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真空状態でのベローズの伸縮に要する外力を計算する方法
2023/10/19 16:24
- 光学機器を設計する際、真空状態でのベローズの伸縮に要する外力を計算する方法を検討しています。ベローズを40mm伸ばす際にかかる外力の大きさを求めるためには、ベローズの仕様と可動範囲を考慮する必要があります。
- ベローズの仕様は内径8mm、外径22mm、軸方向バネ定数3.29N/mm、有効面積1.77cm^2、自然長60mm、可動範囲28-68mmです。可動範囲は自然長から８mmまで伸ばすことができます。
- 具体的な計算方法については詳細を検討する必要がありますが、ベローズのバネの変位を考慮し、力の釣り合いを用いて外力を求めることができます。この計算方法はベローズの仕様に基づいており、正確な外力の大きさを導くことができます。
真空状態のベローズの伸縮に要する外力
2017/12/07 15:32
お世話になります。
光学機器を設計しています。
今回、10^-6Pa程度に真空引きしたチャンバー内に直線運動で試料を出し入れする機構を組み込むことになり、可動部分を大気側から操作するためベローズの使用を検討しています。
そこで、この機構の妥当性を検証するため許容最小長さまで縮めた状態からベローズを40mm伸ばす際にかかる外力の大きさを求めたいのですが、どのように計算するべきなのか分からず、こちらに質問させていただきました。
なお、現在検討しているベローズの仕様は以下に記してありますが可動範囲は26～68mmで自然長から8mmまで伸ばすことができます。
ベローズの仕様
内径(mm) 8 外径(mm) 22 軸方向バネ定数(N/mm) 3.29
有効面積(cm^2) 1.77 自然長 60mm 可動範囲(mm) 28-68
以上、よろしくお願いいたします。
回答 （1件中 1～1件目)
ベローズのばね性による力の成分を仮に無視すれば、
ベローズを取り付ける真空容器の穴径に対応する面積に、
大気圧を掛けた値がベローズを伸ばすために必要な力と思います。
仮にベローズを取り付ける真空容器の穴径：16 mmとすると、面積：201 mm^2
大気圧は約0.1 MPaですから、
ベローズを伸ばすために必要な力Fは、次の式で求められると思います。
F ＝ 201 mm^2×0.1 MPa ＝ 201e-6 m^2×0.1e6 N/m^2 ＝ 20.1 N
真空度が10^-6Paでも、10^-3Paであっても、大気圧に比べて無視できる
ほど小さな値なので、力を求める計算には影響しません。
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