズが望まれる。
However, the one described in
Therefore, there is a demand for a mechanical fuse that can be used stably for a long period of time without breaking even if the steady load varies somewhat.
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、負荷が多少変動したとしても破断することがなく、安定して長期間使用できるメカニカルヒューズ該メカニカルヒューズを備えた動力伝達系の連結構造を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and is a mechanical fuse that can be used stably for a long period of time without breaking even if the load fluctuates somewhat. The power transmission system coupling structure including the mechanical fuse The purpose is to obtain.
(1)本発明に係るメカニカルヒューズは、チタン合金からなり、疲れ限度比が0.7以上であることを特徴とするものである。 (1) The mechanical fuse according to the present invention is made of a titanium alloy and has a fatigue limit ratio of 0.7 or more.
(2)また、上記(1)に記載のものにおいて、前記メカニカルヒューズは、動力伝達系に設けられた連結部に設置されるシャーボルトであることを特徴とするものである。 (2) Further, in the above (1), the mechanical fuse is a shear bolt installed in a connecting portion provided in a power transmission system.
(3)また、本発明に係る動力伝達系の連結構造は、上記(2)に記載のメカニカルヒューズを有する動力伝達系の連結構造であって、駆動側と従動側のそれぞれに設けられたフランジ部を、前記メカニカルヒューズであるシャーボルトを介して連結してなることを特徴とするものである。 (3) A power transmission system coupling structure according to the present invention is a power transmission system coupling structure having the mechanical fuse described in (2) above, and is provided on each of the drive side and the driven side. The parts are connected via a shear bolt that is the mechanical fuse.
本発明に係るメカニカルヒューズは、チタン合金からなり、疲れ限度比が0.7以上であるので、負荷が多少変動したとしても、破断することがなく長期間安定して使用ができる。 Since the mechanical fuse according to the present invention is made of a titanium alloy and has a fatigue limit ratio of 0.7 or more, even if the load fluctuates somewhat, it can be used stably for a long time without breaking.
[実施の形態1]
メカニカルヒューズは、種々の動力伝達系における駆動側と従動側(例えば駆動軸と従動軸)の間に設置されるが、本実施の形態では圧延設備における動力伝達系に用いた場合を例に挙げて説明する。
また、メカニカルヒューズの形態としては、シャーボルト、シャーピン、シャープレート等があるが、本実施の形態ではシャーボルトを例に挙げて説明する。
[Embodiment 1]
The mechanical fuse is installed between the drive side and the driven side (for example, the drive shaft and the driven shaft) in various power transmission systems. In this embodiment, the mechanical fuse is used as a power transmission system in rolling equipment. I will explain.
In addition, as a form of the mechanical fuse, there are a shear bolt, a shear pin, a shear plate, and the like. In this embodiment, a shear bolt will be described as an example.
図1は本発明の一実施の形態に係るメカニカルヒューズを設置した圧延設備の動力伝達系の概要を説明する説明図である。
圧延設備の動力伝達系は、駆動装置であるモータ1、モータ1の回転軸に接続された減速機3、減速機3の出力軸に継手部材5を介して一端側が接続されたリードスピンドル7、リードスピンドル7の他端側に接続されたピニオンスタンド9、ピニオンスタンド9の出力軸側に設けられたユニバーサルジョイントスピンドル11、ユニバーサルジョイントスピンドル11に接続されたワークロール13を備えている。
シャーボルト19は、減速機3の出力軸に接続された継手部材5のフランジ部15とリードスピンドル7のフランジ部17を連結する連結部材として設置されている(後述の図2参照)。
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining an outline of a power transmission system of a rolling facility provided with a mechanical fuse according to an embodiment of the present invention.
