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【利用方法】 Step1:梁の種類を選択 Step2:断面の種類を選択 Step3:材料を選択 Step4:各数値を入力 計算を実行すると、梁のたわみ量(mm)、応力(MPa)、重量(kgf)が出力されます。
大気圧とは 私たちは空気の底に住んでおり、普段感じることはありませんが、空気の重さを体で受けています。そして海面上では、1cm2あたり約1kgfの空気の力(0.101MPa)がかかっています。この海面上で空気から受ける力を1気圧(1atm)といいます。なお、大気圧は、山に登ると、自分の上に載っている空気の量が減るため、小さくなります。 そして、大気圧より高い圧力を「正圧」、低い圧力を「負圧」といいます。 一方、「絶対圧」の場合は、絶対真空をゼロとして圧力を表現します。 図で示しますと、次のようになります。 絶対圧とゲージ圧の関係式 : 「ゲージ圧」=「絶対圧」-「大気圧」 私たちがよく利用する圧力はゲージ圧です。例えば、自転車や自動車のタイヤの空気圧はゲージ圧で示されます。タイヤ内の圧力が圧縮され始めると、圧力計の数値がプラスを示し始めます。 ≪前のページへ 次のページへ≫
応力解析では 変位 と 応力 の結果が出力されます。変位は製品の機能を損なわない範囲にあるか確認します。応力は、許容応力以下となっているか、また弾性範囲に収まっているか確認します。弾性範囲に収まっていれば、荷重を取り除くと元の形状にちゃんと戻ります。 材料の強度を調べる試験は、1軸方向(例えば上下)に引っ張ったとき、どのくらいの力で降伏や破断が発生するのか調べます。しかし、実際の製品では、1軸方向だけでなく、さまざまな方向に力が発生し、応力も複雑となります。そこで複雑な応力を1軸に置き換えて評価する必要があります。 複雑に発生する応力を一軸に置き換えて考えるのが 「強度理論」 となります 強度理論には次の3つの仮説があります。 最大主応力説 最大せん断応力説 せん断ひずみエネルギー説 フォン・ミーゼス応力 物体が弾性の限界を超えても破壊されずに引きのばされる性質をもつ 「延性材料」 の破損
未経験でも安心!職場や自宅で学べる材料力学オンライン講座。掛け算や割り算ができる方なら大丈夫!充実の演習を通して、強度や剛性といた強度計算ができるように徹底的に学べます。 下図のように、柱の上から荷重を加えます。ある一定の荷重を超えるとき、柱は急激に折れ曲がります。このような現象を「座屈」といいます。 細長い物体は、引張力より圧縮力の方が弱く、材料が持つ強度より遥かに小さな力で破壊します。座屈が発生するときの荷重を 「座屈荷重」といい、その時の応力を「座屈応力」といいます。 圧縮される細長い構造物を設計する際は、座屈が発生しないか必ずチェックを行います。 座屈の強度は、幾何学的な形状により決まり、「オイラーの公式」 により求めることができます。 オイラーの公式 P :座屈荷重 E :縦弾性係数 I :断面二次モーメント l :座屈長さ λ :柱の細長比 λ=l / i i :断
電気がわからない機械技術者でも、電子回路を理解できる!トランジスタ、ダイオードが何か分からなくても大丈夫!回路をイメージし、オペアンプやデジタル回路まで理解できる このページでは、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)と呼ばれる素子を紹介します。(以降、電界効果トランジスタをFETと略します。) FETはトランジスタと同じように、「ゲート(G)」、「ドレイン(D)」、「ソース(S)」 の3端子が存在します。回路記号は下記となります。 FETの主な特性は、「ゲート部にかかる電圧(ゲート電圧)によってソース・ドレイン間の電流を制御する」 というものです。トランジスタは電流によって制御していましたが、FETは電圧により制御します。また、FETは「接合形」と「MOS形」という2種類に分かれます。(接合形FET・MOS形FET) それぞれの構造と原理を次に紹介
