プロペラシャフト (軽自動車~大型車まで対応可能)

プロペラシャフト(推進軸)の加工製作

プロペラシャフト
  • 自動車用プロペラシャフト(推進軸)の延長/短縮加工
  • プロペラシャフト(推進軸)のバランス調整
  • 動力伝達部品の認可を得るための強度計算作成


概要

 プロペラシャフト(推進軸)は、エンジンが発生した動力をタイヤに伝えるための動力伝達装置として取り付けられています。
 高速回転する推進軸は、振れや不釣り合いがあると大きな振動を発生する回転部品であり、共振による破壊の問題もクリヤしなければなりません。また、動力伝達装置の変更は、重要保安部品として陸運局での審査対象となります。


プロペラシャフトの加工必要事例

  • オートマチックミッションからマニュアルミッションに変更した際、ギヤボックス寸法の変化によるシャフト長さ変更。
    BMWリムジン用アルミ合金製プロぺラシャフト
  • ストレッチリムジンなど、ホイールベース寸法を変更したことによって新規軸設置が必要になった。
  • エンジンとギヤボックスを他社製に変更したことによってフランジ形状が変わったのでフランジ/ジョイント部分の付け替え作業が必要になった。
    ロールスロイスファントムリムジン用特注シャフト
  • エンジンを高出力のものに変更することによって標準装着部品では強度が足りないことがわかったので強度の高い軸への交換が必要になった。
  • プロペラシャフトが原因で振動するので、バランスをとり直したい。


   プロペラシャフトは非常に重要な機能部品です。数千~数万回転という非常に高速で回転する部品なので、わずかな偏芯、芯ブレ、重量バランスの狂いがシャフトの破壊、車体の低周波振動による異音、軸受けの破損などの不具合を招きます。高回転、高速度の車両ほど高精密な作業が必要です。
 ここで提供する推進軸加工作業は、熟練した溶接技術と締結の職人が作業にあたりますので、加工したもので安心して使用することができます。 外径60~80mm前後までのシャフト太さの普通車だけでなく、大型車の外径100mm以上の太いシャフトの加工にも対応可能(要相談)です。

 また、鋼管・棒鋼などの機械構造用炭素鋼によるプロペラシャフトドライブシャフトの強度計算・資料作成が必要な方には、強度計算書の作成を含む陸運局への改造申請もお受けいたします。
 プロペラシャフト・ドライブシャフトの加工、変更には陸運局へ変更の申請と強度計算書の提出が必須です。

 新素材使用による軸製作に伴う強度計算は、今までは鋼にしか適用できない計算書式が用いられてきましたが、鉄以外の材料数値の異なる素材(樹脂など)を用いたものについての計算を行うことができます。(ただし、各種係数の値が必要)


推進軸の特徴・抱える問題

 推進軸は、プロペラシャフト,ドライブシャフトなどともよばれています。この部品は両端にミッション出口・デフへとつながるフランジ、ユニバーサルジョイント、センターベアリングなどの部品から構成されています。動力を伝えるただの棒だと思われがちですが実際には大変重要な働きをしています。

 どんなに精度の良い軸でも偏芯を全くゼロにすることはできません。必ずわずかながら偏芯が生じ、回転遠心力によるアンバランスがあります。自重によるたわみも生じます。
 軸が抱える問題の一つに、軸の両端を支えて回転させて回転速度を上げていくとある回転数以上で急激にたわみが理論上無限大となり、変形したり破壊することがあり、この回転数を「危険回転数」とよびます。
 ほかの呼び方としては、「危険速度」、「振れ回り速度」、「ぱたつき速度」などとも呼ばれるようです。
 回転数の低い機械に使われる軸にはこうした問題は起こりにくいものですが、高速回転する軸については大きな問題となってきます。

 この危険速度の算出は、曲げ振動理論に基づくものです。目的の部品が持つ固有振動数を求めることによって、その部品の共振のピークにあたる回転数を知ることができるものです。
 共振が始まると振動によるエネルギーが大きく増幅されて破壊にまでいたることがあるので、動力伝達軸のようなねじりと高速回転を同時に受けるような部品は安全上の問題から破壊まで至らないよう安全を見込んで設計する必要があります。
 通常、自動車用推進軸では回転の上がり下がりが緩やかであるため、危険回転域を速やかに通り越すことがしずらいということにより、第一次の危険回転速度が問題になります。
 それで第一次振動点の七割以下の回転数の範囲で使用するよう法律で定められています。特に自動車のような人間を乗せて走行する機械は「シャフト破損=命にかかわる大事故に直結」する重要部品ですので、こうした軸の振動に起因する破壊につながりかねない問題には慎重にならざるをえません。

