Õ 隕石を球形（半径ｒ）とみなす

＜隕石衝突によるエネルギー＞ 　　

カルキングを使った計算シュミレーション（単位計算）

計算の簡素化のための仮定

Õ

材料力学＜断面2次モーメント＞

作図機能で作成

定義 ↓

x O

軸に関する断面2次モーメント（慣性モーメント）:

y r

= d >0 J_x ó

õ^Ay² A J_y=ó d >0 õ^Ax² A

断面相乗モーメント: 断面2次極モーメント: x

dA

= d 0 A

J_xy ó

õ^Axy A⋚ J_P=ó d = + >0 õ^Ar² A J_x J_y

y x O

平行な軸への断面モーメントの換算

b c

シュタイナーの法則

= + S

J_x J_xs b²A J_y=J_ys+a²A _x

s

= + A

J_xy J_xsys abA J_po=J_ps+c²A 断面モーメントの中では、重心軸に関する S:重心

モーメントが最小である。 ^a

y_s y

軸を回転した場合の断面モーメント _O

x ϕ

= 2+ + 2

-cos2ϕ- sin2ϕ J_x^_ J_x J_y J_x J_y

J_xy x^_ y^_ y x^_

= 2+ x - 2

-cos2ϕ+ sin2ϕ J_y^_ J_x J_y J_x J_y

J_xy

dA

= 2

-sin2ϕ+ cos2ϕ J_x^__y^_ J_x J_y

J_xy A

y^_ y

主軸ξ、ηの位置

この軸に対して、軸まわりの断面モーメントは 極値をとり、断面相乗モーメントは消失する。

tan2ϕ= -2

0 J_y J_x J_xy

S

主断面モーメント（極値）:

x ϕ₀

= 2+ + 2

-cos2ϕ- sin2ϕ J_x J_x J_y J_x J_y

0 J_{xy 0}

A

= 2+ x - 2

-cos2ϕ + sin2ϕ J_h J_x J_y J_x J_y

0 J_{xy 0}

y h

両軸まわりの断面モーメントの和は、座標系の回転に対して不変である。

ある断面の対称軸は常に主軸である。

逆に、主軸はかならずしも対称軸であるとは限らない。

+ = + = + J_x J_y J

x_ J

y_ J_x J_h 技術評論社「工学技術の公式」より抜粋

＜インピーダンス＞

[例1] 図の回路のインピーダンスは 60サイクルでいくらか。

ここで R＝100[Ω]

上の図の作成方法 C＝ 20[μF]

抵抗、コンデンサ、コイルの部品をそれぞれ コピーして貼り付けます。これらの部品は 大きさや位置を自由に変えられるので 適当な大きさにして、配置します。

作図モードに切り換えて、点や線を補います。

L＝0.1[H] とする。

[解答]

周波数をfで示すと f＝60[Hz]

角周波数をωとすると ω＝2πf 回路の複素インピーダンスは

Z＝R+ ωC

1 + ωL __

i i

Z=( 100 - 94.93 ) [ Ω]

__

i 複素数でも単位計算OK!

絶対値をとって結果を出力

| Z | =137.88[ Ω]

__

[例2] 上の回路において、インピーダンスを最小にする周波数はいくらか [解答]

R + ωL-ωC

2 1

2

インピーダンスは次式であたえられる。

これは ωL=

ωC

1 (1) のとき，最小となる。

ω = LC 1

式(1)を満たすωをω とすれば₀ 0 ← 平方根の式でも単位付き計算OK 2π

ω

=112.54[Hz]

0

求める周波数は

[例3] 右図の回路におけるインピーダンスは 60サイクルでいくらか。

ここで R＝100[Ω]

C＝ 20[μF]

L＝0.1[H] とする。

[解答]

周波数をfで示すと f＝60[Hz]

角周波数をωとすると ω＝2πf

Z=

R+ ωL 1 +

ωC 1 1

1 ( 2)

__

i i 回路の複素インピーダンスは次式で与えられる。

Z=( 92.52 - 44.80 ) [ Ω]

__

i

| Z | =102.80[ Ω]