先ほどのトラスは結合部である節点がボルト等で結合されており、自由に回転できましたが、結合部が一体となっている構造を「ラーメン」と呼びます。 ラーメンの結合部は、互いに回転できないため大きな力が加わります。 そして、部材には引っ張り力や圧縮力などの軸力も多少加わりますが、部材を曲げようとする力(曲げモーメント)が発生します。この曲げモーメントの発生によって部材の強度を保つことができます。 ラーメン構造は複数の四角形の組み合わせにより構成されます。四角形であるため、力が加わると平行四辺形のように変形することになります。 この変形を防ぐために結合部を強く接合します。 ラーメン構造は自由で大きな開口をとることが出来るため、鉄筋コンクリートなどの建築物に利用されています。 トラスの計算方法 図のような二等辺三角形のA点に荷重 10N が加えられたときの、各部材に発生する力を求めます。 A点に 10N
1738年スイスの物理学者であるダニエル・ベルヌーイ氏(Daniel Bernoulli)は、ベルヌーイの定理を発見しました。 ベルヌーイの定理は以下の式となります。 この式を簡単に説明すると、 「流体の速度が増加すると圧力が下がること」 を示しています。 これを身近な例でご説明いたします。例えば、A4の用紙を図のように持って、息を吐きかけると、どちらに用紙が移動するでしょうか。吹いたので風に押されて左に移動しそうですが、吹いた側に移動します。 電車が駅のホームを通過したとき、電車に吸い寄せられそうになるのも同じ原理からです。つまり、速度が速いと圧力が下がるからなのです。 ここで圧力には、「静圧」と「動圧」があります。 動圧とは、流れによって生じる力です。例えば、人が風を受けるときの力です。このとき、風の速度が速くなればなるほど、力は大きくなります。 厳密には、このとき、受けている力は「動
熱の伝わり方には次の3つの種類が存在します。 ・熱伝導 ・熱伝達(対流) ・熱放射(輻射) これらの違いについて説明します。 熱伝導は、固体または流体内部に熱が伝わることを言います。 例えば、金属の棒の片方を加熱すると、金属内部を伝って熱が移動します。このように物質内部において高温から低温へ熱が移動することを 「熱伝導」 といいます。 また、熱伝導は異なる物質間でも可能です。異なる温度を持つ物体が接触することで接触部を介して熱は高い方から低い方へ移動します。 温度差があるほど熱の移動速度は早まります。 熱伝達(対流) 熱伝達(対流)は、「熱を伝える」ことであり、「加熱された固体」と「流れる液体」との間で 「熱をやり取りする」 ことを意味します。 例えば、自動車のラジエターです。 自動車のラジエターは、エンジンの熱を冷却水に伝えてエンジンで発生する熱を下げる「熱伝達」を利用したものです。 熱
流体力学とは 機械工学には様々な分野が存在しますが、その中でも最重要といえるのが流体力学です。流体力学が取り扱う流体とは「気体」と「液体」を指していて、自由に変形できる特徴を有しています。機械系の学生の科目には「流れ学」と「流体力学」というように、科目名が別に設定されている場合が多いでしょう。この「流れ学」とは流... 密度と比重量と比重の違い 流体力学を学ぶにあたって、流体に関する基本的な性質である「密度」「比重量」「比重」などについて理解しておく必要があります。密度とは私たちが普段よく耳にする密度は、人口密度です。「人口密度」は、単位面積1 km2当たりに居住する人の数です。例えば、日本では、東京が最も人口密度が高く6168人/km2、... 粘度と動粘度 粘度流体には、空気、水、油、塗料などさまざまな種類があり、私たちは、その粘り気のことを、「さらさら」や「どろどろ」といった表現をし
熱力学第二法則は、次の3つの原理や法則で説明されます。 1.エントロピー増大の法則 2.クラウジウスの原理 3.トムソンの原理 1.エントロピー増大の法則 エントロピーとは、「分子の乱雑さ」 のことです。 例えば、水の中にインクを1滴垂らします。インクは垂らした位置から広がります。 しかし、広がったインクが一箇所に集まってくることはありません。 インクの分子は、乱雑な方向へ増大していきます。 これを「エントロピーが増大する」といいます。 2.クラウジウスの原理 クラウジウスの原理とは、「外部から何も変化を与えずに低温から高温へ熱を移すことができない」という原理です。例えば、冷めたコーヒーが、外部の熱を吸収してホットコーヒーにはならないということです。 3.トムソンの原理(ケルビンの法則) トムソンの原理とは、「一つの熱源から熱を受け取り,そのすべてを仕事に変換することは不可能である」という
