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筐体の設計 (耐荷重,許容荷重)について
- 筐体の設計において悩んでいるのは、A部材との結合部分の筐体の板厚と、A部材とB部材のひっかかり部の強度です。
- 筐体の重量は40kgで、サイズは300×330×500mmです。構想ではアルミのA2024を使用し、厚さは2mm程度を考えています。
- 他の質問者が受けているアドバイスを読んでみましたが、考え方や式の適用が理解できていません。教えていただけると助かります。
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>●単純に５０ｋｇｆの静荷重程度では何等問題は無い ↑というのは計算で証明するとどのような式になるんでしょうか。 目の子計算です、まさか本体側が弱くなるような設計はしないでしょう >●引っ張り破断荷重＝１４ X ３５０ X ４１ ＝ ２００９００ｋｇｆとなる ↑この式の中の 41という値はなにを表しているんでしょうか。 貴殿が材質表記をしていないのでＳＳ４１（旧表記）でやってます >●(面倒なので引張りしか確認していません,後は似たような物です） ↑というのは応力の数値があまり変わらないというとらえかたでいいでしょうか。 力学モデルの基本形に合わせて自身で計算してください >あとｔ２のアルミ板がボルトの周りからお辞儀するように少しずつ曲がっていくのを想像してしまいますが、破断荷重を計算しておけば曲げ応力は大丈夫ということでしょうか。 当然この様な変形過程を経て破断に繋がります設計を進めていくには余りにも煩雑な計算になります（私も理解できません） 簡略法で進めます >あと筐体の下の面の強度がどうも心配です。 筐体はフレーム構造か溶接構造化で筐体下の面は全周固定的なとらえかたで間違いないと思いますが、そこに約20Kg程度の物を入れます。(下面に載せる)サイズは幅150×長さ350 どんどん後出しされても困ります、条件が変化して以前の仮定が 反故にされます >DMさんが計算している式は一般的な参考書の中の式なのでしょうか。 自分も本等で式を探していましたが、見つからずというか理解、応用できていにないだけかもしれませんが。 もし一般的な式ならばどういう本のどのくだりあたりにあるか教えていただけませんか。 (例えば 機械設計便覧類の梁と曲げの記述のあたり)だいたいで構いません。 私も学校で習った式しか知りません固体力学の参考書を通読すれば いい事です、レベルの違いこそあれ１００年位昔の式が有効に 使われています（もっと昔かな） 識者には怒られますが 設計は Ｄ・Ｋ・Ｋ です ・度胸（Ｄ） ・勘 （Ｋ） ・コツ（Ｋ） 小さな分かりきったミスを大らかに許してくださる先輩上司が貴殿の 職場に居られることを期待して
お礼
周りに期待はできません。 上司含め皆各自の設計、その他業務で他人どころではなく。 まかされた設計業務に関しては話し合いながら設計するのではなく、設計が終わったものを見てもらうといった感じです。 あと是非知りたい下の2項目について教えていただけないでしょうか？ 引っ張り破断荷重＝１４ X ３５０ X ４１ ＝ ２００９００ｋｇｆとなる 上の式で仮に自分で強度評価(判定)すると ２００９００ｋｇｆ≒2009000N これをフックのある断面 14×350 =4900 mm^2 で評価すると 2009000/4900 =410 N/mm^2 ●SS400の引張強さを400～500N/mm^2でみると 安全率も考慮できないくらいという評価なのかどうか。 剪断される破断荷重＝π X １０ X ２ X ２０ ＝ １２５６ｋｇｆ ●この計算での評価はnにボルト数を入れ、計算された荷重(応力)が許容応力より小さいということでアルミ板は破断しないという意味の式ですよね。 (20という数値はなんでしょうか) 最後の背中押しを是非お願いします。