 エンジン・ミッション交換、ボディー加工といった大幅な改造を車両に加える場合、ミッション出口からデフの入り口までの長さ寸法が変化しますので、プロペラシャフト加工の中での長さを変更希望のお問い合わせが一番多いです。


推進軸の設計・加工のポイント

  • 危険回転数
    上記にも書きましたが、シャフト本体の危険回転数を超えないようにするのは最も基本的な軸の検討項目です。
    どんなものにもその物体が持つ固有の振動数がありますが、回転軸についてはその軸の固有振動数と回転数が近づくと、共振状態となり激しい振動が発生します。
    共振が始まると振動エネルギーが何倍にも増幅されて、シャフトが急に破壊したり折れたりすることがあるようです。縄とびの紐のように振り回されるようなイメージかもしれません。
    一次振動、二次振動などがありますが、非常に高回転の軸では共振点をすぐに通りすぎるので共振振動の影響は小さくてすみますが、自動車用プロペラシャフトの場合は軸の回転の上昇が比較的ゆっくりなので一次振動を問題にします。
    法律では、一次振動に到達する危険回転数の70%以下の範囲内で使用することが定められています。
    最高速度が比較的遅い車を改造ベースにする場合、惰力で走行する時(例えば坂道をニュートラルで高速で降坂する場合など)は危険回転数に接近する場合が考えられるので注意が必要です。
    普通、タイヤが回転する速度の3倍から5倍程度の速度で軸が回転しています。回転バランスのくずれやシャフト本体の回転限界を超えると折れたり破損したりする可能性があります。
  • 推進軸の交角
    世界的にほとんどの標準車メーカーが推進軸の長さを変えるとき、推進軸の変更に伴う最大許容交角を6~8度以内の角度とするように求めています。この基準値を守る必要があります。
    メーカーの設計として、通常の積載時にほぼ一直線、つまり0度付近になるように配置するのが普通だということです。
    一般的な十字継ぎ手を用いるユニバーサルジョイントは不等速のため、十字継ぎ手の使用方法に基づいて左右のジョイント角度を等角度にするか一直線に配置しないと起震力が発生し、異音や故障の原因になります。
  • 推進軸の振動対策
    推進軸の異音・振動は、ホールベースの延長・短縮などのシャフトの増設に起因する問題が多く、発生しやすいものです。
    対策としては以下の事柄が考えられます。
    手っ取り早い対策は交角を変えてみることです。ジョイント部分の起振力を抑えるということです。
    センターベアリング部分にスペーサーを追加して交角を変更する、アクスルの角度調整シムを追加する、推進軸の組み合わせ長さを変えてみる、推進軸の動バランスをチェックし修正するなどの方法があります。
    また、純正軸であっても芯がずれていて芯ブレを起こしていることが多々ありますので、チェックが必要です。


加工依頼

  • 加工に必要な情報および部品等
    • 車検証のコピー
    • 加工したいプロペラシャフト
    • 加工希望寸法図(大まかな図に希望寸法を記入したものでOKです。)
      加工の可否を上記情報から検討させていただき、お客様ご了承のうえ加工いたします。
  • 加工期間
    • ご依頼本数および難易度によって変わりますが、加工に約三週間~一ヶ月ほどかかります。期間に余裕をもってご依頼ください。
  • バランス修正のみのご依頼いただけます。
     (軽自動車~大型車まで対応可能)

ダブルカルダンジョイント プロペラシャフト

車高を5.5インチアップした車両、ランクル80の「プロペラシャフトからの異音、及び振動がなくなり快適になった」というお客様からのお喜びのメールをいただきましたので、ご紹介させていただきます。 四輪駆動車(4WD)にお乗りの方、必見です。


お客様からのお喜びの声 抜粋

ダブルカルダン装着車両

お世話になります。

本日さっそく届いたシャフトを装着させていただきました。
一言で言うと…最高です!
不快なペラ鳴りもなく、振動も皆無です!
メリオス様に依頼し、本当によかったと心から感謝しております。

以前のノーマルのシャフトでは、ゴリゴリと不快な音がしていたのですが、
この度作成していただいたシャフト(ダブルカルダン)により、可動領域が増え、見事解決することができました。
最初にお問い合わせした時は、色々と不安ありましたが、親切丁寧に対応、ご説明していただき、不安なく依頼することができました。
また何か機会がありましたら、ご連絡させていただきたいと思います。
この度は本当にありがとうございました。

Gallery

ダブルカルダンジョイント
ダブルカルダンジョイント

ダブルカルダン装着 ①
ダブルカルダン装着①

ダブルカルダン装着 ②
ダブルカルダン装着②


※ お客様から許可をいただき、掲載させていただいております。


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