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※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文:複数リンクのトルク計算について)

複数リンクのトルク計算について

2023/10/18 21:51

このQ&Aのポイント
  • 現在、6本7節のリンクで板を90°回転させる機構を設計しています。その中でリンクが動かない様にロックする必要があり、そのロックトルクがどれくらい必要か計算方法が分からず困っております。
  • 参考図の様にテーブル先端に100[N]負荷した時、図示固定部のジョイントが矢印方向へ回転しますが、その回転力(トルク)の算出方法をご教授ください。
  • A,Bを固定ピンとし、C~Gは可動します。また少し質問の趣旨を変え、100Nの力と釣合うRの力は幾らかとさせてください。
※ 以下は、質問の原文です

複数リンクのトルク計算について

2012/09/24 12:17

現在、6本7節のリンクで板を90°回転させる機構を設計しています。
その中でリンクが動かない様にロックする必要があり、そのロックトルクがどれくらい必要か計算方法が分からず困っております。

参考図の様にテーブル先端に100[N]負荷した時、図示固定部のジョイントが矢印方向へ回転しますが、その回転力(トルク)の算出方法をご教授ください。
宜しくお願いいたします。

図がわかりにくく申し訳ありません。
補足として以下をアップします。
http://www.fastpic.jp/images.php?file=9326515766.jpg

A,Bを固定ピンとし、C~Gは可動します。

また少し質問の趣旨を変え、100Nの力と釣合うRの力は幾らかとさせてください。

宜しくお願いします。

沢山の解答有難うございます。

まだ納得できない部分があり追記させて頂きます。

単純に A点までの距離☓100[N]=100[mm]☓R[N]も一つの方法だと思うのですが、下のURLの様な倍力構造の要素は検討しなくても良いのでしょうか?

ピン位置やリンク構造(角度?)によってA点の回転力が変わってくるのではないかと推測しており、あえてA-Cリンクのみ角度を変えております。

http://koza.misumi.jp/lca/2002/12/92_1.html
http://koza.misumi.jp/lca/2002/12/93_2.html

リンク図再アップ↓
http://www.fastpic.jp/viewer.php?file=1897901261.jpg

多くの方に解答頂き有難うございます。

回答(8)(18)でご紹介いただいたWorking model 2D による解析をおこなってみましたので、結果をご紹介させていただきます。

結果:
x:-53 [N]
y:-257.5 [N]
R = √((-53)^2+(-257.5)^2) = 263[N]
となりました。

・Rの向きがリンクにきれいに90°になっていません。
・リンクの重量を0.01kgとしているので、若干重力の影響を受けます。

http://www.fastpic.jp/images.php?file=7160439808.jpg

リンク図
http://www.fastpic.jp/images.php?file=3847791527.jpg

回答 (48件中 46~48件目)

2012/09/24 19:36
回答No.3

固定ピンの意味が判らないが、回答(1),(2)さんともまた噛み合わないです
しかし作用点が移動(運動)するのであれば固定ピンには成らないだろう?
さらに作用点に荷重を加えなくても、アームの自重だけで動きそうに見える

動かない静止の状態ならば、静的な吊り合い式が成立する?X=0,?Y=0,?M=0
となることから求めることが可能である。しかし作用力に見合った運動が、
図のリンク全体を動かす運動量の変化になるだけで R は発生しない筈である

もし次のように考えるなら、支点A,Bの回転ピン部が固着した場合で尚かつ速度
が非常に遅いとした時の最大値 R は先の静的条件式で求めることが出来ると思う
そうで無いなら R 点には質量に加わる慣性力が反力っぽく錯覚して見える筈だ

ちなみに2番目を想定し、リンクの強度などを決定したいのか?っと考えて
↓FIG 1 として作図してみました。答え:MA=34.4 N・m R=0 N となった
勿論、摩擦抵抗などは無視した場合の静的な吊り合い計算だけですので、
実際のアームの強度計算するには動的な衝撃力と剛性も考慮することです

補足

2012/09/24 21:13

ご解答有難うございます。

説明が悪く申し訳ありません。
固定ピンA、Bは回転自由に地面に固定されていると考えてください。
また、ピン、リンクの摩擦やリンク、テーブル類の自重は考慮せず、すべて剛体と考えて下さい。
単純にテーブルに100Nの荷物が置かれており、それと釣合う力R(地面に立って人が押す)がどれくらいになるかという趣旨です。

また、R=100N×力から点Aの距離÷100mmで計算できるとおっしゃるかもしれませんが、例えばリンクが点A、C、D、Eが一直線に並ぶ位置を超えるとRはマイナスになりこの計算方法は成り立たなくなります。
よって、他にも考慮する要因があるのではないかと考えています。

