tsurfの機械設計研究室

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機械設計技術者 実際の4大力学の使用頻度(結論:ほとんどが高校物理がメイン+設計者のカン)

本ブログの御訪問ありがとうございます。
機械設計歴20年以上のtsurfと言います。

 

今回は 以下に関する記事です。

機械設計技術者 実際の4大力学の使用頻度
(結論:ほとんどが高校物理がメイン+設計者のカン)

 

⇩本記事は以下の方にオススメです⇩

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とある未経験設計者

機械設計の職についたけど
自分は4大力学の知識がないよ
ついていけるかなぁ?

 

⇩本記事を読むと以下が わかります⇩

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管理人TSURF

本記事は機械設計業界で
不安を抱えている新人の方向けです。


逆に4大力学を使うほうが稀です。
高校物理がメインです。

 

 

①結論

そもそも機械設計は、すべて計算で
成り立っているわけではありません。

 

例えば、 以下のようなものはカンで決めることが多いです。

  • 駆動系などのベースプレートの板厚、材質
  • ボルトのサイズ
  • 軽~中量物のブラケットなどの板厚

こんなものをいちいち 材料力学で、板厚および
材質選定していたら いくら時間があっても足りません。

 

では、どういう時に計算をするのでしょう?
例えば 以下のような時です。

  • 重量物を支えるブラケットの強度計算(材料力学)
  • 異常に力のかかる場所の強度計算(材料力学)
  • モーターやエアシリンダーの選定計算(高校物理)

 

上記以外で、私の経験としては以下がありました。

  • ヒーターなどを使う場合はヒーターの容量計算(熱力学)

 

つまり、モーターやエアシリンダーの選定計算』以外の計算は
設計する装置によりますが、結構稀です。

装置によっては、ほとんど必要しなかったりします。

 

 

②設計者のカンの例

駆動系のベースプレートの
板厚、材質

私は駆動系のベースプレート等に関しては、
よほどの理由がない限り、強度計算をしません。

 

では、どうやって決めているかというと、
材質に関しては

  • 軽量化が必要な個所はアルミ
  • それ以外は 鉄ベースのもの

といった具合です。

 

板厚に関しては、板材の板厚から選びます。

 

例えば、平面度や平行度が必要なプレートであれば、
9tの板の両面を削って平面度 平行度を出すので
片側0.5mm程度削って8±0.05mmにするなどです。

 

それほど 平面度や平行度が必要でないならば、
板材の板厚そのままで使用します。

 

では、もともとの板厚はどうやって決めているのか?
ですが、これはカンです。

  • 駆動系が軽量物であれば、6t
  • 駆動系が重量物であれば、9t以上

といった具合です。

 

 

ボルトの材質、サイズ

ボルトの材質やサイズの選定ですが、
こんなものは、いちいち材料力学で計算しません。

こんなものまで 強度計算をしていたら
それこそ、どんなに時間があっても足りません。

 

そもそもですが、
回り止めと強度の保証のために、複数本のボルトを使用します。


機構をみて、
だいたいそれに合うボルトを適当な締結個所で検討します。

 

 

③なぜカンでいいのか

例えば、
軽量駆動系のベースプレートの材質と板厚を
材料力学で多くの時間を掛けて、
最適材質と板厚を算出したとします。

その結果、
『ベースプレートの材質はアルミで板厚1.5でmmで十分』
という計算結果が出たとしましょう。

アルミの1.5mmに駆動系の固定をM4で考えたら、
さすがにエンザートを入れたくなりますが、
板厚1.5mmではエンザートは入りません。

では、ボルト&ナットで固定するのでしょうか?
そんなことしたら『組み立て』から苦情がでます。

 

ボルト&ナットは、組み立てにとって非常に手間です。

組み立て

なんで、単純な固定なのに
ボルト&ナットなんだよ

 

