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パイプレンチの構造力学 解析結果とJIS規格について
- パイプレンチの構造力学について解析を行いました。ヒンジピンを設けて近似した結果、精度に若干の誤差が生じていますが、解決の糸口が見えました。
- テーパねじ標準締付トルクについて疑問があります。呼び450のレンチで290Nしか力を加えていないのに、25A：1Bでは100N-mの締付トルクが出ることになっています。
- JISB4606によれば、パイプレンチはヒンジにも支点になっているものと空中に浮いているものの2種類があります。ヒンジが無くても上アゴ部のネジガタがヒンジのような役目を果たす可能性もあります。
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中々、ベクトルが描けません。 しばらく、支点1、支点2 と支点7(ピン)作る三角形を眺めていました。 結構な圧縮力が出るし、 力が逃げないようになっていて、改めて、感心しています。 やはり、tigersさんの言うように、 ロックする動作と、回す動作は別に考えないといかんですよね。 ロックする動作から回す動作への移行がどうなっているのかの説明が 簡単に行けるのかどうか。 標準締め付けトルクから逆算した入力ポイントは それほどずれないから 回す動作では、入力のほとんどが締め付けトルクに使われるのだから。 ところで、 圧縮力は、10度傾斜で接しているとき、7[kN]以上だったので1Nの涙さんの解析と同等レベルで、一安心。
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その?（追記分） 解釈を間違えていたら御免なさい。 テーパねじ標準締付トルクからの小生の考察は、以下の如くなります。 ? 25A：1Bでは100N-mの締付トルク JIS用のパイプ外径はφ34mm、因って、100N-m÷（φ32mm/2）＝6250Nが外径にかかる だから、パイプレンチの柄の部分の力は、6250N×（φ32mm/2）÷（パイプセンタ～柄） これが、そもそものスタート（摩擦損失は無視の場合） “参考 lumiheart さん作成の パイプレンチ図面 ”を測ると、100mmの実測は41mm （パイプセンタ～柄）は106.5mmなので、約260mmが実測となる 6250N×（16mm÷260mm）＝384.6N＝39.25kgの力を加えるとなる （もっと大きな柄の長いパイレン選択か、パイプを柄に突っ込み、力を加える処を延長） ? また、25A：1Bでは100N-mの締付トルクは、 25A：1B管に傷を付けない場合は、摩擦係数が0.15～0.2で、パイレン顎部歯とパイプが 接触となるので、パイプ中心方向に締付けるグリップ力は、摩擦係数が0.2なら 6250N÷0.2＝31250N 以上必要になり、ないと滑ります。 31250N×摩擦係数0.2＝6250Nが25A：1B管外径円周上の摩擦力となるからです すると、31250N以上のグリップ力を発生するには、くさび効果又はトグル機構、カム機構 、等々の増力効果がないと、パイレンは滑ったままになり、お笑いの世界と同く 滑ったままで、落ちがない状態となります 以上から、パイレン柄の部分に、人の腕の力を加えて、グリップ力にて滑らない摩擦力が 発生するかの考察も必要と考えるんですがね。 > 摩擦だけでも行けたか ?と?に関連がある、ないを含め、意味を教えてください。
補足
貴殿に教えることなどできません。 我々技術屋はプロフェッショナルである。 只で教えて貰おうとは全く良い根性をしている。 そんなことであれば学校に行ってやり直して下さい。 仕事に於いても当然だが教えを請う前に自らの行動を反省すること。 また仕事は戦場である。自ら学ぼうとか人を疑う前に自分に非がないかくらいを 確認する常識を持って下さい。私は馬鹿親切なので貴殿に幾ばくか付き合ったが もう無理ですゴメンなさい。・・・でもそんな中でも許すことが大事か・・・ 解析図・・・＞さて、解析を確認しました。 一体何処をみているのか？！ 未だに深層心理の奥底で自分の考えは正しいと思っているから計算もねじ曲がる。 良く解析図を見て何処が違うか考えること。基本が出来ていないから、つまら ない所でミスる。まず図にし自分で考える事っと、貴殿も初心者に仰っていた ではないか？まづは自身で実践することです。これが精一杯のヒントである。
