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シリンダの先端にリンクを付けワークを持ち上げる計算
2023/10/19 08:38
- 油圧シリンダーの先端にリンクを付け、ワークを持ち上げる設計について教えてください。
- シリンダが斜めについている場合、シリンダ推力の計算にはどのような要素が関係するのでしょうか?
- ワークの重さやアームの長さが与えられた場合、必要なシリンダ推力の計算方法を教えてください。
シリンダの先端にリンクを付けワークを持ち上げる計…
2014/07/25 00:15
シリンダの先端にリンクを付けワークを持ち上げる計算を教えてください
今、油圧シリンダーの先端にリンクを付け、ワークを持ち上げる設計をしています。
シリンダは横方向水平に固定され置かれています。
ロッドの先端はナックルジョイントでそこにアームを取りつけています。
そのアームは35度斜め上方向に上がっています。
そのアームの先端にテーブルが付きワークを垂直に持ち上げます。
アームの長さは200mmです。
ワークの重さは、150kgです。
この場合ワークを垂直に持ち上げるために必要なシリンダ推力はどのような計算になりますか?
ワークはシャフトにガイドされ垂直に動くように規制されています。
シリンダが斜めについていてワークを垂直に持ち上げる場合はsinθをかければ良いというのはなんとなくわかるのですが、リンクを介した場合はどうなるのかわからず質問させていただきました。
トルクなども関係するのでしょうか?
よろしくお願いいたします。
150kg
--------
↑(垂直に上がる)
/
アーム200mm /
/
_____ /
| シリンダ|___/ 35度
|_____|
(シリンダは固定されている)
回答 (7件中 1~5件目)
シリンダに横荷重は禁物なので方向を固定する使い方はダメ。
ナックルジョイントで端を支え、シリンダが角度自在に傾くようにする(アームと一直線)。
この構造(図は電動シリンダ)
http://jp.misumi-ec.com/ec/ideanote/detail/000109.html
対策してまでその構造にこだわる意味ありや?
もっと既存の構造に学ぶべきです。
油圧式テーブルリフト1000kg
https://www.murauchi.com/MCJ-front-web/CoD/0000012850449/
テーブルのガイドはリンク機構。無駄な箇所は無いはずで油圧シリンダ2本使いの理由も多分・・・
探せばそのままか少し改造するだけ使えるものもあるかも。
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この質問は投稿から一年以上経過しています。
解決しない場合、新しい質問の投稿をおすすめします。
分力の問題
http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/vector5.html
著尾学校レベル
ゆとり世代は教わらないの?
お礼
2014/07/29 19:45
もう一度、勉強しなおします。
シリンダーストローク164mmほどになりますね
シリンダー先端部に150kgの横荷重が掛る事に無理があると思われます
機構の再検討をお薦め致します
お礼
2014/07/29 19:42
横荷重に関しては、ローラーを使用するなどして、何らかの対策はする予定です。
世の中には不思議なことがあって、
同じ頃に同じ様な質問をする人が、あちらこちらに現れます。
まるで同一人物かのような錯覚を覚えます。
「マルチポスト」という言葉を、御存知でしょうか?