先ずどんな事が有っても２．４mの高さから落ちない工夫をして下さい ワイヤー等でバックアップは必ず取って下さい（出来れば２本） 原寸比率で描画すると下記の様な形態でしょうか？ 荷重形態：静荷重で応力頻度としてはほぼ一定で筐体部中心が重心と 一致する平均荷重５０ｋｇｆと仮定 材質をSS400とする B部材(ハンガーとする）と本体の固定強度は確定したものとする ハンガーとA部材（フックとする）の断面形状はほぼ同一とする 各部強度はフックよりLが長いので強度的に優勢と判断する ハンガーとフックの固定は剛体的な結合ではなく単に外れ防止程度である よって、一体的な梁は形成し得ない ハンガー単独の破壊は有り得ない（但し変形は発生する） 単純に５０ｋｇｆの静荷重程度では何等問題は無い フックのコーナー部に集中応力が発生すると仮定する 板厚１４ｍｍで長さ(幅）３５０ｍｍの断面に剪断・引張・曲げの応力が発生する 引っ張り破断荷重＝１４ X ３５０ X ４１ ＝ ２００９００ｋｇｆとなる 後は、経験値による安全率の決め方が大事なことです (面倒なので引張りしか確認していません,後は似たような物です） （４）さんの仰る通り、かなり無骨な設計形状ですね M6の六角穴付きボルトで固定したとして（ボルト１本に集中荷重） (余程のことが無い限り均等に荷重が掛かることは無い） ボルト頭ですっぽり円形にｔ２のアルミ板が破壊する荷重値は M6の頭の直径はφ１０ 剪断される破断荷重＝π X １０ X ２ X ２０ ＝ １２５６ｋｇｆ 安全を見越して裏に当て金とワッシャは必ず取り付けてください ボルトのほうが強度があると仮定（強度１２．９を使用すると仮定） 筐体の材質は随分贅沢な材質を使われるのですね A5052でも充分かも | | | | | | | | | | | | | ______| |←――― 44―――→| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 筐体 |___________________| | | | | | A | | | _______ _ | | | | | ↑ | B | | | | | | | | | | 30 | | | | | | | | | | | | | | | |←14→|_↓___| | | | | | | | | |____________________| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | ______|_____| | | | | | |
お礼
DM様 物わかりの悪い自分にお付き合いくださりありがとうございます。 落下防止は必ず付けます。 現状の状態のみではなにかあったときに防ぐ物がありませんので。 フック部の尺をあわせるとそのような描画であっています。 教えてくださった内容で質問なのですが ●単純に５０ｋｇｆの静荷重程度では何等問題は無い ↑というのは計算で証明するとどのような式になるんでしょうか。 ●引っ張り破断荷重＝１４ X ３５０ X ４１ ＝ ２００９００ｋｇｆとなる ↑この式の中の 41という値はなにを表しているんでしょうか。 上の式で仮に自分で強度評価(判定)すると ２００９００ｋｇｆ≒2009000N これをフックのある断面 14×350 =4900 mm^2 で評価すると 2009000/4900 =410 N/mm^2 SS400の引張強さを400～500N/mm^2でみると 安全率も考慮できないくらいという評価なんでしょうか。 ●(面倒なので引張りしか確認していません,後は似たような物です） ↑というのは応力の数値があまり変わらないというとらえかたでいいでしょうか。 ちなみに強度とは別な関係で本体がアルミでできているのでハンガーもできればというかアルミでと考えていました。 上記の式で考えると強度的にアルミは不可になりますか。 ●ボルト頭ですっぽり円形にｔ２のアルミ板が破壊する荷重値は M6の頭の直径はφ１０ 剪断される破断荷重＝π X １０ X ２ X ２０ ＝ １２５６ｋｇｆ 安全を見越して裏に当て金とワッシャは必ず取り付けてください ボルトのほうが強度があると仮定（強度１２．９を使用すると仮定） ↑この計算での評価はnにボルト数を入れ、計算された荷重(応力)が許容応力より小さいということでアルミ板は破断しないという意味の式ですよね。 あとｔ２のアルミ板がボルトの周りからお辞儀するように少しずつ曲がっていくのを想像してしまいますが、破断荷重を計算しておけば曲げ応力は大丈夫ということでしょうか。 あと筐体の下の面の強度がどうも心配です。 筐体はフレーム構造か溶接構造化で筐体下の面は全周固定的なとらえかたで間違いないと思いますが、そこに約20Kg程度の物を入れます。(下面に載せる)サイズは幅150×長さ350 DMさんが計算している式は一般的な参考書の中の式なのでしょうか。 自分も本等で式を探していましたが、見つからずというか理解、応用できていにないだけかもしれませんが。 もし一般的な式ならばどういう本のどのくだりあたりにあるか教えていただけませんか。 (例えば 機械設計便覧類の梁と曲げの記述のあたり)だいたいで構いません。 教えていただいているのに次々と質問ばかりで、大変申し訳ありませんがよろしくお願いします。