知識ゼロの初心者でも図面が描けるようになるの?立体から平面へ、平面から立体へ図形をイメージする方法から「はめあい」や「表面粗さ」などの各種記号の使い方を演習を交えて徹底的に学びます! 図面に寸法を入れる場合、次のように寸法補助線を形状の一点から引き出し、寸法補助線の間を矢印の付いた寸法線で作成します。寸法線の上に寸法値をmm単位で記入します。寸法値の単位 (mm) は記入せず、数値のみ記入します。また、寸法値は寸法線の中央部に配置するようにします。 ※図面の寸法単位はmmで表現します。 寸法補助線の省略 図のようにやむを得ず形状内に寸法を配置する必要がある場合は寸法補助線を省略して寸法線と寸法値のみ記入します。 角度を記入するための寸法線 角度寸法を記入する場合、形状から引出線を作成し、図のように円弧で寸法線を作成します。 寸法値の記入方法 寸法値の記入の方法は2通りあります。 1つは図面
成形収縮とは 成形収縮とは、金型に注入した樹脂が冷却されたあとに体積が縮むことです。 樹脂は溶融した状態から固化した際に体積が減少します。 体積が減少して縮んだ比率のことを「収縮率」といいます。 例えば、ABSという樹脂の収縮率は 4/1000 から 9/1000 です。 1000mmの全長のものが、4mm から 9mm 縮むということです。 収縮率=((収縮前の長さ)ー(収縮後の長さ))/(収縮前の長さ) 収縮前の長さ=金型寸法 収縮後の長さ=成形品の常温における寸法 従って、金型は実際の狙う寸法より大きく製作する必要があります。 例えば、収縮率を 4/1000 の樹脂を使った成形品で、100mmのサイズを狙う場合、 100mm×1.004=100.4 となり、金型寸法は 100.4 mm にする必要があります。 金型寸法を決める際の注意点 実際の成形で予想以上に収縮したり、逆に収縮しな
知識ゼロの初心者でも図面が描けるようになるの?立体から平面へ、平面から立体へ図形をイメージする方法から「はめあい」や「表面粗さ」などの各種記号の使い方を演習を交えて徹底的に学びます! 製図を初めて学ぶ方へ 製図を初めて学ぶ方へ「製図の基礎を学ぶ」では機械製図を初めて学ぶ方が、図面の作成や設計ができるようになることを目的としています。そのため、図面作成の仕事で最低限必要な図面の基礎について解説していきます。設計ができるようになるまでのステップは次のようになります。ステップ1 図面が読めるようになることス... 図面の必要性 図面の必要性「なぜ、図面が必要なのでしょうか?」このような本質的な質問はとても重要です。現代では、3D-CADや3Dプリンターを使えば、2次元の図面を描かなくてもCADから出力したデータで直接部品を製造できる時代となりました。しかし、品質の良い部品を製造するためには図面に
未経験でも安心!職場や自宅で学べる材料力学オンライン講座。掛け算や割り算ができる方なら大丈夫!充実の演習を通して、強度や剛性といた強度計算ができるように徹底的に学べます。 部品にかかる外力はさまざまですが、その外力に対して如何に応力を低減できる設計を行えるのかが、設計者のスキルのひとつです。 ここでは、曲げる力に対しての応力低減について解説します。 曲げの力を受ける機械部品の代表的なものとして、軸があります。軸は軸受けにより支持されて、外力により曲げの力を受けることになります。 例えば、列車の車軸です。車軸は軸受けにより車両の荷重を受けています。車軸には曲げの力がかかります。 ここで、曲げの力が加わる軸を「はり」に置き換えて、どのような応力が働いているのか考えてみます。( ※ はりとは家屋の水平方向に使われる材料等の名称です) 上図のように、「はり」に曲げの力が加わると、部材の上面は引っ張
