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※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文:動力学の問題)

動力学の問題

2023/09/06 15:59

このQ&Aのポイント
  • 20代の頃に解けなかった問題に似たものを偶然見つけ、かなり苦戦した記憶が蘇る。皆さんは解くことができるだろうか?
  • 半径 8cm の円形ローラの上下端の円周上に接するコンベアベルトが等速度で動いている場合のローラの直線運動速度と角速度を求める問題。
  • 回転運動しながら等速度で移動するローラにおいて、速度差が全て回転運動量に変わることから、運動量保存を考える解法がある。
※ 以下は、質問の原文です

動力学の問題

2012/12/09 16:45

私が20代の頃に解けなかった問題に似たものを偶然、見つけました

簡単に解けそうで、かなり苦戦した記憶が蘇りましたので御紹介
当時は結局、確信が持てず可変速にして逃げてしまいました
果たして、皆さんは解くことができますでしょうか?

+++問題分は、A図下方のコメント部分にもあります +++

↓URL 図Aのように半径 a=8cm の円形ローラの上下端の円周上に
コンベアベルトAA,BBが接している。
 もしベルトが等速 v1 =72cm/s,v2= 48cm/s とすれば,
ローラの直線運動速度 vc,角速度 ωはどれほどか

答え は敢えて明記しませんが正解なら御礼で返信します
実際、質問では無いのですが皆さんに面白さを知ってほしく
投稿してみました。従って、答えでは無くとも考え方でも何でも結構

ヒント;摩擦は考えないでください。回転運動しながら→に等速度運動します
難しい言葉だが、各相対運動とC点速度を幾何学的総和とする・・・のだそうだ

ヒント2;満足度の票が入っているからと言って必ずしも正解では無いんだな
もう少しだけ、引っ張らせて頂こうと思います

※動力学☓→○応用力学でした・・・剛体の平面運動の練習問題です。失礼しました

★ファイナルヒント・・・気が短く待ち切れないので、今夜で締め切りにする

速度差に注目した時、それが全て回転運動量に変わるとするならば→にローラ
が移動することが出来ない。しかし、実際には回転&移動するのである・・・
このことから、解法の一つとして運動量保存を考えるのが私には理解し易いか

これ↓urlはTHKちゃんの、LMガイドの動画なんですけれど
この動画中の冒頭から0:28sec辺りのコロの動きをよっ~く見て頂くと・・・
具合が悪くなってくてしまいますw もとい、?V=2*Vcになってみえますねぇ
こうなると、lumiheart さんの動滑車の説明が最も分り易く反論の余地が無い
他にもケーブルベア、リフトのリフトチェーンとマスト等々結構沢山ありますね
っと思ったらozuさんのタイヤ駆動式のバッティングマシーンもイケてますねぇ~

LMガイドの動画
http://www.youtube.com/watch?v=mKqgDctI9q4

動滑車の原理
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1323393003


さて、皆様回答ありがとうございました。以上で締めきりたいと思います
敢えて回答のみにします、これ以降は各自調べるなり勉強なさって下さいね

図A
https://picasaweb.google.com/108465672562340757395/2012128#5819534212041565682

質問者が選んだベストアンサー

ベストアンサー
2012/12/09 18:08
回答No.3

社会人だったらまずCの重さが判らないとな…

高校生だったら
(v1+v2)/2=60 円周接線速度=12なんで、vc=60cm/s ω=12/a=12/8=1.5rad/s
でよくない?

書き方としては、円周接線速度=±12の方がよかったかな。

ロールの中心の移動と回転に分けて考えただけです。ファイナルアンサー!!!

 

しまった、ロールじゃなくて「ローラ」やった。<西城秀樹かいwww

ディメンジョンを知らない人に負けたらどうしませうw。

「もっこし」待ちます。<シティーハンターかい
 

>これって、ローラー径がいくつでも速度に関わりないって意味になりませんか?

2人だけに満足度:5 が入った時点で察してあげてwww
 

お礼

2012/12/11 20:07

いきなりの正解だったので、どうなるかと思いました。一等賞決定ですw
文句のつけようもありません。しかも簡潔かる素早い回答で満点大賞ですね

質問者

補足

2012/12/09 21:53

回答ありがとうございます。ファイナルアンサーっでよろしいですか?