解析並びに分析、誠にご苦労様です。 やはり、技術屋気質は、他の二方とは異なり、感服します。 さて、解析を確認しました。 ですが、小生が思っていたり、実際にパイプレンチを使ったり、画での分析をしたりしての 理論と異なります。 その内容は、lumiheart さんの図を拝借し、以下に述べますので、チェックして下さい。 ? パイプレンチを、パイプの径に合わせる場合は、URLに示す“３鉄フレーム”のねじを 廻して、“| ╲”の字の幅を調整します この場合、“| ＼”にすると、パイプへの食い込みが悪く、上顎(アゴ)の歯がパイプに 立たなくなり、パイプが滑って廻りません (小生は、くさび角が鋭角でなく、鈍角なので、増力作用が働かず、パイプが滑るとの考え) また、“| |”にすると、グリップ力が殆どなく、パイプが滑ります だから、“| ╲”の字になるようにして、みなさん使用します ? “| ╲”のようにして、パイプを充(あ)てがいますと、パイプの中心線が交わっている センタと７フレームリベットの中心線が交わっているセンタとが、URLの画で上下にずれ ていて、且つ下顎がパイプと７フレームリベットの間にあるので、“| ╲”字固定となる (詳細には、フックの法則から、力に対してのひずみ量分だけ変化するが、微量なので無視) 故に、“| ╲”字がパイプにアクセスする格好となる ? 上顎とパイプの接触点が支点で、パイプと下顎の接点 …… ア寸法 パイプレンチ柄を握った部分 …… イ寸法 となり、(イ寸法÷ア寸法)計算にて(梃子の原理にて)、パイプの接線方向に増力、 そして、パイプの接線方向の力が、くさび増力効果で、パイプ中心方向の力として 更に増力 と観えます。 因って、分析内容とは、異なりますね。 ? の増力効果でも、パイプが滑るなら、パイプレンチを叩き、衝撃力で?以上の力を 作用させ、グリップ力をあげます。 又は 、 ? パイプレンチを、パイプの径に合わせる場合は、URLに示す“３鉄フレーム”のねじを 廻して、“| ╲”の字の幅を調整します この場合、“| ＼”にすると、パイプへの食い込みが悪く、上顎(アゴ)の歯がパイプに 立たなくなり、パイプが滑って廻りません (小生は、くさび角が鋭角でなく、鈍角なので、増力作用が働かず、パイプが滑るとの考え) また、“| |”にすると、グリップ力が殆どなく、パイプが滑ります だから、“| ╲”の字になるようにして、みなさん使用します 【此処は、全く同じ】 ? 梃子の原理は、 ７フレームリベットの中心線が交わっているセンタ ～ パイレン柄を握った部分 パイプと下顎の接点 ～ ７フレームリベットの中心線が交わっているセンタ の比によって、パイプと下顎の接点部が接線方向へ増力される ? 下顎接点部の直近の円弧動作量 と その円弧動作量の対称形から描かれる仮想弦によって、 半径が短くなった量 の比により、トグル又はカム効果によって、パイプ中心方向に増力 (これをカムと呼び、カム圧力角分だけ、パイプ中心方向に増力) が、投稿者 １Ｎの涙 さん 提示の分析内容から読み取れる 小生の精一杯の考察です ですが、増力の計算メカニズムは、両者は極似です。 計算結果も、パイプと顎に付属する歯の接触摩擦係数損失(摩擦係数設定からの計算)を どのように観るかで、近似値レベルで同じ結果にもなります。 因って、二段式の増力で、パイプレンチは高いグリップ力を得られる工具となっております。 ラジオペンチや一部のプライヤーを除いたプライヤーは、梃子の原理だけの一段式増力工具で、 パイプレンチとは、そのことが異なると、小生は考えていて、諸先輩方達からその内容を 教授され、小生享受しています。
補足