お礼
2014/07/29 19:46
なるべく多くに人に、色々な意見を聞いてみたかったです。
回答(2)さんご指摘の通り、適切なガイドを設け、その摩擦を考慮するとは
一旦横に置いておいて、物理の問題として、理論的な推力の計算をしておく
設計の基礎として有益なことです。
ご質問では、アームの角度を35度とご提示になっていますが、シリンダの
ロッドの動きに従い変化すると思います。シリンダのストローク及び、
35度の角度は、シリンダが縮んだときか伸びたときかについて補足下さる
ようにお願いします。
角度35度、長さ200mmのリンクが作る直角三角形を描いてみると、
水平方向の辺の長さは、200mm×cos35°=163.830mm
鉛直方向の辺の長さは、200mm×sin30°=114.715mm
仮に、シリンダに圧力を加えてリンク端を水平方向に1mm動かしたとすると、
水平方向の辺の長さ163.830mmが、1.000mm縮んで、162.830mmになります。
このとき、鉛直方向の辺の長さは、三平方の定理によって次のとおりです。
(200mm^2-162.83mm^2)^0.5=116.131mm
つまり鉛直方向に116.131mm-114.715mm=1.416mm分ワークの持ち上げます。
1.416mmワークを持ち上げるのに必要なエネルギーは、mghで計算でき、
150kg×9.8m/s^2×1.416mm=2081.52 Nmm=2.08152 Nm
摩擦等によるエネルギー損失がないとすれば、シリンダー端が上記エネルギー
に対応する推力Fを出せばよいことになるので、
必要な推力:F=2081.52 Nmm÷1.000mm=2081.52 Nと求めることができます。
これを、重量単位に換算すれば、2081.52 N÷9.8m/s^2=212.4 kgfです。
回り道をしましたが、ショートカットした答えは、
150kgをリンク角度のtangentで割れば計算できるということです。
少々手間はかかりますが、三平方の定理とエネルギー保存の法則だけを覚え
ていればこの手の計算は答えを出すことができます。
なお、シリンダーが更に押し出された状態では、シンクが作る角度は
35度より大きくなりますので、必要とする推力は上で計算した値よりも
小さくなります。
シリンダ端の位置に応じて、必要な推力がどのように変化するか計算した
結果をつぎに示します。
シリンダ 水平辺長 鉛直辺長 リンク角度 ワーク位置 所要推力
端位置
(mm) (mm) (mm) (°) (mm) (kgf)
0 163.830 114.715 35.00 0.000 214.2
20 143.830 138.971 44.02 24.255 155.2
40 123.830 157.054 51.75 42.339 118.3
60 103.830 170.936 58.72 56.221 91.1
80 83.830 181.583 65.22 66.868 69.2
100 63.830 189.541 71.39 74.825 50.5
120 43.830 195.138 77.34 80.423 33.7
140 23.830 198.575 83.16 83.860 18.0
160 3.830 199.963 88.90 85.248 2.9
注:摩擦等の影響は無視しています。
どこからコメントしたらいいか迷いますが、
>横方向の荷重に関しては、ローラーを使用するなどして対策する予定です。
>摩擦も、後ほど考慮します。
>まずは、それらは無しにした状態で、計算をしてみたいと思いました。
→考える順序は間違っていないと思います。
>押し上げる瞬間の力を計算したいです。
→私が示したのは、質量を加速するための力を無視できるほどゆっくり動かす
場合に必要な推力です。理屈っぽい表現では、準静的な過程と言います。
無視できない加速度で動かす場合は、F=maの運動方程式で計算する力を
加算して下さい。
>150kg×0.2m×cos35°とはまた違った考え方でしょうか?
→ご提示の式は、推力(力)を求める式として、ディメンジョンが成り立って
いません。
ゆっくり動かすために必要な力 F は、先に記載したとおり、
F=m×g÷tanθ です。
ここで、 mは、ワークの質量(kg)
gは、重力加速度 9.8(m/s^2)
θは、リンクの角度です。
Fを重量単位で表せば、
Fg(kgf)=mg(kgf)×tanθ
ここで、 mgは、ワークの重力による鉛直方向に及ぼす力(kgf)
θは、リンクの角度です。
追記に対して反応して頂けないことはさておいて、
「トルクに関しては、150kg×0.2m×cos35°と思っております。」とお考え
であることは大いに気掛かりです。
複数の回答者の指摘に従って、シリンダに対してモーメント荷重が発生
しないように対処すると仰っているまさにそのときに、
トルク すなわち モーメント荷重の記載をなさっているように読めます。
「トルク」がどのような意味であるかを、今一度ご確認になることを
お勧めします。
お礼
2014/07/29 19:41
横方向の荷重に関しては、ローラーを使用するなどして対策する予定です。
摩擦も、後ほど考慮します。
まずは、それらは無しにした状態で、計算をしてみたいと思いました。
また、35度という角度は、シリンダが縮んだ状態です。
これから、押し上げようとしているところです。
押し上げる瞬間の力を計算したいです。
150kg×0.2m×cos35°とはまた違った考え方でしょうか?
お礼
2014/07/29 19:43
横荷重に関しては、ローラーを使用するなどして、何らかの対策はする予定です。