回転運動伝達部品

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第8章 市販部品を利用する設計

電気関連 ★ 電気モータ,計測・制御関連部品。 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!

8.1 電気モータ

機械を動かす原動機 熱機関(エンジン) ・燃料の補給 ・高出力な機械的エネルギー 電気モータ ・送電線またはバッテリ ・主に屋内で使用する機械

8.1.1 モータの種類と特徴 (1) 直流モータと交流モータ 直流モータ ★ 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。 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。

(2) ステッピングモータ 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。

★パルスモータを使用した機械 電動車いすの模型 左右後輪に正確な回転運動を与える必要! MOVIE

(3) サーボモータ サーボモータ(ラジコン模型用) ★ 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。

★サーボモータを使用した機械 魚ロボット 尾ひれを任意の角度で動かしたい!

★サーボモータを使用した機械 動揺台(ターンテーブル) 複数のサーボモータを同期運転させている!

8.1.2 モータを使用する際の注意点 (1) 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!

(2) トルクと回転数 電気モータの性能表(マブチRS-540SH) ★ 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。

(3) 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

8.2 メカトロニクス

エレクトロニクス (電子技術) + メカニクス (機械技術) 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!

8.2.1 機械の制御 ★ 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。 蒸気機関の遠心調速機 自動車の電子制御エンジン

8.2.2 センサ (1) 荷重センサ ひずみゲージ ロードセル ★ ひずみゲージは最も代表的な荷重センサ!

(2) 圧力センサ スターリングエンジンの圧力センサ ★ エンジンや流体機械には圧力センサが必需品!

(3) 位置センサ フォトインタラプタ ★ 物体の有無を検知する! 使用例

(4) 回転角度センサ ロータリエンコーダ ★ 高精度な運動が要求される回転機械に欠かせない!

(5) 変位センサ レーザ変位センサ ★ 物体との距離を測定する! 渦電流式変位センサ

★変位センサの使用例 スターリングエンジンのピストン変位の測定

(6) 温度センサ 熱電対 ★ 熱電対は最も代表的な温度センサ! 使用例

8.2.3 マイクロコンピュータ (1) 種類 PIC ★ 基本的にはどれも同じ? AVR H8

(2) 入力と出力 ★ 外部からの

ON/OFF

の信号(デジタル信号)を読みとる。 ★ 書き込んだプログラムによって何らかの計算をする。 ★ 外部に

ON/OFF

の信号(

5 V

または

0 V

)を出力する。

(3) 使用手順 ★ 最近のマイコンは扱いやすい。 ★ 積極的に利用したい。

8.2.4 メカトロニクス機械の設計例 車いす走行補助装置 ★ スイッチ(センサ)とマイコンを利用した簡単な装置。

★車いす走行補助装置 MOVIE

8.3 回転運動伝達部品

チェーン ベルト クラッチ・・・ 歯車(第6章)

8.3.1 チェーン チェーン 使用例 ★ 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!

8.3.2 ベルト 平ベルト V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。 タイミングベルト

8.3.3 クラッチとブレーキ 多板式クラッチ ワンウェイクラッチ 電磁クラッチ ★ 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。

8.3.4 トルクリミッタ トルクリミッタ ★ 機械の破損や人身災害を防止するため,スリップさせた り,あるいは遮断したりする。

8.4 直線運動伝達部品

回転運動 往復運動 一定速度=扱いやすい 速度変動=慣性力の増大=設計困難

8.4.1 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。

8.4.2 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

8.4.3 カムフォロア カムフォロア ★ カム機構などの支持などに使う。

8.4.4 ロッドエンド 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。

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。

8.5.1 ばねの種類 コイルばね 板ばね 止め輪 ★ 小さいばねを含めれば,ほぼ全ての機械に使われている!

8.5.2 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

【補足】共振を利用したスターリングエンジン セミフリーピストン形スターリングエンジン

★セミフリーピストン形スターリングエンジン 実験用スターリングエンジン MOVIE

★実験結果の一例

8.6 市販部品を組み合わせる設計

★ 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。 計測用車いす

★測定部の構成

★トルク測定装置 ひずみゲージ

★回転角度の測定 ロータリエンコーダ

★測定結果の一例

本日の課題

携帯電話に,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・・・