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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
2023/09/06 16:57
- 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。
パイプレンチの構造力学 （改）
2015/02/22 12:25
No.42628「パイプレンチの構造力学 」投稿者： トニック さんの質問が御存知
のように荒らされてしまったので、新たに質問としてっというより私なりの解析
をしたもの↓urlを叩き台にした皆さまの屈託のない意見や議論を期待しています。
尚、本来の「技術の森」らしい技術だけの投稿で、人の悪口は言わないこと。
※解析結果はヒンジピンを設けて近似したたため精度上若干の誤差を生じてます。
パイプレンチは呼び450サイズで25A鋼管を芯から250mmで400Nと仮定しました。
本日、午前中3時間以上を要しましたが、解決の糸口になりそうに思えます。
テーパねじ標準締付トルク↓14/16のサイトのリンク先が頻繁に変わってしまう
ので昨日は気づかなかったが、良く見れば呼び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るんだが？
呼び450のレンチとは全長450なので解析図の250は少過ぎた気がします。つまり
トルクは同じだが、垂直方向の反力が1.6倍も変わるから摩擦だけでも行けたか
http://www.hitachi-metals.co.jp/products/infr/pi/img_p08/hl-k100-ac.pdf
パイプレンチの解析Ver.2.24を↓ 赤字変更 450にして290Nにして解析してみた
http://www.fastpic.jp/images.php?file=5744687783.jpg
間違ったってエエじゃないか反省して成功に結びつければ・・・
そうでなければ開発設計などできません。まぁ今は開発設計じゃないけどねｗ
っということで皆さんも参加して下さい。特に、tigersさん？怒らないからｗ
JISB4606「パイプレンチ」・・・何とJISに規定されているではないか・・・
どうも私が持っているものは、ごく一般的なトライモ型というらしいですね。
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種類あるからねぇ
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しそうです。
おはよう御座います。今日は金曜日ですねぇ さて一日気合でがんばりましょう
ozuさんのように・・・もう少し、内容を纏めてから投稿してくれると有難い。
何となく、少しづつであるがΩに侵され始めて気がしてきたが・・・
風の谷のナウシカにあるように腐海の森が悪いのではなくって我々自身にも問題
があるのかも知れないっと考えれば少しは腹も立たないだろうし多めに見ようか
追記されても見逃す恐れも有るような気がしますので、ドンドン膨張もといー、
がんがん新規投稿にして下さった方が私もレスが付けやすいのでそうして下さい
あ・・・まじで時間が・・・やば。では失礼。
少しばかり停滞した感もあり、そろそろ閉じようかと思いますが如何か？
私は忙しいのだが、来週には何とか時間を作り「日本機械学会誌1953」を紹介し
たいと思います。それを以って最後にココを閉じようということに決めました。
徘徊老人は暇という時間を得てしまい、不快の森の拡散に更に精を出している。
良いものは良いが、悪いものは悪いのである。彼の投稿には愛が無いんだなぁ～
自分さえよければ、人を蹴落としてでもというような強欲さだけが読み取れる。
罪を憎んで人を憎まず。そのような世間に相手にされない可哀想な人間と思おう
私が、何度も「偶力」と「トルク」の違いを指摘しても、ついに気付かなかった
自分の意見を通すことに正に血眼になって人の意見も全く目に入らないようでは
技術者としても人としても如何なものかと思うが何せお年寄りなので無視する。
如何に明晰な解析をしてみせても、豚に真珠であることが再確認できました。
初心者の you 達には少しばかり難しすぎたのかも知れない(少し反省）・・・
更に、簡潔に分り易くしてみたが、これではパイプレンチノ影も形もないのだが
静的釣合い条件とは此のことです。ΣX=0,ΣY=0,ΣM=0 これで初めて静止する。
http://www.fastpic.jp/viewer.php?file=4455024415.jpg
・・・もしも、"you"のような・・・
＞先ず、100N-m÷(34mm/2)＝5882Nにて、パイプ円周上の力を求めて、600kgfと
kgf換算します。・・・N のままのがマギレが少ないが・・・
100kN 譲ってｗその 5.882kN に対応できる反力は一体何処に存在するのか？
軸計算のように軸が固定され全てのトルクを固定支点が反力で受けるならそう
だろう。しかし、本問ではパイプレンチを回そうとする静的な状況なのだ。
