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運動エネルギーと衝撃を和らげる圧縮バネの設計方法
- 装置設計者がエアシリンダーのストロークエンド時の衝撃を和らげるためにショックアブソーバーを使用しているが、耐久性に問題があるため圧縮バネの設計方法を知りたい。
- エネルギー５．０Ｊの装置で、ストロークエンド時の衝撃を和らげるための適切な圧縮バネの設計方法を教えてほしい。
- エアシリンダーを使った装置のストロークエンド時に起こる衝撃を和らげるため、耐久性に優れた圧縮バネの設計方法を教えてほしい。
- 機械設計
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先ず、エネルギー、Ｅ＝５.０Ｊの想定をしてみます。 Ｅは次のようにして求めます。 装置重量→装置質量＝Ｍ（kg) 速度＝Ｖ (m/s) Ｅ＝（１/2)ＭＶ^2 (Ｊ) 仮に、Ｍ＝１００ｋｇ、Ｖ＝０．３（ｍ/s)としますと、 Ｅ＝(１/2)*100kg*(0.3m/s)^2≒ 5 (m kgm/s^2)＝ 5(mN) ＝ 5(Ｊ) 装置ＭをＡ⇔Ｂのように往復させるとするとき、 エアシリンダーでＡ⇔Ｂまで動かしたうえで、 Ａ点またはＢ点で停止させるのは困難でしょう。 なぜなら、Ａ点またはＢ点では装置の動きを止める力のうえに エアシリンダーの動きも止めなければなりませんから。 しかし、お尋ねはとにかく運動エネルギーＥをもった装置を 停止させる圧縮バネはどのようなものかと言うものです。 圧縮バネのバネ常数を Ｋ (Ｎ/mm)、圧縮長さ Ｌ (mm) としますと 圧縮バネの吸収するエネルギーをＥ’として、 Ｅ’＝(1/2)Ｋ(Ｎ/mm)Ｌ^2(mm)^2＝(1/2)Ｋ(Ｎ/mm)Ｌ^2(mm)^2 ＝(1/2)ＫＬ^2(Ｎmm) ＝(1/2000)ＫＬ^2(Ｊ) 要求するのはＥ＝５（Ｊ）＝Ｅ’＝(1/2000)ＫＬ^2(Ｊ) つまり、バネ常数Ｋ(N/mm),圧縮長さＬ（mm)として、 ＫＬ^2＝10,000 を満足する圧縮バネです。 圧縮バネですから珍しいものではありませんが、 直径が 100 mmΦ、素線径が 10 mmΦなんて代物でしょうから 規格品としては販売されてはいないようです。 考え方だけを示すものです。
本当に5Jか疑問ですね。加速中でないですか？ ロングストローク＆高速＆負荷大（モーメント大）だと、計算も微妙です。 まさか余裕率は１倍とか。 回答（１）さんの意見同様、取付場所が確保出来れば余裕の大きいものを付けるべきです。
耐久性に関しては装置全体の強度のバランスを考えるべきです。エアシリン ダーの強度レベルが衝撃の緩和で改善できるものか今一度検討してみた方が 良いと思います。もしエアシリンダーの強度がバランスを崩していたなら、 もう一度選定し直すべきだと思います。 衝撃緩和のばねの設計は衝撃荷重値、ばね変位量、固有振動数などから、 強度、エネルギー面から決定します。下記のサイトを参照下さい。
ショックアブソーバーがついているのなら それの容量不足 つhttp://jp.misumi-ec.com/tech/mech/springs/03.html
