2009年3月31日火曜日

DS社のシリンダ設計の許容応力

先にシリンダのサンプルとして掲げたDS社のシリンダの各サイズに渡る座屈強度、及び安全率を当方の作成したソフトで計算してみました。使用圧力は17MPa。安全率は概ね2~3程度だった。安全率4を採用することは守らなければいけないと思うのだが。ところで、先のシリンダのところで参考にするべきはシリンダ径に対応したシリンダの長さ、重量の見積もりであり、これは間違いはないと思う。ポイントは安全率4を確保するためには使用荷重に対するシリンダ径の数値が異なってくるのです。ちなみにDS社はポーランドのワルシャワに本社がある油圧機器メーカです。しかし、日本の国内のシリンダ座屈計算式がロッド径のみで両端支点距離を長さとしてオイラーの式を適用させるようになっているのはどういうことだろうか。チューブ径、チューブ長をパラメータにおかないとかえって危険な設計をしてしまう場合があるのではないか。過度の安全率の適用は強度的に弱い構造物を設計する結果になることを機械工学関係の書籍で読んだことがある。ちなみに今回座屈ソフトを作成するにあたって参考にした欧州の造船メーカは材料の強度計算で降伏点応力を採用している。日本の場合は疲労限度を求めて、さらに、各種の係数を加味して許容応力を定めている。S45Cの焼きならし材で90N/mm^2あたりにシリンダ計算に適応できる両振れ引張り圧縮の許容応力がある。実感としては{これでも甘い!}である。150N/mm^2あたりが良い見当と思うのだが。その基準になる疲労限度は250N/mm^2あたりにある。
追記) 自分で書いて気になって文献を探してみました。文献ではS45C材、焼きならし材で、回転曲げ疲労限度24kgf/mm^2で許容応力9.65kgf/mm^2とありました。上記文章を訂正しようかと思いましたが、自省の意味もあってそのまま記載します。

ドイツからのアクセス


ドイツのサーバー(プロバイダ)からのアクセス。これも日本語検索からです。しかし、この時間帯なのでもしかしたら日本からかもしれない。国際電話とかで。(まさかとは思いますが)

2009年3月30日月曜日

中国からのアクセス


本格的な中国からのアクセスがありました。***data.com.cn (***は3桁の数字)です。Googleの日本語検索を通してきたので多分、現地在住の日本人と思うけれど、サーバーの場所が大変な辺地です。日本国内の場合は、先ずUnknown で特定されることはないので安心してください。しかし、個人サーバー(固有ドメイン)の場合は???です。

2009年3月29日日曜日

管用ねじの締付けトルク


画像は下記より。(理研機器株式会社)
http://www.rikenkiki.co.jp/support/digicata/index.html
管用ねじの締め付けトルク表。

油圧シリンダの基本設計-1


追記)2015.02.06記 油圧シリンダーの各構成部品の材質に関しては、下記参照。http://m-sudo.blogspot.jp/2009/03/blog-post_7597.html
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上図はシリンダストロークの選定基準例です。ただし、当方の座屈強度計算ソフトで確認すると安全率が2.5程度の厳しい数値です。当方のソフトの活用で安全率が4を確保できるレベルまでストロークを短くして利用されたほうが賢明と思います。