知識ゼロの初心者でも図面が描けるようになるの?立体から平面へ、平面から立体へ図形をイメージする方法から「はめあい」や「表面粗さ」などの各種記号の使い方を演習を交えて徹底的に学びます! 図面は設計した機械や部品の製作が完成するまでに、さまざまな人が読むことになります。 従って、寸法を記入する際には、図面の読み手に配慮して、認識の間違いが発生しないように、分かり易く正確に配置する必要があります。 ここで「図面の読み手」とは誰のことを指しているのでしょうか? 読み手は、図面をチェックする先輩や上司だけではありません。図面が完成して出図されたあとは、加工業者、金型業者、製造担当者、検査担当者など、たくさんの関係者が読むことになります。 従って、このような方々が読み間違いを犯さないように分かりやすい図面の作成が必要です。寸法一つとっても、その配置の仕方によって、読み間違いを減らすことが可能です。そこ
CADとは CADとは 「Computer Aided Design」 の略です。和訳すると「コンピューター支援設計」です。つまり、CADはコンピューターによって設計を支援してもらう道具ということです。 道具であるため、CADの使い方を理解したからといって設計ができることにはなりません。 設計ができるようになるためには、製図や力学などさまざまな知識を身につけ、実際に設計を経験する必要があります。 しかし、設計ができるようになるまでの最初のステップとしてCADを覚えることは非常に重要です。なぜなら効率良く設計を行うためには、CADが欠かせないからです。 設計の仕事に就いてはじめて行う設計作業は、CADを使った図面の作成や3Dモデルの作成です。先輩設計者からの指示で、設計を学んでいくことになります。従って、CADが使えなければ何も始まりません。まずは、そのファーストステップとして、CADについ
前のページでは、幾何公差の基本について解説しました。こちらのページでは、全部で15種類ある記号について詳しく解説をいたします。幾何公差は、「形状」,「姿勢」,「位置」,「振れ」の4種類に対して全部で15種類の記号が存在します。 真直度 JISでは、「直線形体の幾何学的に正しい直線からの狂いの大きさ」と定義されています。 翻訳すると・・・ 真直度は 真っ直ぐさ を指定するものです。平面ではなく直線に適用されます。従って、長尺物などの反りの許容などに利用されます。 平面度 JISでは、「平面形体の幾何学的に正しい平面からの狂いの大きさ」と定義されています。 翻訳すると・・・ 平面といっても厳密には凸凹しています。 平面度は、最も出っ張った部分 と 最もへこんだ部分 が、上下に離れた2つの平面の間に挟まれた一定の距離になければなりません。 平面度の測定の様子 真円度 JISでは、「円形形体の幾何
未経験でも安心!職場や自宅で学べる材料力学オンライン講座。掛け算や割り算ができる方なら大丈夫!充実の演習を通して、強度や剛性といた強度計算ができるように徹底的に学べます。 材料力学を学ぶ上で、まずはじめに理解しなければならないのが応力です。 設計においても、応力は頻繁に使われます。 応力とは、部材内に発生している単位面積あたりの力です。具体的に言うと、1mm2あたりにかかる力が応力です。大根が1kgあたり100円と表現しているのと同じ感覚です。 部材内に発生する応力が大きくなると部材は破壊します。大根も1kgあたりの値段が高騰すれば家計が破たんするかもしれません。具体的に説明していきますね。 例えば、断面積が10mm2 棒を1000N の力で引っ張った時に発生する応力は、引っ張る力 (P) を棒の断面積 (A) で割った値となります。 応力σ = 引っ張る力 P / 断面積 A = 100
Fusion360 2次元CADのAutoCADで有名なオートデスク社が提供する3DCADです。学生・教員の方は3年間無償で利用することができ、また、該当しない方も30日間の無料体験版の利用ができます。 製品設計、機械設計でも十分に活用できるソフトです。下記のメーカーサイトからダウンロードすることができます。 メーカーサイト↓ 123D Design URL: http://www.123dapp.com/design 2次元CADのAutoCADで有名なオートデスク社が提供するフリーの3DCADです。初めて3D-CADを使って3Dデータを作成される方にはおすすめのソフトです。書店に行けば多くの書籍が販売されており、操作を解説したサイトや動画も多数存在します。データはクラウド上に保管ができ、他の人に公開することができます。 参考動画 123D Designはオートデスク社が提供する123D