・・・こんなん計算してみたに過ぎず力学の基本から逸脱しています・・・
日本機械学会誌1953・・・週末にゆっくり探そうと思っていたら急に出張となる
再来週ならば、ゆっくりできる？かどうかは非常に怪しい。
まぁ急ぐ旅でもなかろう。。。
日本機械学会誌1953 昭和28年だった・・・既に琥珀色になっていましたw
画像だと非常に重くてかつ見難いので私が大凡をTypingしてみました・・・
「パイプレンチの応力解析
[G.H.Eisenhardt and W.L.Walsh,Proc.Soc.Exp.Stress Analaysis,…]
1/2"φの管を加えたパイプレンチの柄に 143kgm の曲げモーメントを
加えた場合に，パイプレンチに生ずる応力を塗料と抵抗線ひずみ計を
用いて測定した例で・・・ゲージ長さ 1/8" のひずみゲージを主要点
9箇所にき裂(↑塗料と思われる)に直角に貼布して,生じる応力の大きさ
を求める。。。」
結局、計測したデータも記載されておらず、応力解析と言っても実測値から
想定しただけのようなので少しばかりガッカリだったが、こんなもんだろう。
出張に出る前にと思い、探してみた。30分程度血眼？になって探した割にふふふ
っということで、閉じることに致します。ご協力ありがとう御座いました。
パイプレンチの解析Ver.222
http://www.fastpic.jp/images.php?file=3629536947.jpg
その他の回答 （14件中 6～10件目)
後出しになるのでアレなんですが
No.43139 「パイプレンチはクサビである」理論の証明
を書く為の資料探しで↓はダウンロードしてました
＞参考 CADデータページ - 土木資料館 はの行に パイプレンチ_001 DXF版 と JWW版 があり
ただこのCAD図がイマイチ信頼性に欠けるかなと、 ＜端的に言えばイラストに過ぎないのではないか？
なので、私の図はメーカサイトのｐｄｆからイチから書きました
因みに、ｐｄｆ－＞CAD変換ソフトは使用してません
とは言ってもｐｄｆ図面を実寸まで拡大してそれをトレースしただけですが
その方法で寸法が記載されてる数か所の寸法はちゃんと合ってる
＞また掴んだあとパイプを回すときにはヒンジ点は消失するような気がします。
＞フレームリベットのないパイレン
外国製でなくとも老舗のＫＴＣにもピンが無い ＜ＣＡＤ図も無い、ｐｄｆ図面すら見当たらない
http://ktc.jp/catalog/html/pwa-150~900.php
ただ、直感的にはこのピンは細過ぎのような気もする
100N-mの締付トルクがこのピンに掛かるとせん断応力でブチ切れそう？
このピンにはせん断応力は掛からないのであろうか？
ごく普通のプライヤのピンのほうが太いような気もする
http://ktc.jp/catalog/html/pj-150a~250a.php
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この質問は投稿から一年以上経過しています。
解決しない場合、新しい質問の投稿をおすすめします。
そうそう、
> 「パイレンざんす」のurlに後から気づきましたが・・・
> そう、これこれ、こんな感じじゃないだろうか？っと私も考えたのです。
> この図は貴殿がcadで書かれたものなのでしょうか？・・・私も欲しいーｗ
なんですが、
URLを確認してみてください。
補足
2015/02/25 23:39
↓のCADdata.comは会員なのでよく知っているしUploadもしたことがあるが・・
http://www.cad-data.com/
貴重な情報をありがとう御座いました。
パイプレンチの解析Ver.2.24拝見しましたが疑問点があります。
ヒンジ位置の決め方が判りません。
パイプを掴むときには、点２の真上くらいにヒンジ点がくるんじゃ無かろうか？
また掴んだあとパイプを回すときにはヒンジ点は消失するような気がします。
フレームリベットのないパイレン
https://www.ridgid.com/us/en/straight-pipe-wrench#
https://cdn2.ridgid.com/resources/media?key=5c530436-6206-43b5-b56e-3300f63ce98e&languageCode=en&countryCode=US&type=document
日本機械学會誌 56(419), 895, 1953-12-05 1953年だあ！！！
パイプレンチの応力解析
http://ci.nii.ac.jp/naid/110002440171/
なんてのも見つかりました。
>何れにせよ、何とか見たいものですねぇ？tigersさん？気になって仕方がないｗ
私も内容は見てナインですよ。
というか、引用元論文古すぎて引っかからないｗ
ただここに現れる回答者の方なら会社とかに日本機械学会誌ありそうかと。
図書館なら 東京都立図書館 多摩
https://catalog.library.metro.tokyo.jp/winj/opac/volume-detail.do?idx=36
