わかりやすい力学と機械強度設計法（独）海上技術安全研究所平田宏一第３章機械強度設計の実際実際の機械設計は・・・ ★複数の力が複雑に作用する。 ★部品の形状が複雑である。マニュアル通りの設計はできない！ 3.1 力を受ける部材 (1) 静的荷重を受ける部材の構造板材を組み合わせて台を作る適切な構造を考えることが重要 (2) ねじの強度 (a) 軸方向への引張り荷重ねじに作用する力を理解しておくことが重要 ●ねじを締め付けただけでも引っ張り荷重が生じる。 (b) ねじ山のせん断荷重 ●最も壊れやすい断面でのせん断応力を計算する。 ●ある程度以上のねじ山が，かみ合わされていなければいけない！ (c) ねじへのせん断荷重魚ロボットの機構通常，ねじにせん断荷重を与えてはいけない！ (2) 実際のねじの強度設計 ●引っ張り，ねじ山へのせん断，ねじへのせん断などが複雑に作用する。 ●複数のねじの締め付けにばらつきが生じる。 ●ねじの位置によって荷重が異なることがある。機械全体を見ることが重要！１本のねじに，荷重が集中することがある！ 3.2 動力伝達機構の強度設計歯車軸継手軸受軸 (1) 歯車の強度設計 ★歯車機構の設計において，歯の強度を計算することはほとんどない。 ★通常は，歯車メーカーのカタログに記載されている許容トルクや許容伝達動力の値を参照する。 ★設計において最も重要なことは，どの程度の負荷（トルク）が加わるのかを正しく推測することである。 ★強度計算の概略 (a) 歯の曲げ強さルイスの式 (b) 歯面強さヘルツの最大接触応力＝接触面に変形を伴う場合の応力 (c) 焼付き強さヘルツの最大接触応力や潤滑の状態などを考慮した詳細な計算 (2) 軸の強度設計 (a) 伝動軸 (b) 機械軸 (c) 車軸荷重の加わり方によって，3種類に分類される。軸に要求されている機能は何か？ (a) ねじれ荷重トルクせん断力 Tq  Z p 極断面係数 ★ねじれ荷重の計算結果ねじれ荷重を受ける軸の強度（SUS304：τa＝147N/mm2）この計算結果をどのように感じるか？ (b) 曲げ荷重曲げモーメント曲げ応力 M  Z 断面係数 (c) 強度計算時の注意点 (i) 応力集中段付軸などでは応力集中に気をつける！ (ii) たわみたわみが問題になることがある！ (iii) ねじりの固有振動数共振すると軸が破損することがある！ (iv) 衝撃荷重・不慮の荷重一定の荷重が加わるとは限らない！ (3) 軸受の強度設計 ●軸受の構造を知り，カタログを読みとれることが重要！最大荷重基本静定格荷重C0(N) 寿命計算基本動定格荷重C(N)で100万回転 3.3 圧力容器の設計 ●スターリングエンジンは高圧ガスが封入された外燃機関スターリングエンジン (1) 圧力容器の設計計算式 ●圧力容器規格により定められた計算式を利用するのが基本 PDi t 2 a 1.2P ts  Di CP a (2) 圧力容器の耐圧試験 ●複雑形状な部品や特殊材料の部品では，入念な試験が必要になる。セラミックス製部材の油圧試験 3.4 機械の破損どの部材（部品）が壊れやすいかを判断することが重要！部品が壊れる原因は？破損した軸受破損したシャフト（回転軸） (1) 応力集中局部的に高い応力 →応力集中 (2) 繰り返し荷重荷重の有無や強弱が繰り返される場合小さい荷重でも破損することがある材料の強度や性質についての検討が必要 (3) クリープ高温・長時間の荷重永久ひずみの増大 (4) 座屈細長い棒の圧縮荷重横方向にたわむ細い棒には，圧縮より引張り荷重がよい！