エンジニアのための技術講座

ローコストオートメーション講座

掲載日:2003年03月25日

カテゴリ : 駆動機構設計

第106回 動きを持つ構造設計−2:力学とLCA

 アクチュエータを持つ簡易自動機(LCA)の設計は、機械の寸法や重量、強度などのほかに速度、アクチュエータに必要な負荷の大きさを決めなければなりません。
 以降では、操作性・制御性・高精度に優れる電動モータと、出力/重量比が大きく速度調整が容易な空圧シリンダを例に、力学とLCAを解説します。

(1)直線運動機構と力学の関係

 【図1】は代表的な直線運動機構です。

図1

 アクチュエータは電動モータ式としていますが、電動モータとボールねじ、連結部品(カップリング)を交換すれば空圧シリンダ方式も同じ構造となります。
 静止状態では力はつりあい状態にあります。したがって剛性設計が主なテーマです。

静止状態のLCA機構設計 → 「力のつりあい」の剛性設計

 直線運動状態における力の作用状態(力学)は【図2】と単純化できます。

図2

 電動モータの回転力でボールねじを回転させ、その回転トルクを直線方向の力に変換させる機構です。この状態では、「ニュートンの運動の法則」の3つの法則が関係してきます。

運動状態のLCA機構設計 →
 移動体の重量と変動する位置、速度/加速度、慣性力への対応設計
 (「ニュートンの運動の法則」)

■ニュートンの運動の法則
運動の法則法則内容
第1法則慣性の法則物体に外力が作用しなければ運動状態は変わらない。

【例】
1.宇宙空間での人工衛星の飛行状態
2.電車内で加速度が変わると体が揺れる
第2法則運動方程式物体に外力が働くと加速度が生じる。加速度の大きさは外力に比例し、力が作用した方向に生じる。

【例】
エンジンの回転数を上げると加速度が大きくなる。その大きさは車の重量に反比例する。
第3法則作用・反作用2個の物体間に力が作用するとき、その力の大きさと同じで反対方向にも力が作用する。一方を作用、他方を反作用という。

【例】
車の急発進時、加速度が急激に大きくなると慣性力が体に働く。このとき、体を支える座席シートが変形すると同時に、シート側からの反作用の力が体に戻ってくる。

 次回は、慣性力とLCA構造について解説します。

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