機械装置の機構設計を行なう場合(リンク構造の場合)、シリンダサイズに応じたシリンダの最伸時長さ、最縮時長さ、そして固定部分長の概略寸法、及び重量表があればと思います。その一助に図表を掲げました。画像の引用元は下記より。
http://www.hydraulic-cylinder.net/p2.php
尚、実際にはシリンダーはストローク一杯で利用することがないように設計します。具体的には私の場合は実効80%程度に抑えています。装置の組立て誤差、ショックによる歪み変形への対処などが理由になります。動的なリンクの場合、1m立方のリンク機構ですと20mm程度は経時変化で歪むと最悪考える必要がある故です。また、シリンダーの破損防止にもつながります。基本概略設計が完了したら、シリンダメーカーに該当サイズの購入シリンダの有無を問い合わせ、もし近似サイズがあればリンク機構の修正を行ないます。普通、シリンダの新規製作を行なうことはありません。図で示したようなタイプのシリンダならヤマテコーポレーション(株)などが挙げられます。但し、ショック対応は不明。その他、堀内機械、TAIYO、RIKENなど、メーカーに応じていろいろな型があります。カタログなどはRIKENが充実しているようです。
追記 座屈計算ソフトを公開しました。試行版(評価版)は無償でお試しいただけます。必要な方はリンクよりご入手ください。(2009.04.01 記)
http://m-sudo.blogspot.com/2009/04/blog-post_01.html参照。
http://m-sudo.blogspot.jp/2014/11/2013.html(2016.02.06追記)

2009年3月28日土曜日

シールテープの巻き方


画像は堀内機械(株)のURLより。
www.horiuchi.co.jp
当社は油圧の専門企業といっても差し支えはないと思います。テーパねじを締める際に、使うシールテープ、油圧の設計をされている方には常識ですが・・。

長柱の座屈撓みの式


画像の出典は下記。
http://techon.nikkeibp.co.jp/free/nmc/dokusha/zai/zai560.html
途中の式の変形過程はちょっとパスして撓みを求める式だけを拝借しよう。段付き丸棒の座屈荷重はロッド側とチューブ側の撓みが釣り合うようにロッド長さとチューブ長さに応じた共通の係数を近似的でも撓みが等しくなるようにkの値を定めてゆく。この係数にチューブの座屈荷重を乗じた数値が段付き丸棒の座屈荷重となる。当然のことだが、チューブの長さが少なくなるとロッド長さが座屈計算に支配的になる。しかし、欧州の某企業の座屈計算式はこの考え方と全く無関係に思える。何しろオイラーの公式そのものが見つからない。安全率算出でではじめて分子にオイラーの式が見出せるだけです。
追記:当方では、段付き丸棒(シリンダ)座屈強度計算ソフトを作成済みです。このソフトでは、DNV社の式(本案)、建設機械向きシリンダに利用されている式(A案)、一般に推奨されている丸棒の座屈強度(B案)の3通りの計算をこなします。
下記URLをご参考に。
http://bluesutou.blogspot.com/2009/04/blog-post.html
追記:段違い棒の座屈たわみは、上記の記述でも、なかなかそれらしい結果にならない。間違えて解釈しているかもしれません。(09.06.16 記)

シリンダ(段付き円柱)ソフトの開発 その2


下のグラフの右上の変化が不自然と思い、分割数を20にして計算したところ、どちらのグラフも同じような変化が生じている。両端固定の段付き円柱にあてはまる。シリンダの場合はここの変化は範囲外なので無視できる。こうして眺めると欧州の某社の計算式がまともに思えてきてならない。


なんとか、ここまで作成してみたのですが、結構、バグ取りに時間が掛かりそうです。画像の本案は欧州の某X社の計算式、A案は実績のある式(但し、プログラムコードはソフト、思考アルゴリズムを含めて自作。)を利用した計算式です。A案のプログラミングは大変難しかった。B案は単純な円柱の座屈計算。シリンダ仕様の計算は全面的に某A社の計算式に統一しました。JISに沿った式を構築するかどうかは未定です。某X社のシリンダ仕様計算はJISに比べて安全側に入っています。尚、A案の式の公開予定はありません。
追記 09.04.01付けにて試用版(評価版)を公開しました。リンクよりどうぞ。

