摩擦と推力について。

質問

宜しく御願いします。　初歩的な質問で恐縮ですが、2トンの重量物に鉄製の車輪を4箇所取付けてレールの上を2000mm程度ストロークさせたいのですが、駆動はエアーシリンダーを使用したいのですが、どのくらいのシリンダーを使ったらいいか悩んでいます。実際、車も人の力で押し動かす事も出来るのでそんなに大きい力でなくてもいいのかとも思います。
納得するまで勉強いたしますので、どうぞ宜しく御願い致します。

回答No.2

noname#230359 · ベストアンサー

一般的な計算は、貴殿が使用している鉄製車輪の摩擦係数を確認することから始めます。
カタログで確認するか、製作メーカーに参考値を確認するかです。
又は、他の回答者さんが記述しているように、重量物を1/10か1/20の200kgか100kgにして
実際に確認し、摩擦係数を確認するかです。
その他には、経験則として、摩擦係数を1/100(0.01)と見るかです。
(レールの上に砂粒や鉄粉が乗らない条件で、車輪への給油が充分なことが条件です)

すると、2000kg(重量)×0.01(推力)＝20kgが推力です。
また、少し条件が悪い0.03～0.05の0.05で計算すると、100kgが推力となります。
以上が計算内容です。

ですが、レールは水平といっても、微妙に傾斜していたり上下に蛇行していたりします。
また、何らかの理由で、何らかの方法で急停止させることもあります。
ですから、2000kg(重量)×0.2(力積の経験値)＝400kgの推力に耐えられるシリンダを
選んどく必要があります。
(重量物2tonからシリンダのロッド等へ掛かる重量を視ていないと、そこが破損するので)
シリンダの推力が400kgではなしに、シリンダの最高使用圧力での推力が400kg位の物を選ぶ
ということです。
以上のような内容と、計算内容とを確認して、ボア径の大きな方を選択するです。

摩擦係数に関しては、URLを充分に確認し、見識を深めてください。

それと、2000kg(重量)×0.01(推力)＝20kgが推力ですの計算で、エアシリンダのボア径を
選択すると、使用圧力0.5MPa位では非常に小さいボア径となります。
そのボア径が小さいシリンダは、標準ではストロークが2000mmもないので、標準か準標準の
物を選択する場合は、やはりある程度ボア径が必要になってきます。
また、ストロークが2000mmもあるなら、設置時にシリンダの中央部分が垂れ下がり、動作
不良要因となります。(動作寿命が短くなる動作不良が発生する。)
その対策のためにも、ボア径をアップさせて強度確保し、取付方法も工夫し、設置することが大切です。

以上からも、推力だけでシリンダを選定することは、危険と考えてください。

参考URL：

http://www.tokushudenso.co.jp/reckoning2heitan.html http://kousyoudesignco.dip.jp/dynamics-MASATSU.html http://ja.wikipe

お礼

御丁寧な回答、どうも有難う御座いました。
きちんと理解するように、教えて頂いたURL先を勉強致します。
ありがとう御座いました。

回答No.5

noname#230359

私はは原子力発電所内の設備の設計もよく行っています。遮蔽の為に鉛、タングステン等比重の重い金属を使用しますので、駆動する構造体は必然と重く成ります。:計算上でもそうですが、実際5t以上の車輪レ－ル型スライド遮蔽扉は一人で簡単動きます。　車輪回転抵抗係数Cμ0.015にしましたが実際には市販されている物はこの半分以下が多いと思います。
計算用に仮の寸法として設定　→　車輪径Φ120mm 軸径Φ20mm

(べリング摩擦係数μ×(荷重W÷車輪数))×軸径ｃｍ÷車輪径cm)+((車輪回転抵抗係数Cμ×(荷重W÷車輪数))×車輪数
F=((0.001μ×500Kg×Φ2÷Φ12)+(0.015Cμ×500Kg))×4　
(0.084+7.5)×4=31Kgf
2000mmエンドストッパ－付きで高速で移送でなければ、エア－シリンダの内径は余裕を持ってΦ40で十分です。

参考URL：

http://fac9999.web.fc2.com/

お礼

御回答、ありがとう御座います。とても解り易い御説明でありがたいです。
しっかり勉強したいと思います。　有難うございました。

回答No.4

noname#230359

この場合、2000のストロークを何秒でさせるかという問題になります。
というのは重量が大きいと加速時間が長くなります。
加速し終えた定速速度をＶ、走行距離をＬ、摩擦係数をμ、
ワークの質量をｍ、シリンダ推力をＦとすると、
加速度　　Ａ＝Ｆ/（ｍ（1+μ））
加速時間　Ｔ1＝Ａ／Ｖ
走行時間　Ｔ2＝Ｌ/Ｖ+Ｔ1/2
Ｖを速くすると停止時の衝撃が大きくなります。
Ｆを大きくすると停止時の衝撃が大きくなります。
この関係からＶとＦを決めます。
衝撃の計算はアブソーバメーカーのカタログを参照下さい。

お礼

御回答、有難うございました。速度の関係もあるのですね。
勉強させていただきます。　有難うございました。

回答No.3

noname#230359

回答(2)さんと同じですが、ベアリングを用いた車輪の場合摩擦係数は
(１～５)／１００程度です。大きめに見積もれば２トン×５／100＝100?f
となります。ただし、この計算仮定は車輪やレールが剛体で変形がない場合
です。これらが変形すると引っ張る荷重は大きくなりますので注意が必要です。
（参考）
http://www.tokushudenso.co.jp/reckoning2heitan.html

お礼

御回答　どうも有難うございました。
参考で頂いたページをよく理解したいと思います。
ありがとうございました。

回答No.1

noname#230359

1.　まず、トロッコを駆動させるに必要な推力を見込みたい。

2.　次に、推力を見込むことができたら、それに合うシリンダを選定したい。

こんな感じですかねぇ。

現物があって人力で押し動かすことができるのですよね。なら机上の空論よりも、何よりも先にトロッコの動特性を測っちゃったらどうだろう。

ばねばかりを介して引っ張って、2000mmmストロークさせる。
時間ごとの位置と力を計測。
何度か繰り返して、その平均値を得る。

その結果をここで示してくれたら、ここに集う多くの識者は、トロッコの動特性(推力と摩擦の関係)とそれに似合うシリンダの選定方法を示してくれるんじゃないかな。

お礼

御回答　どうも有難う御座います。
デスク上で悩んでばかりでは・・・いろいろ出来る事をしてみたいと思います。　有難う御座いました。