The power transmission system of the rolling equipment includes a
The
図2は図1において四角で囲んだA部の拡大断面図、図3は図2の矢視A−A断面図、図4は図2の矢視B−B断面図である。以下、図2〜図4に基づいて本実施の形態に係るシャーボルト19を含む連結部の構造について説明する。
本実施の形態に係る連結部の構造は、フランジ部15を有する継手部材5と、フランジ部15に当接するフランジ部17を有するリードスピンドル7と、各フランジ間に挿通された8本のシャーボルト19と、継手部材5に取り付けられた落下防止板21と、落下防止板21を継手部材5に取り付ける押えボルト23と、落下防止板21の位置を決める位置決めピン25と、を構成部材としている。
以下、各構成部材を詳細に説明する。
2 is an enlarged cross-sectional view of a portion A surrounded by a square in FIG. 1, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. Hereinafter, the structure of the connecting portion including the
The structure of the connecting portion according to the present embodiment includes a
Hereinafter, each component will be described in detail.
<継手部材>
継手部材5は、内面にギア27が形成された円筒体からなり、その一端に継手部材5と接続するためのフランジ部15を有している。筒内には減速機3の出力軸29が挿入されている。フランジ部15には複数(この例では24個)のボルト穴31が形成されている。
<Fitting member>
The
<リードスピンドル>
リードスピンドル7は、円筒体からなり、端部に継手部材5のフランジ部15とシャーボルト19を介して連結されるフランジ部17が形成されている。フランジ部17には、継手部材5のフランジ部15と同様に24個のボルト穴32が形成されている。
<Lead spindle>
The
<シャーボルト>
シャーボルト19は、継手部材5のフランジ部15とリードスピンドル7のフランジ部17のボルト穴31、32に挿通されて、両者を連結している。
図5は図3における矢視C−C断面図である。シャーボルト19は、図5に示すように、6角ボルトからなり、その本体部の軸方向中央部に円周方向に細溝状のノッチ33が形成されている。シャーボルト19を設置状態では、ノッチ33がフランジ部15、17の当接面と一致するようになっている。
<Sherbolt>
The
5 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. As shown in FIG. 5, the
シャーボルト19は、チタン合金からなり、その疲れ限度比は0.9である。
シャーボルト19の材料であるチタン合金の化学成分の一例を表1に示す。なお、シャーボルト19は、表1に示すチタン合金を、加熱温度850℃にて熱間鍛造を行ない、720℃で焼鈍した後、機械加工により形成したものである。
The
Table 1 shows an example of chemical components of a titanium alloy that is a material of the
図6は本実施の形態に係るチタン合金の疲労特性を示したグラフであり、縦軸が最大応力、横軸が繰り返し数を示している。
疲労特性の評価は、JIS Z2274の方法により行い、疲れ限度と引張強度から疲れ限度比を求めた。
図6に示すように、本実施の形態のシャーボルト19の材料であるチタン合金の疲れ限度比は0.9である。図7は、本実施の形態のチタン合金と、一般鉄鋼材料(SCM440)の疲れ限度比を比較して示す図である。図7に示すように、本実施の形態のチタン合金の疲れ限度比は一般鉄鋼材料に比較して極めて大きく、このことは、長期間使用後に変動トルクが作用しても破断することがないことを意味しており、安定的な使用が可能である。
FIG. 6 is a graph showing the fatigue characteristics of the titanium alloy according to the present embodiment, where the vertical axis indicates the maximum stress and the horizontal axis indicates the number of repetitions.
The fatigue characteristics were evaluated by the method of JIS Z2274, and the fatigue limit ratio was determined from the fatigue limit and the tensile strength.