2009年3月27日金曜日

クッション付きシリンダの構造


樹脂の弾性変形を利用したクッションシリンダの構造です。伸び終端では右側のクッション、縮み側は右側のクッションを効かせることで機能を発揮します。


クッション付きシリンダー。文字通りストロークエンド付近での衝撃緩和システムである。本図の構造は一般的なものだが、パテントが介在している可能性があります。両端にロッドがはまる穴とロッドを持ち、ロッドがこの穴に入り込むとロッドの先に流体を多く供給することで速度を減速させています。穴にはまるロッドは樹脂製の場合もあります。

2009年3月25日水曜日

水素燃料のエンジン車 マツダ









読売新聞より
燃料電池車ではなくて、水素燃料のエンジン車です。数年前にすでにプロトタイプ車が完成していたのは承知していたのですが、この方向もあってよい。ロータリーエンジン車と思います。

海外からのアクセス記録


つい先程、海外からのアクセスがあった。日本語を利用しているユーザーであることが関連記録からわかります。ITの国際化というのは便利なものですね。元々、このブログは中小企業、個人の設計エンジニアへの情報提供を目的としているのですが、このようなアクセスの形も、私には嬉しく思う出来事です。

歯元の円弧代用の問題点


画像の引用元は下記URL。
http://www.j-tokkyo.com/1999/F16H/JP11013859.shtml

当方の歯形形状作成ソフトを利用する場合、この様な状況にはなり得ません。当方のソフトは、全て、本来の歯形形状の出力をなしえているので全く無関係です。円弧代用はここに記載されている以外にも多くの問題点を抱えています。円弧代用歯形を、成形に利用する場合、熱膨張、含水膨張による歯元干渉の心配がつきまといます。これを防ごうとして円弧Rを少なくすると今度は本文のような問題点が生じてきます。正確なトロコイド曲線が描ければ起こりえないことです。

本ブログデータの格納場所


本ブログデータの原本は当方のサーバーに保管していますが、皆様がアクセスされて画面表示されているデータは当方のサーバーではなくて、googleのサーバーに保管されているデータです。また、皆様がダウンロードするソフトウエア、文書などはKDDIのホストサーバーから落とす仕組みになっています。このスタンスは当面保持いたします。

2009年3月24日火曜日

プライオリティバルブ





画像はプライオリティバルブの回路図。プライオリティバルブの回路図はバルブ構造に応じていろいろな表示方法がある。しかし、メーカー提供のバルブカタログに回路図か掲載されていないことも多く回路図作成に難儀することが多い。そのような場合に便宜的に上図のように記載するとよい。左側のフィルターは記載しなくてもよい。CF、LS(センサーライン)は優先利用先、EFは選択的に利用する先、Pはポンプライン、Tは戻りライン。プライオリティバルブはステアリングモータとの組合わせで知られるように、普段はステアリング系になるように内部のスプリングで位置決めされ、ステアリング操作をしないときは逆止め弁が効いて自動的にパイロット信号で作業機側に流れるようになっている。この状態からステアリングを操作すると逆止め弁が開きスプリング力でバルブがステアリング側に切り替わる。このようにステアリング系が優先的に利用されるしくみになっている。この例のように優先使用回路を設定する時に利用するのがプライオリティバルブである。(図中オービットロールというのはステアリング用機器のこと)

ダブルパイロットチェックバルブ

画像は(株)YUKENのURLより引用。
www.yuken.co.jp/japanese/product/pro_sogo05/0005A/00170.pdf
パイロット系が成り立つ条件が記されています。図中方向機能というのは切換え弁のこと。


画像は下記URLより引用。
http://www.e-sankoh.jp/380298.html
画像の回路図でパイロットライン(点線)が見えにくい。油圧動作の一時的ロックの機能が必要な場合に利用される。装置の姿勢をロックするためですが内部リークで極めてゆっくりと動くので作業終了時は安全上装置をたたむ必要があります。シリンダ、モータ動作の一時保持に利用。

2009年3月23日月曜日

カウンタバランスバルブ




基本的な回路構成

これもカウンタバランスバルブ。外部パイロットを利用しています。両方向に制御を効かせるにはこの様に両側に設置します。尚、チェック弁のバネはなくてもよいのですが、あった方が使い勝手がよいと思います