回答ありがとうございます。皆で考えれば新たなことが分るかも知れない。 “| ╲”字の部分を実は解析では端折りました。y方向で僅かに2mm下顎の節点が 上がるだけなので簡略化した方が分り易くSIMPLEであると考えたからなのです。 ですから初めから考慮していたのです。貴殿のクサビの作用を完全否定している 訳ではありませんので誤解しないで下さい。 そうそうlumiheartさんの作成してくれた画像から大凡の寸法を決めてました。 引用したことを言い忘れておりました。 ?の喰い込む力が、カムなのかクサビなのかは微妙だがグリップ力に貢献はして いるだろうと思われます。角度があれば何でもクサビというのも如何かとも。 平坦な角度零でも摩擦力は働くが、角度が生じた途端にクサビに変身も変だ。 本解析は分析したものでは無くて私がモデル化したものを構造解析したものです から支点やヒンジなどの節点が間違いなければ反力も恐らく間違いないでしょう これらは何度も言いますが、不静定構造物なので撓みの計算が出来ないと解けない。 いや、仮想仕事の原理を上手く使えば手計算でもっと簡単な解法があるかも。
休日の朝からお疲れ様です。 僭越ながら、素晴らしいじゃないですか？ 横着な私にはまねのできないところです。 さて、 私は、今のところ、パイプをラチェットに見立てているのですが、 どうでしょうか？ 摩擦力の寄与がそれほど大きくないことを数字で示されると、 妙にほっとした気持ちになります。 もう少し、解析結果を眺めてみます。
お礼
回答ありがとうございます。 お褒め頂き、頑張った甲斐がありました。 このような計算とかは好きなので苦になりません。 摩擦力だけでは足りませんでしたねぇ。ちなみに、せん断力を計算してみます。 0.5mm喰い込むとして、0.5(mm)x10(mm 歯幅)x290(SGPの引張荷 N/mm)=1.45(kN) だから先の摩擦力と合わせ1.75+1.45=3.2(kN)＞3.17(kN)ということで、強引に 略、解析結果が正しいような感じであろうということにして本日は、お仕舞い。 戻って、解析した構造物はn=m＋r＋p－2k→n=7+4+6-2*8=1・・・不静定構造物 なので釣合いだけでは解けないっというのは、後から計算してみた結果ですが、 昔の平行リンクのクランプと同様にクランプ地点は撓み零の支点と考えました。
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補足
解析→ベクトル図Ver301↓は「パイプレンチの解析Ver.2.24」の反力を△赤色の トグル機構△の角度に合わせてベクトルを乗せてみましたが、こんな感じだろう 先にも申し上げたが釣合い条件だけでは解けないので、私のを信じるしか無いw http://www.fastpic.jp/viewer.php?file=0534944252.jpg ヒンジ部においてトルクが赤色と釣合い、290Nの↓赤色と青色反力が釣り合って いることになっています。この釣合い状況を導くのが普通にやっても出来ない。 戻って、簡単に言えば作用・反作用なのであるが、その比率は剛性によって変化 するというのが静定問題と不静定問題の大きな違いなので頭を切り替える必要が ↓は不静定トラスと呼ばれる有名な形であるが、当然ながら力の釣合い条件式 だけでは解けません。剛性から撓みを考慮しないとなりません。簡単に言うなら 剛性の大きい部材が大きな力を受け持つころが出来る。所謂、剛比というものの 影響を考えなければならない。これが静定問題と不静定での頭の切り替えです。 http://www.strmech.com/nagashima/02/uga03_fem4.html ＞剛性の大きい部材が大きな力を受け持つころが出来る。 ＞剛性の大きい部材が大きな力を受け持つこ・と・が出来る。 ＞剛性の大きい部材が大きな力を受け持つことが出来る。 ↑の不静定トラスの例えば真ん中がエライ太っとい材料で両サイドがワイヤーで あったならば荷重の殆どが真ん中部材でワイヤーはオマケ程度になると分かるで あろうか？部材により荷重分担が変わるからこそ部材を仮定している訳なのです 私の解析図では、どの部材もt10x20の鋼材と仮定し計算したものなのです。 不静定問題とは、たわみを求める必要があるからこそ部材も解らなければ解けん