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第 8 章 市販部品を利用する設 計

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Academic year: 2021

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(1)

第 8 章 市販部品を利用する設 計

★

電気モータ,計測・制御関連部品。

電気関連

運動伝達部品

★

回転運動,直線運動,ばね。

市販部品をうまく利用すれば,

機械の設計や製作の迅速化につながる!

(2)

8.1  電気モータ

機械を動かす原動機

熱機関(エンジン) 電気モータ

・燃料の補給

・高出力な機械的エネル ギー

・送電線またはバッテリ

・主に屋内で使用する機械

(3)

課題①

 電気モータには直流モータと交流モータがある。

それぞれの特徴をまとめなさい。

(4)

(1) モータの種類と特徴

(a) 直流モータと交流モータ

★ 出力制御が簡単で,応 答性がよく。

★ 小型機械でよく使われ る。

直流モータ 交流モータ

★ 価格が安く,大型化・

大出力化が容易。

★ 工作機械等の汎用機械

。

(5)

課題②

 メカトロニクス機械には,ステッピングモータ やサーボモータがよく使われる。それぞれのモー タについて説明しなさい。

(6)

(b) ステッピングモータ

★ 回転角度が,入力パルスの数に比例。

★ 高精度な運動を必要とする機械に使用される。

ステッピングモータ

(7)

★ ステッピングモータを使用した機械

左右後輪に正確な回転運動を与える必要!

電動車いすの模型

(8)

(c) サーボモータ

★ 制御の対象の状態を測定し,基準値と比較して自動的に 修正制御する??

★ 任意の回転角度に合わせる制御機構を持つモータ。

サーボモータ(ラジコン模型用)

(9)

★ サーボモータを使用した機械

尾ひれを任意の角度で動かしたい!

魚ロボット

(10)

★ サーボモータを使用した機械

複数のサーボモータを同期運転させている!

動揺台(ターンテーブ ル)

(11)

★ スターリングエンジン用発電機の性能評価装置

サーボモータ トルク計 IPM 発電機

(12)

(2) モータを使用する際の注意点 (a) モータの特徴

★ 使用する機械に最も適したモータを選択する!

(13)

(b) トルクと回転数

★ 機械のトルク,出力,回転数に適したモータを選定。

★ 通常は歯車機構などにより減速する。

電気モータの性能表(マブチ RS-540S H )

(14)

(c) 電源の検討

★ 家庭用コンセントや工場の配電盤などの容量(アンペ ア数)。

★ 電圧( 100 V または 200 V )や形態(単相または三相)

。

★ バッテリや乾電池の容量(連続使用時間)。

配電盤

(15)

課題③

 熱機関(エンジン)と電気モータの特徴をまと めなさい(利点と問題点)。

(16)

8.2  メカトロニクス

日常使われる多くの機械が電子制御化されてい る!

メカトロニクス エレクトロニク

(電子技術)ス

メカニクス

(機械技術)

+

(17)

(1) 機械の制御

(a) 蒸気機関の遠心調速機

★ 制御とは,目的とする状態に保つために適当な操作を 加えること。

(18)

(b) 自動車の電子制御エンジン

エンジンが必要と する燃料の量と噴 射のタイミングを 電子制御装置に よって正確に制御 する。

吸入空気量 エンジン回転数

冷却水や吸入空気の温度 排気管内の酸素濃度 運転条件

(19)

課題④

 機械式制御と電子制御(マイコン制御)の特徴 をまとめなさい(利点と問題点)。

(20)

(2) センサ

(a) 荷重センサ

★ ひずみゲージは最も代表的な荷重センサ!

ひずみゲージ ロードセル

(21)

(b) 圧力センサ

スターリングエンジンの圧力センサ

(22)

(c) 位置センサ

★ 物体の有無を検知する!

フォトインタラプタ 使用例

(23)

(d) 回転角度センサ

ロータリエンコーダ

(24)

(e) 変位センサ

★ 物体との距離を測定する!

レーザ変位センサ 渦電流式変位センサ

(25)

(f) 温度センサ

熱電対 使用例

(26)

課題⑤

 家電機械に,何らかのセンサと制御回路を取り 付け,高性能化・高機能化を図りたい。具体的な 方法を提案しなさい。

荷重センサ

圧力センサ

位置センサ

変位センサ,温度セン サ・・・

(27)

8.3  回転運動伝達部品

歯車(第 6 章)

チェーン ベルト

クラッチ・・・

(28)

課題⑥

 回転運動の伝達には歯車などの要素部品が使わ れる。その他の回転運動伝達部品として,チェー ン,ベルト,クラッチなどがある。それぞれの特 徴を説明しなさい。

(29)

(1) チェーン

★ 滑りがなく大きい動力を確実に伝えることができる。

★ しかし,重い!

チェーン 使用例

(30)

(2) ベルト

★ 軽量で静粛。

★ 衝撃的な荷重をベルトで吸収できる。

★ 潤滑の必要がない。

平ベルト V ベルト タイミングベル ト

(31)

(3) クラッチとブレーキ

★ クラッチは動力の伝達と遮断に使われる。

★ ブレーキは,機械を止める場合や起動・停止を繰り返 して行う場合などに使われる。

多板式クラッチ ワンウェイク

ラッチ 電磁クラッチ

(32)

課題⑦

 一般の自転車にはチェーンが使われている。

チェーンを使わない方式の自転車を考え,その特 徴を説明しなさい。(図を用いて説明するこ

と。)

(33)

8.4  直線運動伝達部品

回転運動 一定速度=扱いやすい

往復運動 速度変動=慣性力の増大=設計困難

(34)

(1) 直動軸受

★ 回転運動用の転がり軸受と同様,

球の転がり運動を利用している。

(35)

(2) リニアアクチュエータ

回転式モータとラック

を利用した形式 サーボ制御を利用した形式

(36)

(3) カムフォロア

★ カム機構などの支持などに使う。

カムフォロア

(37)

(4) ロッドエンド

★ 往復運動のロッド端部の取り付けなどに使う。

ロッドエンド

(38)

課題⑧

 リニアアクチュエータの特徴を活かした機械を 考えなさい。(図を用いて説明すること。)

回転式モータとラック

を利用した形式 サーボ制御を利用した形式

(39)

8.5  ばね

弾性 ばね

力を受けて一時的に変形している物体は

,力が取り除かれると元に戻ろうとする 性質。

弾性を有効に利用した部品。

(40)

(1) ばねの種類

★ 小さいばねを含めれば,ほぼ全ての機械に使われてい る!

コイルばね 板ばね

止め輪

(41)

(2) ばねの特徴

★ たわみ,復元性がある。

★ エネルギーを蓄えることができ る。

★ 固有振動数を持つ。

【注意】共振は機械の破損につなが る!

弾性体を利用した 防振装置

(42)

8.6  市販部品を組み合わせる設 計

計測用車いす

★ 市販されている部 品をうまく組み合わ せることで,十分な 機能を持つ機械を設 計することができる

。

(43)

★ 測定部の構成

(44)

★ トルク測定装置

ひずみゲージ

(45)

★ 回転角度の測定

ロータリエンコーダ

(46)

★ 測定結果の一例

参照

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