「熱力学」は現象が目に見えない学問であるため、直観的に理解するのが難しいです。熱力学と聞いただけで、 「なんか難しそうだなー」 というイメージをもたれる方も多いと思います。そこで、このカテゴリでは具体例やイメージ図を用いて、直感的にわかりやすく熱力学を解説していきます。熱力学とは?熱力学とは、「熱の... 絶対温度ケルビンとは 熱力学を理解するためには、「温度の単位」について正しく理解しておく必要があります。温度の単位には、摂氏温度(せっしおんど) (℃)日本で使われている華氏温度(かしおんど) (°F)アメリカで使われている絶対温度(ぜったいおんど) (K):熱力学、物理学で使われているの3種類があります。日本で一般的に... 仕事とエネルギー 力が一定の場合の仕事の求め方これまでの解説で、熱は仕事であり、エネルギーであることを理解して頂きました。次にさらに詳しく理解して頂くために、仕事
3Dプリンターで造形物を作成するためには、元となる3Dデータが必要となります。この3Dデータを得る方法は大きく3つの方法が存在します。 1.3D-CADや3D-CGソフトを使って自分で作る 2.配布サイトからダウンロードする 3.実物をスキャンして作る ここでは3D-CADや3D-CGソフトを使って自分で作るために必要なソフトについて説明します。 3D-CADと3D-CGの違いを説明します。 3D-CAD(キャド)とは CAD(キャド)は computer aided designの略のことで、コンピュータ支援設計とも呼ばれ、自動車や家電製品などの設計に利用されているソフトウェアになります。そして、3D-CADは3次元の立体形状を作るソフトのことです。 3D-CADソフトは、前述したとおり、自動車や家電製品などの機械設計で使われているCADであるため、各部の寸法を正確に定義して作成する形状
カムとは? カム(cam)は、機械部品の運動の方向を変えることのできる機械要素です。カムの歴史は古く、紀元前では、水車小屋でうすを突く仕組みに使われてきました。中世のレオナルドダヴィンチもカムを研究し、使っていたようです。 カムは、回転する軸に取り付けられ、軸の回転角度に応じた曲面が作られます。複雑な動きをなめらかにする際にも適しています。他の部品では代用できないほどに、運動特性が良く、同じ運動を繰り返し行うことができ、高速運動にも耐えることができます。部品数が少ないため、故障も起きにくく、メンテナンスが容易であることもメリットの一つです。 具体的な例としては、 ・自動車などのガソリンエンジンの排気弁の開閉 ・産業機械 ・遊園地のメリーゴーランド などに使われています。 カム曲線とは カム曲線は、カムの運動によって作られる従動節の運動曲線です。(カムの輪郭の曲線ではありません。) ※運動を
表面粗さの要求がある場合は以下の記号を用います。 記号内の a から g に表面性状に必要な基準等を記入します。 まず、旧JISの表記です。 a から g には下記を記入します。 a : Ra 算術平均粗さ b :加工方法 c :カットオフ値 c' :基準長さ・評価長さ d :筋目の方向 e :削り代 f :Ra以外のパラメーター g :表面うねり 次に、新JISの表記です。 a から g には下記を記入します。 a : 通過帯域または基準長さ、表面性状パラメータ記号とその値 b :複数パラメータが要求されたときの二番目以降のパラメータ指示 c :加工方法 d :筋目の方向 e :削り代 ※必要に応じて記入しますので、全てを記入する必要があるわけではありません。 Ra 算術平均粗さ(中心線平均粗さ)とは 算術平均粗さは山の凸凹を平均にならした値です。 ・中心線から下の谷の部分の面積の和=S
寸法を制御するものが 「寸法公差」 であるのに対して、 形状を制御するものを 「幾何公差」 といいます。 例えば下図のように 「円の寸法公差」 のみ規定した場合、公差の範囲でゆがんでいたり、中心がずれていたりしても寸法公差の基準は満たしています。「まんまるさ」である真円を守らせるためには幾何公差で「真円度」を規定する必要あります。(中心のずれには「同心度」や「同軸度」を規定) 幾何公差の「幾何」は英語で「ジオメトリー」のことであり、三角形・方形・菱形・多角形・円形などの図形や空間の性質のことです。 幾何公差には 「単独形体」 と 「関連形体」 の大きく2つに分類されます。 単独形体は先ほどの真円度のように その形状自体に指定できるもの です。 関連形体は平行度や直角度のように 相手との関係を指定するもの です。 機械部品は加工機などにより製作されます。製作する過程において様々な誤差が発生し
