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※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文:摩擦材の選定(静摩擦係数は大きく、動摩擦は小さく))

機械設計での摩擦材の選定について

2023/10/15 20:34

このQ&Aのポイント
  • 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。
※ 以下は、質問の原文です

摩擦材の選定(静摩擦係数は大きく、動摩擦は小さく)

2008/12/26 23:15

機械設計で悩んでいることがあります。摩擦材の選定で、静摩擦は大きく、動摩擦は小さくなるような組み合わせです。

装置は動力伝達の一種なのですが、同軸上に3つの要素がありまして、そのうち2つの間に摩擦が必要です。具体的には、固定された軸と、入力部分と、第3の軸があります。中心の固定された軸に軸受けを介して入力軸(筒状)がかぶさっており、第3の軸はさらにその外側の筒という感じです。
課題は、入力部(プーリー等が付きます)を回した時に、第3の軸がそれに追従するようにしたいのです。しかし一体というわけではなく、入力部(回転方向、回転スピードは変動します)の動きに多少(半回転とか)遅れてついてくる方が良く、また入力部の回転を上回っても困るので、二者の間に回転方向には遊びを設け、さらに中心軸と第3の軸の間に摩擦を発生させれば良いかと思いました。

ただ、入力部が一定の回転を続ける間は動力損失を減らしたいので、上記要件を満たすべく、静摩擦が大きく、動摩擦の小さい材料の組み合わせを求めて考え込んでいます。材質の候補としては、中心軸と第3の軸にはALやSC等の金属、その間にかます摩擦材としてニトリル材のOリングまたは金属バネなどを考えましたが、自信がありません。もちろん、適しているならPOMなどのプラスチック系素材にも興味があります。雰囲気としてはシールされた機械内部で、周辺メカニズムの関係で常時グリースまたは油で潤滑される状況です。入力軸の回転速度は、最大で500rpm程度です。

条件に合う材質、または設計を見直すべき箇所などご存知でしたら、お知恵を貸して頂けるとありがたいです。

分かりにくいアプリケーションでご迷惑をおかけします。

出力は、入力部からワンウェイラチェット等を通じて取り出す予定です。
通常の機械でしたら、それなら入力→ラチェット→出力でOKだと思うのですが、出力先が外力で逆回転することがあります。そして、その場合には、動力伝達を切り離して逆回転するままにしておきたいのです。そのために、入力部にワンクッション設けて、第3の軸と入力部の位相差でラチェットの通常動作と完全オフを切り替えようと思いました。つまり、出力側が逆回転する前に入力側を一度逆回転させて切り替えておけば、切り離されてキックバックが来ないということです。入力は人力なので、そうした操作は苦にならないものとします。

先述のように、位相差というのは半回転程度で、その遊びを過ぎたらなんらかのストッパで両者が噛み合い、一緒に回るという構想です。入力側を正回転させ続ける時には摩擦が発生したままになるので、動摩擦係数が低い方が良いと思いました。静摩擦係数は高くないと件のスイッチ機能が実現できなさそうなので、その差が大きいものを探していたということです。

まだまだ言葉足らずな部分もあるかもしれませんがよろしくお願いします。

回答 (8件中 6~8件目)

2008/12/27 09:45
回答No.3

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

2008/12/27 16:44

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。

質問者

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質問する
2008/12/27 07:23
回答No.2

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

2008/12/27 16:32

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。

質問者
2008/12/26 23:34
回答No.1

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

2008/12/27 16:24

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。

質問者

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