ボルトに剪断応力と引っ張り応力と（曲げ応力）が掛かります このBBSでボルトに直接剪断応力を受けたくない旨回答を しております 何本のボルトで荷重を支えるのですか
補足
A部材との筐体(2t)の連結部のボルト数はM6で6本を考えています。 ボルトももちろん大事だし、この設計でも荷重はかなりかかりますが。 筐体の後ろ面と下面の曲げ応力, AとB部材のせん断、曲げ応力もかなり厳しいかと思いますが。計算式等についてのアドバイスはいただけませんでしょうか？
強度計算をする前に、洗練された形にデザインしてから。これは無骨すぎますよ。機能的になにを実現したいのか設計の意図が理解できません。 少し 簡単すぎましたかね。 ブラケットが大きすぎますし ボルト止めを板厚にもたせるのは うまくないです。 せめて 筐体の側面（できれば角）に取り付けましょう。ブラケット同士を引っ掛けるのでは無く、ボルトをブラケットに引っ掛けるような形にできませんか。 機能構造の前に見た目。かっこよければ、見るだけの人から次の注文が来ますよ。設計はアート。 建物は丈夫でも基礎が悪ければ 壊れます。 建築基準法では 基礎はじょうぶという前提で計算をしてますが、耐震強度は鉄筋を入れてもあんまり意味ないこともあります。これで板厚をあげるのは格好が今ひとつ良くないですね。
補足
アドバイスありがとうございます。 えーと、言葉では説明しにくいのですが今のモデルは構造設計(強度計算)の段階であるということ。 あと機能上でブラケット部分同士がこんな固定なしの状態になっています。 さすがに機能上など含まなければあり得ない構造にはなっているかと思いますし、今自分が先に知りたいのは強度上大丈夫か。 次に機能面をクリアし安全面等も考慮していきます。 まだ私個人の設計段階ですし、このまますぐ進むことはないです。 kcdさんのご指摘は考え方含め、考える順番(機能、構造をきっちり決めて、その後強度計算)の問題なのかなと思っておりますがいかがでしょうか？
解答をご自身で解析されたではないですか 後は、背中を押してくれる人が必要のようですね 荷重形態は 静荷重・動荷重・繰り返し荷重・片振り荷重・交番荷重 荷重頻度はその荷重が使用期間中に亘って掛かるのか、一部短時間に 掛かるのは違い 許容応力はアンウインの安全率を参考になさればよいと思います 剪断荷重と曲げモーメントから各部の形状寸法を確認すればいいと思います 参考URLを載せます こちらへのHPに質問されるとレッドカード物です 一度ゆっくりご覧になってください 経験が豊富な設計者が作った物は単純でスマートです 私が、背中を押しますか？
- 参考URL：
- http://www.kikaikaihatu.com/bigindex/index50.shtml http://www.kikaikaihatu.com/sekkei/20040713.htm
補足
参考URLありがとうございます。 見させていただきました。 解答の解析というお言葉ですが、まだ解を求める以前の問題です。 荷重形態、荷重頻度、許容応力は理解が進みましたがやはり実際の計算の考え方がわからないのですが、 せん断荷重ですがせん断応力がMaxに働くと思われるところは各々(A部材と筐体、AとB部材の連結部部分と思います。 下記のモデルの考え方であっていますか？ A部材と筐体 | 筐体の板厚 ↓ ↓せん断荷重方向 || __||__ 筐体 __||__ボルト A部材 || || このモデルで考えるとτ=W/Aの断面積Aがわかりません。 この筐体の一面全体(後面)300×500ではもちろんないでしょうし。 あと曲げモーメントについて 断面2次モーメントの考えでなく、単純な片持ち支持はりの考えでいいのでしょうか？ ただこの場合、筐体後ろ面のモデル化(考え方)は難しいと思われます。 | | 取り付け側 _______________ ____|_ | | | | | |___________|B | | W _|__ ___ | _|___ ボルト | 筐体 ↓ | A | | | | | _|__ | |___| _|____ ボルト |______________|____|__________| 仮に後ろの面を簡単な片持ちはりでモデル化すると 荷重のかかる方向もイマイチあいまいですが W _↓_________|______|______ | | △ ボルト ボルト 時間が経ち、うんざりされているかとは思いますが、教えていただけないでしょうか？ よろしくお願いします。