As shown in FIG. 6, the fatigue limit ratio of the titanium alloy that is the material of the
<落下防止板>
落下防止板21は、シャーボルト19が破断してシャーボルト19による連結が切れたときに、従動側の継手部材5が落下するのを防止するための部材である。
落下防止板21は、円弧状の板材からなる取付部35と、取付部35の外周縁に取付部35に対して直角方向に屈曲して形成された支持部37とを備えている。取付部35には3個のボルト穴が設けられており、このうちの両端のボルト穴には落下防止板21を継手部材5に取り付ける押えボルト23が挿入され、真中のボルト穴には落下防止板21を継手部材5に仮止めする位置決めピン25が挿入される。
<Fall prevention plate>
The
The
落下防止板21は、設置状態において、支持部37がリードスピンドル7のフランジ部17を支持するようになる。
落下防止板21は、この例では4枚設けられているが、その枚数は限定されない。
The
In this example, four
<押えボルト>
押えボルト23は、落下防止板21を継手部材5に固定するためのボルトであり、図2に示されるように、取付状態で継手部材5のフランジ部15よりも延出しない長さに設定されている。
<Presser bolt>
The
<位置決めピン>
位置決めピン25は、落下防止板21を継手部材5に仮止めするための部材であり、押えボルト23と同様に、取付状態で継手部材5のフランジ部15よりも延出しない長さに設定されている。
<Positioning pin>
The
以上のように構成された連結部の構造を備えた、駆動系の動作を説明する。
通常の使用状態においては、モータ1の駆動力が、減速機3、シャーボルト19、リードスピンドル7、ピニオンスタンド9及びユニバーサルスピンドル11を介してワークロール13に伝達される。その際、シャーボルト19の疲れ限度比が0.9であり、従来のものに比較してその値が非常に高いので、長期使用状態において、定常トルクを超える多少のトルク変動があっても、そのトルクが破断トルクの90%を超えない限り破断することがない。
変動トルクが破断トルクの90%を超えることは通常考えられないので、シャーボルト19は破断トルクが作用しないかぎり、半永久的に使用できる。
The operation of the drive system having the structure of the connecting portion configured as described above will be described.
In a normal use state, the driving force of the
Since it is usually not considered that the fluctuating torque exceeds 90% of the breaking torque, the
このことは、通常の鉄系金属からなるシャーボルト19の疲れ限度比が0.3〜0.5程度であり、長期使用状態で破断トルクの30%〜50%を超えると破断することに比較すると、そのような破断がなくなり、それによる機器の損傷などを考えると、その効果は非常に大きい。例えば、本実施の形態に示したように、圧延設備における動力伝達系において、トルク変動によってシャーボルト19が破断してしまうと、圧延中の鋼板が製品として使用不能となり、その損害が甚大なものになる。
この点、本実施の形態によれば、そのようなことがないので、設備の安定的な使用が可能になり、その効果は大きい。
This is compared to the fact that the shear limit ratio of the
In this respect, according to the present embodiment, such a situation does not occur, so that the equipment can be used stably, and the effect is great.
また、長期の使用をしても、破断トルクに対して90%のトルクが作用しなければ破断することがないので、通常使用状態でのトルク変動が大きい駆動系の動力伝達に用いることができる。このため、使用できる対象機器が増え、種々の用途に使用できる。 Further, even if it is used for a long time, it will not break unless 90% of the torque is applied to the breaking torque, so that it can be used for power transmission of a drive system having a large torque fluctuation in a normal use state. . For this reason, the object apparatus which can be used increases and it can be used for various uses.
以上のように、本実施の形態においては、シャーボルトをチタン合金からなり疲れ限度比が0.9のものを使用したので、長期間の使用においても、トルク変動があってもそれによって破断することがなく、安定した使用ができる。
また、トルク変動が大きい動力伝達系にも使用できる。
As described above, in this embodiment, a shear bolt made of a titanium alloy and having a fatigue limit ratio of 0.9 is used. It can be used stably.
It can also be used for power transmission systems with large torque fluctuations.
なお、上記の実施の形態においては、メカニカルヒューズの例としてシャーボルトを例に挙げたが、本発明はこれに限られるものではなく、疲れ限度比が0.7以上のチタン合金で形成された、例えばシャーピン及びシャープレートも含む。 In the above embodiment, the shear bolt is taken as an example of the mechanical fuse, but the present invention is not limited to this, and is formed of a titanium alloy having a fatigue limit ratio of 0.7 or more. For example, shear pins and shear plates are also included.
1 モータ
3 減速機
5 継手部材
7 リードスピンドル
9 ピニオンスタンド
11 ユニバーサルジョイントスピンドル
13 ワークロール
15、17 フランジ部
19 シャーボルト
21 落下防止板
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JP2007144769A JP2008298174A (en) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | Mechanical fuse and connecting structure of power transmission system including the mechanical fuse |
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JP2010196771A (en) * | 2009-02-25 | 2010-09-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Shaft coupling |
CN117020094A (en) * | 2023-10-09 | 2023-11-10 | 三鑫重工机械有限公司 | Roller forging table |
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2007
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