__

R C L

R L

C

プリント基板におけるインピータンス計算

インピータンス計算式は何種類かあります。

インピータンス測定や断面の測定等のデーターをお持ちの方は、計算結果と比較を行い、

精度の良い式を選択するのも良いでしょう。

このファイルでは、マイクロストリップ、ストリップについての計算式、計算例をご紹介します。

コプレーナ、エッジカップリング等、その他減衰率等を基礎から説明しています。

基礎を理解すれば、計算式がないものでも、基礎より計算式を導き出す事も可能です。

マ イ ク ロ ス ト リ ッ プ ラ イ ン

Z0=Sheet22,1

目標インピータンス ５０_Ω 単位は　ｍｍ

導体間距離（誘電体の厚さ） 0.2 銅箔の幅 0.15 銅箔の厚さ 0.035

比誘電率 4.7

mm mm mm

h=Sheet1 W=Sheet12,1_2,2

t=Sheet1_2,3

比誘電率は真空の誘電率 8.854×10 [ F/m] を １とした誘電体の比率です。

ε =Sheet1_{r 2,4} -12

基板設計上は、厚み方向は、基板材料や目標とする 基板厚さ、メッキの回数で決まりますので、

銅箔の幅でインピータンスを合わせます。

目標とするインピータンス値も入力して、目標値の値を 得るための、銅箔の幅を算出する事をやってみました。

マイクロストリップラインのインピータンス計算の関数 microstrip( x )

h=Sheet1 t=Sheet1 ε =Sheet1

ε = 2 ε +1

+ 2 ε -1

1+ x 10h

-4.6 ε -1

h x h t

ΔW=π t ln

h t +

π t x+1.1

1 4

Wo=x+ΔW Z =30 ln 1+

Wo 4h

Wo 8h +

Wo

8h +π [ Ω]

Z = ε Z

return Z

2,1 2,3

r 2,4

w

r r

-2 1

r

2

2

2 2 1

e

c a

2 2

c w c a

c

W

実効比誘電率 t

h

真空中のインピ－ダンス

計算式は「実用 マイクロ波技術講座理論と実際 第1巻」

に掲載されている物を使用しています｡

マイクロストリップのインピータンス

著者 工学博士　｢小西良弘｣　ケイラボ出版 http://www.quest.co.jp/koni/top.html 作成者　有限会社　テクノ－ル　山本　健治 Z =microstrip(W)_cd

Z =71.6199992029721[ Ω]cd

＜回路計算の例＞

R₁＝100[Ω] R₂＝150[Ω] f 60[ Hz]＝

ω＝2πf L₁＝0.1[ H] L₂＝0.3[ H]

V =5[ V]₁ V =12[ V]₂ M=0.5[ H]

C₁＝ 20[μF] C₂＝ 25[μF] C =30[ F]₁₂ m

=

L +R + C

1 - M

- M L +R +

C

1 + C - C

- C C

I₁ I₂

iw _{1 1}

iw ₁ iw

iw iw _{2 2}

iw ₂

-1

iw ₁₂ iw ₁₂

iw ₁₂ iw ₁₂ V₁

V₂

置き換え計算して、数値計算すると L +R +

C

1 - M

- M L +R +

C

1 + C - C

- C C =

×376.99s ×0.1H+100 +

×376.99s ×20 F

1 - ×376.99s ×0.5H

- ×376.99s ×0.5H ×376.99s ×0.3H+150 +

×376.99s ×25 F

1 +

×376.99s ×30 F - ×376.99s ×30 F - ×376.99s ×30 F ×376.99s ×30 F

= (0.0027046838 + 0.01216166 )S (-0.00091016219 - 0.0078684701 )S (-0.00091016219 - 0.0078684701 )S (0.0022840136 + 0.010059473 )S

iw _{1 1}

iw ₁ iw

iw iw _{2 2}

iw ₂

-1

iw ₁₂ iw ₁₂

iw ₁₂ iw ₁₂

i ^-1 W

i ^-1 m i ^-1

i ^-1 i ^-1 W

i ^-1 m

-1

i ^-1 m i ^-1 m

i ^-1 m i ^-1 m

i i

i i

結果の単位をΩ に指定した場合

（単位として℧（ムーオ）を定義して使うこともできます。）

－１

ローカル変数一覧表表示機能 L +R +

C

1 - M

- M L +R +

C

1 + C - C

- C C

= (0.002705 + 0.01216 )[ ] (-0.0009102 - 0.007868 )[ ] (-0.0009102 - 0.007868 )[ ] (0.002284 + 0.01006 )[ ]

iw _{1 1}

iw ₁ iw

iw iw _{2 2}

iw ₂

-1

iw ₁₂ iw ₁₂

iw ₁₂ iw ₁₂

i W^-1 i W^-1

i W^-1 i W^-1

name attribute value C variable 20μF C variable 30μF C variable 25μF L variable 0.1H L variable 0.3H M variable 0.5H R variable 100Ω R variable 150Ω V variable 5V V variable 12V f variable 60Hz variable 3.1416 variable 376.99Hz

1 12 2 1 2

1 2 1 2

p w

＜複素数の積分例＞

g(x,y, , )= x h e

-2pi(2xx+10yh)

h( , )= x h ó õ

⁰

g(x,y, , )dy dx

1

ó õ

^01-x

2

x h

h(1,2)=0.00020111 + 0.001616i

＜固有値を求める＞ 固有値を求める関数 eigen

★対称行列のとき

A=

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9

{s,V}=eigen(A)

