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機械設計での摩擦材の選定について
- 機械設計での摩擦材の選定について悩んでいます。静摩擦は大きく、動摩擦は小さくなるような組み合わせを求めています。
- 装置は動力伝達の一種で、入力部と第3の軸の間に摩擦が必要です。入力部の動きに遅れて第3の軸が追従し、回転方向に遊びを設けたいと考えています。
- 静摩擦が大きく、動摩擦が小さい材料の組み合わせを求めています。中心軸と第3の軸には金属を考えており、摩擦材にはニトリル材のOリングや金属バネなどを検討しています。
- 金属
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通常、ワンウェイクラッチは、 ? 内輪が静止で、 外輪を右回転がロックなら、外輪右回転で内輪も右回転 外輪を左回転がフリーなら、外輪左回転で内輪は静止のまま ? 外輪が静止で、 内輪を左回転がロックなら、内輪左回転で外輪も左回転 内輪を右回転がフリーなら、内輪左回転で外輪は静止のまま は、同じワンウェイクラッチで起こる内容です。 じっくり、考えて下さい。また、 ? 内輪が右回転していて、 外輪が内輪の右回転数より速く回転しない条件で 外輪は左右に回転可能 ? 内輪が左回転していては、 ?と同じ内容です の様な仕様での使用方法があります。 遠心クラッチは、回転数（遠心力）に応じた、トルク（グリップ力） が得られて、ワンウェイクラッチとミックスすれば面白い使用方法 ができます。 加速力や減速力、カーブの遠心力とワンウェイクラッチの動作原理を ミックスさせたのが、自動車等の通常では負荷が掛からないシートベルト です。 実際の使用物のアドバイスではありません。 原理や仕様（スペック）上からの構想段階のアドバイスです。
遠心力を利用すれば？ 自動遠心クラッチ http://homepage3.nifty.com/nomatetsu/CUB_zidouenshin.html わかりにくいかもしれない
お礼
原動機のような回転数に至らないので遠心クラッチは難しいと思いますが、リンクのページが大変面白く、勉強になりました。ありがとうございました。
ワンウェイクラッチの構造図です。 参考になれば。
お礼
詳細な資料、ありがとうございます。参考になりました。
詳細が不明なので、想像します。 文面では、ワンウェイクラッチや自転車の用語が出てきたので、 ワンウェイクラッチは、通常の使い方の他に、 内輪を外輪の回転より速く回転させますと、外輪は回転しない 方向にも回転します。 これが、自転車で使用されている原理です。 お役に立てるアドバイスになったでしょうか？
お礼
ありがとうございます。 ご指摘頂いた原理が、実はいまひとつ分かりません。（自転車などでも、「通常の使い方」しかされていないと思っていました。） お手数をおかけして申し訳ありませんが、詳しく教えていただけませんか？
「静摩擦は大きく、動摩擦は小さく」と言うのは一般的な特性なので、問題ではないですが、それではあなたのしたいことは出来ないと思います。 スタート時には静摩擦が働きます。一旦最大駆動力（静摩擦係数で制約される）がかかって、それより負荷が大きければすべるということになります。 結局は負荷しだいですべるか止まるかが決まるのです。 経験から言えば、摩擦係数を信じて設計するのは危険です。摩擦係数は条件で大きく変化します。変化してもよい使い方ならかまわないですが。 負荷に付いて記述がありませんので、的確かどうかわかりませんが 確実な方法であれば （１）自動車のように低速時はトルコンで滑らせ、高速時はロックアップクラッチで滑らせない （２）パウダークラッチを介して伝達トルクをコントロールする と言うような外部制御が必要かなと思います。 外部制御なしで切り替える方法を考えたら、特許になるかも。
お礼
なるほど、摩擦係数をあてにしすぎるのも問題があるんですね。 質問に追記したとおり、ローテクなものなので外部制御まで頭が回りませんでしたが、やはり自動車業界の知識と経験の積み重ねはすごいなと思いました。ためになるご意見、ありがとうございました。
ご説明の構成は良く理解できていませんが、感じた程度の事で書かせて頂きます。 このような構成の場合は、少し構造は複雑にはなりますが、ばねと摩擦材、或は、マグネットを必要に応じ組込んだ、ミニチュアの遠心機構（ガバナー）を考えられたらいかがかと思います。 お望みの動きを最も確実に実現できるように思います。
お礼
アドバイスありがとうございます。 遠心ガバナについて、もう少し勉強してみます。回転数が低い（500rpmはあくまでも上限で、常用は0-200rpm程度）のために向いていないかと思っていましたが、マグネットなどをうまく使えばなんとかなるものでしょうか。大きなヒントを頂きました。
説明文だけでは中々構造が理解し難いので、的確な回答が出来ませんが、 ただ単にイメージだけでアドバイスさせて頂きます。この質問を読んでいる 最中にふと、下記urlの「MagnaDrive」というのが脳裏に浮かび上がってきた マグネットを用いたカップリングでギャップ調整で伝達トルクが可変可能に なるようです。以前、何かのサイトで見たものが頭の端っこに残ってました ある人は、これを閃きというかもしれないが、ヒントになればよいと思います
お礼
さっそく見てみました。これは、磁力による動力伝達機構に伝達効率の可変機構と出力側の回転センサを組み合わせて出力スピードを制御し、モータ側での制御を取り払うことで総体的に効率とメンテナンスコストを改善するという理解でよろしいのでしょうか？ このようなアイディア、とても勉強になります。どうもありがとうございました。
摩擦を利用して滑りが生じた場合は，摩擦面でエネルギー損失に対応した 熱が発生します。発熱量がすべり面設計の最大の制約要素となると思います。 原動機の回転数一定という考え方を捨てて，最終的に必要な回転数で原動機を 回転させる考え方（すべり要素を排除する）はできないでしょうか。 トルクセンサ，回転数センサなどの検出信号に基づいて，サーボモータを制御 するようなシステムが構築できれば，エネルギー損失が本質的に少なく， 小形で同等の機能を実現できそうな気がします。
お礼
ご提案ありがとうございます。 確かに、摩擦熱の問題は重要でしたね。入力部が継続的に回転し続ける訳ではないのでうっかり軽視していました。 私の質問が分かりにくくてすみませんでした。基本的には人力ベースでローテクな機械なのですが、考え方の筋道として、とてもためになりました。
お礼
理解できました。ありがとうございます。