追記:慣性自走防止回路として本案が個人的には最適と思います。上図の回路構成において、外部パイロットの絞り弁を逆止め弁付可変絞りとする方法もあります。(09.11.28)

追記:この回路のタイプは、絞り量の調整が負荷ごとに必要なために、慣性負荷変動には対応できないかもしれない。(単なる重量物積み降ろし用途)(09.11.28)

出典は下記URL
www.khi.co.jp/kpm/products/pdf/valve/2atsuryoku_14.pdf

 
判りにくい説明。知っている人が知っている人だけに判るような文章に見えて仕方がない。{シリンダなどの動作を生ずるシステムで重量物を動かしたとき等に生ずる慣性の影響を少なくする、戻りラインに圧力をかけてポンプ供給量以上にシステムが動作することを防止するバルブ。}しかし、商品説明に終わるカタログが多い中でこのように説明を記すことを評価したい。
画像は内部パイロット形。現在は積層型、カートリッジ型の利用でコンパクト化するのが普通。内部ドレーン、外部ドレーン、内部パイロット、外部パイロットといろいろな種類があります。画像のタイプはシリンダなどのアクチュエータの近くに配置できるメリットがあります。他、動作が止まらない等のトラブルに対して応急な対応が可能(勿論若干の配管のやり直しが必要ですが)。

2009年3月22日日曜日

ストロークセンシングシリンダ


海外の例ですがストロークをセンシングするシリンダ構造例です。特許などが係っていると思うので参考程度に。

2009年3月21日土曜日

油圧:バックアップリング設置基準


画像は下記URLより
http://www.packing.co.jp/ORING/moredomegenri.htm
画像の説明では油圧が6.9MPa以上のときバックアップリングが必要と記載されていますが、S90の硬度のOリングであれば14MPa程度まではバックアップリング無しでも大丈夫でではないだろうか。

遊星歯車機構-高減速比の実現














画像は下記URLのPDF資料からの引用:新産業技術開発センター株式会社

http://www.nit-dc.com/
http://www.nit-dc.com/business2.html

画像を眺めた瞬間に{あれ!}と思った方は多いと思う。意外なのは{これは成立たない}という思い込みを持っているからです。それを解消する手段こそが核心です。不等ピッチ遊星歯車機構。遊星歯車歯は等ピッチ配置という思い込みが強いとこの発想はなかなかできない。読み物としても面白い技術文書でした。

2009年3月20日金曜日

シリンダ設計時の注意点(例)


出典は(株)坂上製作所URLより
http://www.sakagami-ltd.co.jp/technical/point.html
尚、このURLの前後にもシリンダ設計時においての大変貴重なデータ類が紹介されています。
本図は、Oリング、ダストシール類の使用時の設計上の注意点です。私がシリンダ設計を行なった当時このようなデータは見かけなかった。当時の図面内容に完全に合致しています。油圧バルブの設計にも流用可能です。尚、シリンダではなくて単なる静止構造の機器については、Oリング溝内面の仕上げは旧規格で18s程度で充分ですが、ダストシール,オイルシール取付け面の仕上げは本図と共通にします。

シリンダのシール部の寸法例(NOK)


下記のシール利用時のシリンダ側の条件。下記と同一URLより引用。


画像は下記URLより引用しました。(株)NOK
http://www.nok.co.jp/rip.html
シリンダ設計の時に重宝するデータです。
テーマに関係ないのですが画像のロッド固定用のナットはスプリングワッシャ利用ではなく、例えば締付けでナットが自動的に変形して緩まなくするとか特殊な緩みとめナットが必要です。

キーワード: シリンダ NOK シール Cylinder

Oリングのはみだし限界



画像は下記URLより引用しました。(株)阪上製作所。
http://www.packing.co.jp/ORING/sukima.htm
Oリングの硬さと使用圧力に対応したはみ出し限界とすきまの関係を示すグラフです。バックアップリングを装着した場合の効果も示されています。