＞取り付け側 の 強度(構成部材の板厚等）大丈夫ですか ＞構想では筐体はアルミ A2024を考えています。 (引張強さ 430 N/平方ミリメートル) 厚さは2mm程度 この部材と取付金具Aとの固定方法が一番ネックになるかもしれません １．最大荷重 ２．荷重形態 ３．荷重頻度 ４．許容応力 ５．安全率（３．と関連） ６．応力集中 ７．切り欠き係数 等から解答は出たも同然です
補足
すみません。 自分のレベルではまだ解にたどりつく以前なのですが、 ＞取り付け側 の 強度(構成部材の板厚等）とは筐体とは反対側のB部材との 連結部のことでしょうか？ 取付側は大きな本体となっているので板厚等は考えなくても大丈夫です。 1～7で自分で解る範囲を書きます。 1.最大荷重は40Kgfとして392N 2.荷重形態は解らないのですが結合面に等分布なのでしょうか？ 3.荷重頻度というのもあまり言葉自体わからないのですが、 自分では静荷重のような考えでいます。 4.許容応力は 許容応力＝基準の強さ／安全率より JISから安全率4を適用するとして A2024の引張強さ 430N/平方メートルより =430/4 =86N/平方メートルと考えています。 6.応力集中は考え方としてA部材と筐体の結合する面の接線に応力集中がかかるのでは？と思いますが 応力係数とともにはっきりとは自分にはわかりません。 7.6と同じでわかりません。 AとBの引っ掛け部の強度も1～7の考え方(計算式)と同じなのでしょうか？ すみませんがもう少しレベルを落して説明いただけますか。
初めてで、ドキドキしますよね １：＞筐体の重量(中身をすべて入れた状態で)は 40Kg→不可抗力で 突発的な外力の掛かる可能性は有りませんか ２：＞Aの長さL=350mm Bの長さL =1100mm → Bの1100ｍｍをはみ出ない どの位置にL=350が有ってもいいのですか 、L方向に外力が掛かる 加工性は有りませんか ３：頻発的にA部品B部品を掛け外しするのですか、下方から30ｍｍを超える 外力が発生しませんか、はずれ防止は必要無いですか ４：４０ｋｇの筐体の取り付け位置は床面からどのくらいの位置ですか 人がその下方に存在することは有りますか ５：引っ掛け部は黒皮のままですか、それとも機械加工しますか 溶接構造ですか、曲げ加工ですか（１４ｔくらいなら曲げ可能）
補足
DM 様 お忙しいところ早い回答ありがとうございます。 1：不可抗力はあり得なくはないので、考慮したいと思います。 事象として考えられるのは人が手をのせることです。 力は5Kgfぐらいの力ではないでしょうか。(人の移動時の手にかかる力? 足場は別) 2：どの位置でも良いというわけではないです。 B部材のL方向両端には受けのような物は付けます。 L方向への力は可能性適にゼロではありませんが。 (通常時は低位置でL方向へは動かしません) 3:AとBの掛け外しは、頻度としてなにかトラブルが起きない限りありません。 下からの外力は人が意図しない限り加わらないと思いますし,仕様上もそのような扱いをする予定はないです。(はずれ防止は検討します) 4:地上から2.4M 下にいることはあります。 頻度としてはどのくらいとは簡単には言えませんが。 5:機械加工します。 仕様上 精度(平面度)は必要なので。 曲げ加工についてはメリットが見いだせないので削り出しで考えています。 これで補足の回答としては十分でしょうか？ すみません、ツンケした文になってしましましたが、他に計算等の前に情報として最低限必要なことありましたら聞いてください。
お礼
すみません。 お返事遅れました。 ここ数日教えてくださった式の意味等を理解しようと考えていました。 まだ理解とまではいっていませんが、今後新たに自分でも学んでいこうと思います。 今回は本当にいろいろ教えていただきありがとうございました。 今後なんとか自分で学んでいこうとは思いますが、どうしてもいきずまったときはまた、お答えいただけると助かります。