創造設計

創造設計
からくり機構を用いて風船を割る
15班
前川雅彦
山川展史
山根慎次郎
目次
 基本コンセプト
 製作物の概要
 力学的な説明
基本コンセプト

目標
5メートル先にある風船を20秒以内で割って戻って
くる。

要求事項に関する検討
5メートル先にある風船を割って帰ってくるためには、
風船に当たると歯車が切り替わる機構を考えなけ
ればなりません。そして、切り替わるのと同時に風
船を割らなければなりません。
製作物の概要


総重量
1.5ｋｇ
機構の説明
モーターが移動し隣の
歯車とかみ合う
モーター
風船にあたっておきた力
割る機構
バネ
支え
糸

力学的説明
力学的説明
まず、仮定を立てます。車軸の回転数fを5.3rps,製作物の重量Wを1.5ｋｇ、
タイヤの直径Dを4ｃｍ、加速時間tを0.5秒、床の転がり摩擦係数μを0.09
をします。まず、負荷慣性モーメントjを求めます。負荷慣性モーメントは
WD 2
J 
8
で求まります。各値を代入すると、J=3(kg･cm2)となります。次に加速トルク
を求めます。加速トルクTaは
Ta 
J
2πf

g
t
で求まります。各値を代入すると、Ta=203.9(g・cm2)になります。
次に起動摩擦負荷トルクLを求めます。Lの求めかたは
L
ＷＤ
4
で求まります。各値を代入するとL=135(g・cm)となります。これらから、加速期間と
等速期間のトルクは次のようになります。
Tm(加速)＝Ta+L=203.9+135＝339(g・cm)
Tm(等速）=L=135
となります。よって、この仮定のもとで製作品を動かすためには、起動トルクとして、
339（ｇ・ｃｍ）必要になりますが、安全率を2倍くらいに見て、678（ｇ・ｃｍ）以上とし
ます。次に今回、使用するモーターについて考えます。与えられたモーターの起
動トルクは、75（ｇ・ｃｍ）であるが、今回使用する、ギヤ比（1：18）より1350（ｇ・ｃｍ）
とすることができるので、求めた起動トルクと比べて十分駆動することができます。
次に等速運転の時のトルクについて考えます。使用するモーターの適正負荷トル
クは15（ｇ・ｃｍ）なのでギヤ比（1：18）より270（ｇ・ｃｍ）とトルクとなります。等速時
に必要なトルクは、安全率を2倍に考えると270（ｇ・ｃｍ）であり、モーターからのト
ルクと比較すると、駆動可能です。
これらより、この仮定のもとでは製作品は駆動することが可能です。
予想タイム
行って帰ってくるまでに約17秒前後かかると考えられます。

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