多重代入で、固有値が s に固有ベクトルが V に代入される

求まった固有値

s={55.0000, 16.1803, 8.5065, 6.1803, 5.2573, -5.0000, -5.2573, -6.1803, -8.5065, -16.1803}

求まった固有ベクトル

V=

-0.316 -0.263 0.203 0.138 0.070 0.316 0.442 0.425 -0.398 -0.362 -0.316 0 -0.316 -0.447 -0.316 -0.316 -0.316 0 -0.316 -0.447 -0.316 0.263 -0.398 0.138 0.442 0.316 0.070 -0.425 0.203 -0.362 -0.316 0.425 0.070 0.362 -0.398 -0.316 0.203 0.263 0.442 -0.138 -0.316 0.425 0.442 -0.362 0.203 0.316 -0.398 0.263 0.070 0.138 -0.316 0.263 0.203 -0.138 0.070 -0.316 0.442 -0.425 -0.398 0.362 -0.316 0 -0.316 0.447 -0.316 0.316 -0.316 0 -0.316 0.447 -0.316 -0.263 -0.398 -0.138 0.442 -0.316 0.070 0.425 0.203 0.362 -0.316 -0.425 0.070 -0.362 -0.398 0.316 0.203 -0.263 0.442 0.138 -0.316 -0.425 0.442 0.362 0.203 -0.316 -0.398 -0.263 0.070 -0.138

★非対称行列のとき

C=

1 2 3 4 5 6 4 5 6 7 2 3 4 9 8 6 5 4 3 2 1 2 3 4 6 5 4 3 2 3 4 5 6 9 0 7 8 9 4 3 21 4 6 7 8 9 3 4 5 6 7 9 9 8 8 7 7 6 6 5 4 2 1 3 4 6 7 8 3 2 1 3 4 5 8 9 7 0 3 4 5 {s,V}=eigen(C)

求まった固有値

s={-0.773897463182094, 12.0090694744043, 47.7760550996517}

V=Æ 固有ベクトル V には ∅ が代入されています。

＜エレベータ 駆動部設計計算＞

台形ねじ側（エレベータ側） モータ側

18L075-A 14L075-A

（三ッ星） （三ッ星）

PCD=54.57 PCD=42.45

+ +

リード ７ ｍｍ レバｰシブルモ-タ（オリエンタル) 60Ｈｚ時、定格回転数 1550 rpm Z軸方向負荷 4RK25GN-C → 起動トルク 1400 gf ・cm 、定格トルク 1600 gf ・cm エレベータ 20 kgf 出力 25W、電圧 200V

カセット（実） 18 kgf ギヤヘッド(1/25）

→ ギヤヘッド許容トルク 72 rpm、29 kgf ・cm 4GN25K

合 計 38 kgf

ブレーキリバースパック SBR502

ねじの効率（回転運動を直線運動に変換）η_t ねじの進み角 α 、リード ｐ ｍｍ、 有効径 ｄ ｍｍ₂

摩擦角 λ 、摩擦係数 μ （鋼とポリアセタール 0.15）^{' '} μ =0.15^' α=tan π×22.5

7 = 0.09871

-1 rad

λ = tan μ = tan 0. 15= 0.1489^{' -1 ' -1} rad η =tan(α+λ )

tanα = tan (0.09871+0.1489)tan0.09871

= 0.3917

t '

ねじの逆効率（直線運動を回転運動に変換）η_t^' η = tanα

tan(α-λ )

= tan0.09871 tan ( 0.09871-0.1489)

= -0.5072

t '

'

符号がマイナスにつき、この運動は、不可能である。ねじは自立する。→ ブレーキ不要

リバーシブルモータのブレーキ機構利用 4RK25GNの場合 保持トルク　150 gf ・cm 発生推力 Ｗ kgf とねじ軸トルク Ｔ kgf・ｍ （＝Ｆ× ２ｄ

）

W×p×10=2π×η×T W=38[ kgf] p=7[ mm] η=0.39 T= 2π×ηW×p×10

= 2×0.3938×7×10

= 0.1086 kgf ･ m = 10.86kgf ・cm ベルト張力 F= 2.7285[ cm]10.86[ kgf・cm]

= 3.98 kgf

モータ側出力軸所要トルク（減速機出力軸） T =3. 98×2. 12= 8.438 kgf ・cm_m 安全率 s = 8.43829

= 3.437

＜トランジスタ＞

_{技術評論社}

「工学技術の公式」より抜粋

バイポーラトランジスタ

_+US

R

_C

ドキュメント内 カルキング　印刷サンプル (ページ 73-80)