ご意見をお聞かせください。
宜しくお願いします。

質問者

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質問する
2012/09/24 16:20
回答No.2

回答(1)の追記内容に近い仕様でしたね。

さて、動作するに従い100Nの力と釣合うRの力は変化します。

それは、Rの力が掛かるリンクの固定ピンを基準に、考えれば簡単で明瞭です。

100N×腕の長さL1mm = Rの力×腕の長さL2mm  なので、

100N×(200mm+170mm×cos45°+84.49mm×cos10°) = Rの力×100mm  となり、

Rの力が求まります。(リンク動作損失は、無視での条件です)

動作するに従い、100Nの向きが変化し、またそれと直交する腕の長さも変化するので、

Rの力は変化するとなるのです。(Rの力×100mmの関係は、変化しないとなりますが…)

100N×(200mm+170mm×cos45°+84.49mm×cos10°) = Rの力×100mm の

200mmはリンク長さで、100mm+100mm = 200mm 寸法は両方併記。

170mmはリンク長さで、90mm+80mm = 170mm 寸法は90mmと80mmで表記。

図での初期値は、

100N×(200mm+170mm×cos45°+84.49mm×cos10°) = Rの力×100mm

100N×(200mm+120.21mm+83.21mm) = Rの力×100mm

100N×403.42mm = Rの力×100mm

Rの力 =100N×403.42mm÷100mm = 403.42N  となります。   

トルクは、力 × 腕の長さ にて計算しますが、支点に対して、

? 力を主に考える場合は、力と直交する支点までの距離が、腕の長さになります
  力の方向と平行で、支点を通るラインを引き、その距離が腕の長さになります

? 腕の長さを主と考える場合は、腕の長さと直交する力の分力がトルク計算の力となります
  その分力の他方である腕を引張る又は縮める方向に作用する分力は、トルク計算に使用する
  力ではないとなります

この基本をベースに考えることが簡単明瞭となり、上述の式は?を採用して計算しています。

補足

2012/09/24 20:54

ご解答有難うございます。

リンクをロックする機構をどの位置につけるか考えるとすると(Rは考えない)、
その計算方法ではG点(補足の図)が最も有利で、小さな力で100Nに耐えられる事になります。
支え棒でG点を地面から支える場合はこの計算で問題ないと思いますが、都合上それが出来ないため、どうしてもG点を支えるリンク(90mm)にロック構造を固定するしかありません。
その場合はおそらく実質リンク全体を支えているA、B点との距離も考慮する必要があると思うのですが、その考え方がわかりません。

ご意見をお願いします。

質問者
2012/09/24 14:32
回答No.1

条件が不足しています。

> 参考図の様にテーブル先端に100[N]負荷した時、図示固定部のジョイントが矢印方向へ
> 回転しますが、その回転力(トルク)の算出方法をご教授ください。

ですが、“参考図のようにテーブル先端に100[N]負荷した時”に、固定ピンは、引き出し線で
指示している側のピンジョイントでしょうか?それともその左側のピンジョイントでしょうか?
固定ピンとは、そのピンジョイントを支点に100[N]負荷(トルク)が掛かることです。

固定ピンが、引き出し線で指示している側のピンジョイントなら、
200mm×100N=20000N・mmのトルクが、先ず最初に掛かることになります。
固定ピンが、引き出し線で指示している側ではなく、その左側のピンジョイントなら、
100mm×100N=10000N・mmのトルクが、先ず最初に掛かることになります。


それと、動作の確認やトルクの伝達確認は、紙の箱等で使用されている厚手の硬い紙で、型紙
を作ってピンジョイント部分へは、押しピンなどを使用して、模擬6本7節のリンク板を作って
みて、動作させてみることです。
可動部のピンジョイントは、例えば押しピンの針を上にしてセットし、固定部のピンジョイント
は、木材の板等に押しピンを刺し仮固定して、動作させてみてください。
リンクが動かないようにロックして、動作するかの確認もできますし、最終確認のジョイントが
矢印方向へ回転するには、+αの機能が必要になることも判断できる筈です。

それとも、当該リンクを動かないようにロックし完全固定してから、参考図のようにテーブル
先端に100[N]負荷した条件でしょうか?

それであれば、ピンジョイントで繋がっている、もう一方のリンクのそのピンジョイントに
対する回転トルクなら、計算は可能と考えますがね。

補足

2012/09/24 15:59

ご解答有難うございました。
固定ピンの条件を質問の方へ補足させて頂きました。
もしお時間が許せば、引き続き検討をお願いします。

また、教えて頂いた方法で動作確認してみましたが、力の具合までは確認が難しいため、やはり計算で求める必要がありそうです。

質問者

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