重さは問題文には元々ありません。無視して下さって結構です

おもろい・・・早さと言い回答といい満点大笑をあげたいが、もっこし待ってね

ローラー径が変われば、回転数が増えて移動速度が遅くなるのは明白である
それ自体は計算できなくとも実感することは可能だが設計するのは難しいんだ
満足度:5 になる前・・・そう2,3日中には店仕舞いしたいと思っています

質問者

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その他の回答 (11件中 1~5件目)

2012/12/11 12:59
回答No.11

締め切りに間に合うのかな。

遅掛けですが、
イメージは、バッティングマシンなので、

>摩擦は考えない、スリップは考えない
ので、

速度差が回転になるとして
速度差=>転がり移動
速度差Vd=(V1-V2)

結局、
速度はV1=V2+Vd
回転数は、(2*pi()*a)/(V1-V2)[r/s]
角速度は、、、、

訂正。
>速度はV1=V2+Vd
速度はVc=V1=V2+Vd


バッティングマシン?ピッチングマシン?
http://item.rakuten.co.jp/sportsnetmatsuyama/m1000/

2012/12/11 00:42
回答No.10

本件は所謂、動滑車を水平駆動したもの
http://www.crane-club.com/study/dynamics/sheave.html
なので
VC=V1/2 <V2=0の場合

VC=(V1-V2)/2+V2

したがって以下に訂正します

VC=60[cm/s]
ω=1.5[rad]


回答(5)をそれに合わせて修正するとこれで合ってる

周速=(72[cm/s]-48[cm/s])/2=12[cm/s]
円周=16[cm]x3.14=50.24[cm]
回転速度=12[cm/s]/50.24[cm]=0.239[rps]=1.5[rad]
ローラー直線運動速度=50.24[cm]x0.239[rps]+48[cm/s]=60[cm/s]

ファイナルアンサー

繊維機械にクロスレイヤとかクロスラッパー、ホリゾンタルレイヤとかあります
http://www.namiken.jp/process/index.html
http://www.habasit.co.jp/products/fabric03.html
ベルトコンベアなのですが本件のような機構を持ち
中間ローラーが左右にトラバース走行....
実物を見なければどんな機械か想像がつかないでしょうけれど
何しろ、繊維業界は絶滅危惧業界なので日本語資料が見つからない

> 私が当時、出くわしたのはベルトが←、→でしかも速度が違ったものでしたが考え方は同じ
まさにベルトコンベアがこのように走行する

お礼

2012/12/11 20:10

おめでとう御座います。回答をし直して正解に持ち込むとは流石ですねw
システムエンジニアかどうかは知りませんが機械設計屋とは違って頭の中だけ
でも創造できるところは素晴らしいと感じます。大変、おみそれしました

質問者

補足

2012/12/11 06:45

角速度の単位は↓[rad/s]か[sec-1]ですね。また[rad]=[mm/mm-1]:無次元です

それにしても、解法というものは色々あるものだと逆に驚かされました

質問者
2012/12/10 13:55
回答No.9

明後日まで時間があり、質問者の1Nの涙さんが具体的な記載が、質問の内容上できないと
判断しまして、小生が一般的な考察内で記載します。

回答(5)の lumiheart さんの
>> ローラーのスピードは24cm/secをπで割ったものになります
> これって、ローラー径がいくつでも速度に関わりないって意味になりませんか?
に関してですが、
回答(6)の tamasigi さんも記載している内容でもありますが、
φ16cmの円形ローラの周速度 = (v1;72cm/sec-v2;48cm/sec=24cm/sec)になります。
そして、φ16cm円形ローラの中心位置“C”のv1やv2方向に動く距離は、
φ16cm円形ローラが一回転すると、φ16cm円形ローラの直径だけ進みます。
<ローラ一回転の円周長さ;φ16cm×πと、円形ローラの直径;φ16cm>の関係になります。
ですから、ローラの周速度であり、v1とv2の速度差である 24cm/secをπで割ると、
φ16cm円形ローラの中心位置“C”が動く速度になります。

因って、
> これって、ローラー径がいくつでも速度に関わりないって意味になりませんか?
は、NOとなります。
ローラーのスピードは24cm/sec ではなく、ローラの円周速度は24cm/secですから。
そして、ローラの円周速度長さは φ16cm×πであり、πで割ると直径であるφ16cmとなり、
ローラ径に比例し ローラ円周速度も変化することになります。

質問者の1Nの涙さん 記載の
> 私が当時、出くわしたのはベルトが←、→でしかも速度が違ったものでしたが考え方は同じ
> でしょうかね。何とか、一般式にしようとして苦労したものです
を少し、考察してみます。
“ベルトが←、→でしかも速度が違った”にて、
(ベルトが←速度の絶対値)+(ベルトが→速度の絶対値)が、ローラの円周速度となります。
また、(ベルトが←速度の絶対値)-(ベルトが→速度の絶対値)の絶対値÷πがが、円形ローラの
中心位置“C”が動く速度となります。
そして、その動く方向は、(ベルトが←速度の絶対値)と(ベルトが→速度の絶対値)の大きい
方向となります。
これが、小生の見解です。