2009年3月19日木曜日

油圧シリンダの内部構造




画像は下記URLより引用しました。
http://www.horntight.com.tw/TAIYO/FILES/CATALOG/PRESSURE/19/19_09.pdf
油圧シリンダの基本的な内部構造です。普通、油圧シリンダは購入品利用が鉄則ですが、内部構造を知ることで購入品選定に向けた確度の高い設計が可能になります。また、知識としてどのような材料が利用されているかこの積重ねがシリンダ以外の設計への流用に生かされます。
高圧部のOリングの硬度がS90の記載がありますね。高圧配管に利用されるOリングは硬度S60では寿命が短く普通はS90を利用するべきでしょう。本図のシリンダ構造なら当方のソフトはそのまま適用できます。

シリンダ設計データ




画像は下記URLより引用しました。
http://www.mitsubishi-cable.co.jp/seihin/c4/PDF/HYDRAULIC-SEALS.pdf
三菱ケーブル(株)からの引用です。シリンダの設計の参考になるかと思います。Tリング、ウエアリングの取り合いなどです。この寸法でもう少し工夫できれば当方の座屈計算ソフトは流用できます。当方の座屈計算ソフトは充分な実績があります。シリンダは購入品選択が普通ですが、どうしても自作する必要のある場合参考になります。(超小型シリンダなど)

2009年3月18日水曜日

シリンダ座屈強度計算に関係する要素


画像は下記より引用しました。
http://www.sakagami-ltd.co.jp/technical/example02.html
先に当方でシリンダの座屈強度計算ソフトを公開しましたが、この計算式が成立する前提は上図でウェアリングを挟むガイドの外径がシリンダ内径と最大隙間が一定数値程度以下であること、その隙間を持つ部分の外側幅寸法が最低ロッド径程度有することです。これによってシリンダーの座屈条件を計算するのに当方の計算式が意味を持ちます。
一定数値以下:後述のブログから推察可能です。
追信 当方の事情でソフトウエアの内容を大幅に変更することにしました。詳しくは下記URLをどうぞ。
http://m-sudo.blogspot.com/2009/03/blog-post_23.htm
追記:上のURLは削除しました。代わりに下記URLを参考にされてください。
http://m-sudo.blogspot.com/2009/04/blog-post_01.html(09.04.28)

追記:シリンダ座屈強度で当方のソフトを利用する場合、シリンダのブッシュ部(下図画像参照)においてロッドをある程度の幅で保持うしていることも条件になります。この幅が短いと座屈に対して弱くなります。ウエアリングのガイドとブッシュ部で真直にシリンダロッドが支えられていることに注目してください。

(09.09.29)

油圧シリンダの仕様の例

ここで参考になるのは内径のはめあい、及び、両端の面取り数値。内面はホーン仕上げなど明記した方がよい。
シリンダヘッド側の図面例。溶接箇所に留意。この形の溶接は大変危険。(一応計算式を元の資料で明示していますが)当方の改善例を後日UPします。(4本のタイロッドで締めている形式だから仕方がないのかもしれないが)

ロッドカバー(シリンダブッシュ)の図面例。はめあい数値も適切です!Oリング溝はJISに沿った形状情報を全て明示したい(図は一部省いている)。

油圧シリンダロッドのはめあい例(IT上のURLより抜粋)。φ40はe9 φ32はh7表示。使用ねじは細目ねじを利用(これが普通です。)完成度の高い図面例をIT上で見つけたのは初めてです。私のシリンダの設計経験に照らしても適切な数値です。
硬質クロムメッキ厚(研磨後) の例


画像は下記URLより一部引用しました。
http://www.futaba-ss.com/file/13/CLY.pdf
油圧シリンダーとして標準的な(原則的な)仕様です。