第3回目Note

講義日程
講義ノートアクセスURL
http://www.osakac.ac.jp/labs/s-jeong/mecha1
第１回： メカトロニクス概要
第２回： メカトロニクスの実際
第３回： 直接伝動機構１：ねじ機構、摩擦車
第４回： 直接伝動機構２：歯車１（歯車の種類とインボリュート歯車）
第５回： 直接伝動機構３：歯車２（歯車の速比、歯車列）
第６回： 直接伝動機構４：カム、つめ車機構（せばね）
第７回： 間接伝動機構：ワイヤ、ベルト、チェイン、（リンク）
第８回： メカトロニクス機器の調査レポート
第９回： 学修達成度中間確認テスト
第１０回：アクチュエータ１：DCモータ（トルクと逆起電力）
第１１回：アクチュエータ２：DCモータ（モータの諸静特性）
第１２回：アクチュエータ３：ステッピングモータ、ACモータ、誘導モータ
第１３回：アクチュエータ４：空、油圧アクチュエータ、メカトロ設計レポート
第１４回：学修達成度最終確認テスト
第１５回：解答/まとめ
講義目標
1. 機械と機構
2. 機械の要素と伝動
① ねじ伝動機構
② 摩擦伝動機構
１ 機械と機構
－ 機械
物体（剛体）の組合せが、
互いに相対運動を行うことで、
入力エネルギーを力学的仕事に変換する物。
－ 機構
物体（剛体）を、互いに相対運動を行えるように
組み立てて連結したもの
機素
対偶
機構を構成する最小単
位の機能を備えたもの
相対運動を行う二つ
の機素の接触部分
 ピストンクランク機構
クランク、棒、シリンダ、ピストン（剛体）の組合せで、互いに相対
運動を行うことで、直動運動と回転運動間の変換を行う機構
機械
機構
回転運動
機素
対偶
ガソリン
２．機械の要素と伝動
物体（剛体）の組合せが、
互いに相対運動を行うことで、
入力エネルギーを力学的仕事に変換する物。
動力から役に立つ運動を作りだすことが必要
動力伝動機構
■伝動機構での機素（部品）の呼び方
・節（リンク）：運動を伝達する機素（部品）
・原動節：最初にエネルギーを取り入れて動く節
・従動節：原動節によって動かされる節
・中間節：運動を伝達する節
・静止節：固定されて運動しない節
■運動の伝達方法
1. 直接伝動機構
機素が直接接触して
運動を伝える
転がり接触
ねじ機構
摩擦車
歯車
カム
つめ車
２．間接伝動機構
原•従動機間に媒介する
機素を入れて運動を伝える
ワイヤ駆動
ベルト駆動
チェイン駆動
リンク機構
すべり接触
ころがりと滑り
巻掛け媒介節
硬質媒介節
２－１ 直接伝動機構：ねじ機構
• ねじ
三角形を円筒の周りに巻きつけてでき
た、らせん状の曲線にそって溝を作っ
て作製した、山と谷を持つ機械要素
𝐴 = 𝜋𝑟 2
リード
リード角
※回転角度と進む距離との関係
2𝜋 ∶ 𝑙 = 𝜃 ∶ 𝑥
2𝜋 𝑥 = 𝑙𝜃
円筒の半径
𝑙
𝑥=
𝜃
2𝜋
1. ボールねじ送り機構において、送り量を30[mm]にしたい場合、ねじの必要回
転角度[rad]を求めよ。ただし、ボールねじのリードは2[mm]である。
２－１ 直接伝動機構：ねじ機構
例題
ボールねじ送り機構において、送り量を30[mm]にしたい場合、ねじの
必要回転角度[rad]を求めよ。
※ただし、ボールねじのリードは2[mm]である。
• 右ねじ：つる巻線を右回り
に辿ると遠ざかるねじ
• 左ねじ：つる巻線を左回り
に辿ると遠ざかるねじ
• 多条ねじ：平行な２本以上のつる巻線を持つねじ
n条ねじでは
•おねじ：
円筒の外面にねじ山
•めねじ：
円筒の内面にねじ山
■ねじ伝動機構
おねじとめねじをはめ合わせて
対偶として用いれば小さなトルク
（回転力）で軸方向に大きな力を得る
■ねじの種類
・三角ねじ：ねじ山の断面が三角形、角度60°、締結用
・管用ねじ：ねじ山の角度が55°の三角ねじ、管を継ぐ
・角ねじ ：ねじ山の断面が四角形、動力伝達用
・台形ねじ：四角ねじの代用、ねじ山の角度29～30°
■ねじ伝動の例
・滑りねじ送り機構
大きな負荷の移動、締め付けに利用
Ex) プレス機械、旋盤の親ねじ、
フライス盤のテーブル送りねじ
■ねじ伝動の例
・ボールねじ送り機構
 摩擦抵抗が極めて小
 高速回転可能
おねじの回転とともに鋼球が転動しな
がら循環を繰り返し、運動を伝える Ex) NC工作機械の送り装置
自動車のステアリング装置
■ねじ伝動の例
・差動ねじ送り機構
・大きなリードで動くねじ部
→回転すると大きく動く
・リードの差の分だけしか
動かないので精密に
移動できる
・小さなリードで動くねじ部
→回転すると小さく動く
２－１ 直接伝動機構：摩擦車
(a) 両節の回転軸が平行な場合
(I) 円筒摩擦車
回転軸が平行、接触面が円筒。
摩擦力で回転運動を伝達する１対の転がり接触伝動要素
伝達動力
伝達力
回転周速度
摩擦係数
押し付け力
２－１ 直接伝動機構：摩擦車
例題
軸間距離a=600[mm]、原動車の回転数ω_a=600[rpm]、回転角速度
比e=0.5の１対の円筒摩擦電動機構において次の問いに答えよ。
①従動車の回転数ω_bはいくらか。
②両摩擦車半径r_a,r_bを求めよ。
③摩擦係数μ=0.1、許容押し付け力が200[N]の場合、伝達動力を求
めよ。
(ii) みぞつき摩擦車
一方に台形上の溝、他方に台形上の凸部を設けたもの
接触箇所の摩擦力の増加
回転運動に寄与する摩擦力は、
したがって、
見かけ上の摩擦力
(ii) みぞつき摩擦車
例題
軸間距離a=600[mm]、原動車の回転数ω_a=600[rpm]、回転角速度比
e=0.5、みぞの角度θ=π/9の場合、10[KW]の仕事を伝達するために
必要とされる押し付け力Pを求めよ。ただし、μ=0.1。
(b) 両節の回転軸が平行でない場合
円すい車
外側で接触
内側で接触
回転角速度比
したがって、回転角速度比及び回転軸交角が与えられれば、
マイタ車(miter wheel)
回転軸交角θがπ/2となる摩擦車
冠車(crown wheel)
従動車の半頂角がπ/2である摩擦車