1Nの涙さん の質問で、一つ気になったことがあります。

それは、他の回答者さんも、気が付いて記載しているのか、気が付かずに記載しているのかが
不明ですが、ローラがワンウェイクラッチ仕様になっていて、ローラ芯“C”がモータ等の動力
源と接続され、CW回転やCCW回転、回転数も自由に変更できるか、ローラ芯“C”が動かない仕様
にするモータ等性能(回転方向や回転数)を決定するかの機器での計算であれば、また計算方法は
異なります。

ですが、ローラが**方向のワンウェイクラッチ仕様の場合で、その内輪が##仕様であれば、
$$$になるとかを記載しなければならないなら、質問者さんから一報を下さい。

何故、気になったかは、30年前に、先輩が設計して失敗した機構が今回の質題に似ていた。
そして、対策はローラにワンウェイクラッチを内蔵させ、内輪をモータで回転させたり、
停止させたりする仕様追加で小生が行なったことを思い出したからです。

質問の題目に“動力”や、“当時は結局、確信が持てず可変速にして逃げてしまいました”
の記載があり、何か共通点があるのではないかと思い、実際の昔の質問者さんの設計では、
他に+αの仕様があったのではないかと想像します。

要約判ったような気がしました。

円形ローラには、2種類の軸受構成があり、一つは自転で角速度、もう一つは公転で
v1やv2と平行なローラの直線運動速度となるのでしょうが、多分もう一つの機構が
必要だと思います。

その記載がない限り、ファイナルアンサーです。

補足

2012/12/11 07:09

よく理解できませんが、昔の設計では両側のベルトは連続運転されていたもの
で速度差を幾らにすれば希望のローラ回転数が得られるか確信を持てなかった
ワンウェイクラッチ仕様?・・・・・問題文とA図だけで判断してみて下さい

質問者
2012/12/10 00:22
回答No.8

「もっこし」待つ間にヨタ話…

>ローラの位置は動かないと考えました。出題の意図は異なっていたのですね。

技術者だと、常識的にそう考えるんじゃないかなと思います。

ただコレを丸くして、A:外ギア B:内ギア C:遊星ギアと考えれば
実はワザと遊星歯車を簡略化した演習問題だったりします。
 
プリウスとかの自動車では遊星歯車の遊星キャリアも動く仕様ですから
ローラーが移動するのと同等になりますね。
 

>既にお判りだと思いますがw

よく判りませんwww
私は焼鳥好きなので大丈夫ですよ。グアナに行くの恐いし。
 

>イメージは、バッティングマシンなので

おお、それだあ!!!
 

補足

2012/12/10 06:32

「もっこし」待って頂く理由は、既にお判りだと思いますがw

流石だ・・・なるほど確かに言われてみればそうとも言える。深いね
遊星歯車の計算を初めて見た時は計算できなかったし、知らないと難しいか
全く新しい機構を考える時には、やはり経験がなければ時間も掛るでしょうか

CAEが進んだ設計業界でも創造的に考え出すというのは人間にしかできないねぇ
そういう意味では、やはり私は動きがある力学には弱い部分があると感じます
応用力学の分野は静的力学と違い比較的新しいし更に難しいという意味がある

何故か皆さんのレスポンスが早くて此方が尻を叩かれる格好になってしまった
明後日、2012/12/12(水)の朝にファイナルアンサーを締め切りたいと思います
正解者には先着で、point差し上げますので、それをFinalThanksに致しますね

間違って・・・違う場所に、補足投稿してしまいました失礼

質問者
2012/12/09 22:21
回答No.7

ベルトとして考えると
難しいんだな
水の流れとかに変換するとわかりやすいんだな

結局単に速度差なんだな

と言いつつ罠がかかってるんだな

>>私が当時、出くわしたのはベルトが←、→でしかも速度が違ったものでしたが
>>考え方は同じでしょうかね。何とか、一般式にしようとして苦労したものです


実際には
3字曲線になるはず

V1=V2 のとき回転してません

V1=V
V2=0 のとき
回転速度は V1/2?(推定)

V1=V
V2=-V
回転速度はV

V1=V
V2=V+X
回転速度は Xになるはず



解く気力はありません
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E6%AC%A1%E9%96%A2%E6%95%B0

補足

2012/12/09 22:46

回答ありがとうございます(実は、お待ちしてましたw)
水の流れにすると確実に回ってくれなくなるからダメなんでしょうねきっと

私には簡単に見えて難しく難しく考えるとどんどん解けなくなる問題かも
正当な解き方などの絶対的な知識量の差は大きいものだなと改めて痛感します
動力学が苦手なので、特に勉強しますが知れば知る程また深く面白いのですよね

何故か皆さんのレスポンスが早くて此方が尻を叩かれる格好になってしまった
明後日、2012/12/12(水)の朝にファイナルアンサーを締め切りたいと思います
正解者には先着で、point差し上げますので、それをFinalThanksに致しますね

うううん、3次曲線?・・・まぁファイナルヒントは、結構ヒットしているかと

質問者

お礼をおくりました

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