知識ゼロの初心者でも図面が描けるようになるの?立体から平面へ、平面から立体へ図形をイメージする方法から「はめあい」や「表面粗さ」などの各種記号の使い方を演習を交えて徹底的に学びます! 「製図の基礎を学ぶ」では機械製図を初めて学ぶ方が、図面の作成や設計ができるようになることを目的としています。そのため、図面作成の仕事で最低限必要な図面の基礎について解説していきます。 設計ができるようになるまでのステップは次のようになります。 ステップ1 図面が読めるようになること ステップ2 図面が書けるようになること ステップ3 設計ができるようになること 実際に図面を描くことはないですが、仕事上図面を読む必要がある人はステップ1までの学習で大丈夫です。本カテゴリをご覧いただければ、簡単な図面を読むことができるようになるでしょう。 次に、依頼者から指示された通りに図面を描く必要がある人はステップ2まで進み
未経験でも安心!職場や自宅で学べる材料力学オンライン講座。掛け算や割り算ができる方なら大丈夫!充実の演習を通して、強度や剛性といた強度計算ができるように徹底的に学べます。 引張強度は、設計者が機械や工業製品を設計する上で、考慮しなければならない機械的特性の一つです。 使用する部品には、最大どのくらいの荷重がかかるのか想定し、その荷重で破損しない材料を選択する必要があります。材料が破損しない目安となる機械的特性が引張強度です。 引張強度について、軟鋼の「応力-ひずみ線図」を使って解説していきます。 なお、軟鋼とは炭素を0.13~0.20%含む鉄材のことです。よく使われる軟鋼にSS400があります。 下図は、軟鋼の試験片を上下方向に引っ張ったときの応力とひずみ(歪)の関係図を示します。描かれる線は材料によって異なり、その材料の機械的特性を表します。 材料に力を加えていくと、上下方向に伸びて変形
3DCADをはじめて学ぶ方へ このサイトでは3DCAD(キャド)をはじめて学ばれる方のために、・3D-CADの基礎知識の解説・3D-CADの基本的な機能・3D-CADで形状を作る際の考え方について解説しています。3D-CADソフトにはさまざまな種類があり、その操作を覚えることはとても重要なことです。しかし、このセクションではそれ... 3DCADの種類 CADとはCADとは 「Computer Aided Design」 の略です。和訳すると「コンピューター支援設計」です。つまり、CADはコンピューターによって設計を支援してもらう道具ということです。道具であるため、CADの使い方を理解したからといって設計ができることにはなりません。設計ができるよう... 3DCADを使うメリット 3次元CADを使うとさまざまなメリットが得られます。2D-CADは、手書きで行っていた作業をコンピューターに置
機械設計の基礎を学ぶ 機械設計者になるための基礎知識、モノづくりの流れを解説 3DCADの基礎を学ぶ 3DCADを始めるにあたり必要な知識・考え方等を解説しています 材料力学の基礎を学ぶ 機械設計を行う上でこれだけは知っておきたい材料力学の基礎を解説 流体力学の基礎を学ぶ 機械設計を行う上でこれだけは知っておきたい流体力学の基礎を解説 金型の基礎を学ぶ 設計者が金型を製作する上で知っておくべき基礎的な内容を解説しています 機械加工の基礎を学ぶ 機械設計を行う上でこれだけは知っておきたい機械加工の基礎を解説 機械要素の基礎を学ぶ 設計の必須となる知識である機械要素の基礎を解説しています 3Dプリンタ基礎を学ぶ 3Dプリンターの基礎や原理についてわかりやすく解説しています。 金属材料の基礎を学ぶ 機械設計を行う上でこれだけは知っておきたい金属材料の基礎を解説しています 切削設計の基礎を学ぶ 機
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