だったら、
鉄+メッキで 軽量駆動系であれば板厚6tとしてしまえば

  • 安全率が10倍 100倍になろうが問題ない
  • 実は値段も それほど変わらなかったりする
  • 直接タップが切れることにより、組み立てやすい
  • 余計な手間をかけずに設計が終わる

上記の結果になるのです。

 

 

④設計者による計算が必要な例

概要

流体力学や熱力学は省きます。
設計しているジャンルによりますが、かなりレアだからです。

 

設計者による計算が必要な例は以下となります。

  • 重量物を支えるブラケットの強度計算(材料力学)
  • 異常に力のかかる場所の強度計算(材料力学)
  • モーターやエアシリンダーの選定計算(高校物理)

 

そのうち

  • 重量物を支えるブラケットの強度計算(材料力学)
  • 異常に力のかかる場所の強度計算(材料力学)

というのは、あなた が入社する会社が設計、製造する
装置によっては、材料力学による強度計算は稀かもしれませんし、
まったく必要ない場合もあります。

 

重要になるのは
モーターやエアシリンダーの選定計算
(高校物理)です

 

 

機械設計者にとっての
モーターやエアシリンダーの選定計算

上述のとおり、私はモーターやエアシリンダーの選定計算は
重要だといいました。

たしかに重要なのですが、選定計算は絶対のものではありません。
なぜなら、選定計算の結果が正しいのかどうかはわからないからです。

 

なぜなら、モーターやエアシリンダーの選定計算
をしたとしても、実際の機構で計算が妥当だったかどうかの検証は
できないし、しないからです。

したがって、モーターやエアシリンダーの選定計算が
完璧だとしても、それは完全な保証とは言えないのです。

 

では、なぜモーターやエアシリンダーの選定計算が重要なのでしょう。
それは、設計の根拠となるからです。

例えば、実際に あなたの設計した駆動機構を
あなたの選定したモーターやエアシリンダーで動かしてみた場合
もし、出力不足で動かなかったとしましょう。

 

その時に

組立&制御

なぜ、動かかないんだ
ちゃんと計算はしたのか?

 

と言われた時に、

とある設計者

ちゃんと計算をしました

 

と言えるためのものです。

 

 

大切なのは計算をしたかどうか

勘違いしてほしくないのは、
『ちゃんと計算をしたかどうか』であって
『間違っているかどうか』ではありません。

 

間違っている分には、選定しなおして、次から
その間違いをしないようにすればいいからです。

しかし、動作不良の不具合があった場合

とある設計者

選定計算をやっていませんでした

 

は通用しません。

 

組み立ても制御も、限られた時間の中で、
あなたの設計した機械を組み立てて、試運転をします。


まだ 計算ミスで、駆動系が動かなかったのなら
仕方ないですが、
そもそも選定計算をしていないとなると話は別です。

 

組立&制御

こっちは限られた時間の中で
組み立て 調整を行っているんだ!!

そもそも計算をしていないとは
どういうことだ!!

となります。

 

こうならないように
モーターやエアシリンダーの選定計算は
必要なのです。

 

私は、機械設計を目指す方に対して 萎縮させてしまう言い方は
好きではないのですが、どんな仕事にも厳しい部分はあります。
機械設計にも厳しい部分はあります。

しかし、モーターやエアシリンダーの選定計算は、
それほど難しくはありません。

モーターの選定計算に関しては、慣性モーメントさえ理解できれば
高校物理で十分理解可能です。

 

⇩以下の記事をご参照ください⇩

 

⑤まとめ

  • 4大力学なんて、使うほうが稀
  • ほとんどは高校物理で事足りる
  • 実際には、それほど重要でない部分は
    設計者のカンで行うこともある
  • ただし、モーターやエアシリンダーの選定計算は別
  • あなた の設計、計算した駆動機構で
    『出力不足でうごきませんでした』は通用しない
  • モーターの選定計算に関しては、慣性モーメントさえ
    理解できれば、高校物理で理解が可能

 

本記事は以上です。
最後までお読みいただきありがとうございます

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