大学等なら下記
http://ci.nii.ac.jp/ncid/AN00187394#anc-library
で閲覧できるようですよ。
抜けたｗ 下記に追加訂正
>私も内容は見てナインですよ。
>というか、引用元論文古すぎて引っかからないｗ
日本機械学会の方なら見れると思ったんですが、1999までしか見れないですね。
http://www.jsme.or.jp/publish/kaisi/kaisi1.htm
>ただここに現れる回答者の方なら会社とかに日本機械学会誌ありそうかと。
>日本機械学会誌1953見つけたじょ～
すばらしいｗ ぜひ御報告ください。
ただ60年以上前の報告は参考にはなるけど
信頼できるかなあという不安もありますね。
お礼
2015/02/26 12:48
ありがとう御座います。地方なので・・・国立図書館の会員ではあるんだがw
日本機械学会誌1953見つけたじょ～UPしても良いものか知らないが、まづ後で
確認してみまして皆さんに御報告できれば良いのですけど・・・ニヤリ
補足
2015/02/25 23:37
回答ありがとうございます
＞パイプレンチの応力解析・・・クレジットカード番号を要求されるんですが？
みたいんだが只で・・・プンプン 怒ってはいないんですが、不満ですｗ
・・・ううむ、ちっちゃくなっちゃった↓我が家のパイレン呼び250ではヒンジ
TYPEのようです。ヒンジ位置が支点3の直ぐ上に来たらX方向反力が半減します。
＞点２の真上くらいにヒンジ点がくる・・・それは無いでしょうっと思います。
https://lh4.googleusercontent.com/-9Sv-8mTg8LU/VO3cLK3Oq1I/AAAAAAAAB1E/lsr6HG5Y0xI/w140-h78-p/MOV_0171.mp4
それにしてもスマホと同じサイズでUploadできんもんかのううう
1953年というと↓IBM-702 真空管式計算機 （商業計算用大型コンピュータ）
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/10/BRL61-IBM_702.jpg
が出た時代らしく、日本での応力解析とはいっても数値解析では無く、精々歪み
ゲージを貼り付けたものか、或いは手計算でシコシコやったものかがきになる。
何れにせよ、何とか見たいものですねぇ？tigersさん？気になって仕方がないｗ
戻ってIBM-702でも10kB程度のメモリーしかなく教室程度の面積とは呆れます。
やはり、根本が違うのかな。
トグル構成が、下アゴの入力点で、上アゴ＆フレームリベットが出力点
下アゴ
↓
上アゴ ← → フレームリベット
ですが、変化は、…
http://www.sun-inet.or.jp/~mizutani/kougu6.html
正しい工具の使い方（パイレン）
正直、回答（５）を記載すると、荒れると思いましたが、やはり １Ｎの涙さんの人徳でしょう。
さて、小生の意見を纏めに入ります。
“パイレンざんす”の画の向きから、
ア）トグル機構に場合
上アゴ（パイプを通して） ← ◎ フレームリベット
↑
下アゴ
のイメージ図で、
フレームリベットを支点に、梃子の原理で増力された力が、下アゴの“矢印”入力
そして、フレームリベットは固定なので、力はパイプを通して、上アゴに向かう
その増力効果は、（上アゴへ向かう動作量÷下アゴが動く量）＝tanθ となり、
1/tanθが、総力係数です。
イ）カム機構の場合
上述のイメージ図又は、“パイレンざんす”から、“◎”のフレームリベットを中心に
下アゴが円弧を描いて、パイプと接触する
その接触角をカム圧力角又は接触角という
その場合のカム増力効果は、その圧力角をθとすると、1/tanθとなります
ウ）くさびの場合
“|○╲”のイメージ図でも判るように、傾斜角なのでその角度をθとしますと、
1/tanθがくさび増力効果(係数)
パイプの円弧とパイレン歯の間に、布(ウエス)等を噛ませると、摩擦係数は0.1を切り、
略1/tanθが実際値となる
また、イメージや計算がし易いし、ア）やイ）と計算値が極似
因って、これでの説明が解り易いと判断
が、纏めです。
機械工学的には、略似た計算をし、結果も略同じです。
次の追記記載は、実際に当て嵌めての内容です。
テーパねじ標準締付トルクからの小生の実際考察は、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、パイプ外周接線に6250Nが加わる
（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
すれば、更に大きな力が加わるが、これ位がいい処なので、これで実際計算）
★ 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
ですが、パイプが円弧で、ウエス等を使用し、表面が錆びないように油もあるなら、
0.1か、0.05まではいかないが、それに近い場合もある
なので、1/0.1や1/0.05以上の増力効果がないと、滑ることになる
▼ actan 0.1やactan 0.1は、 actan 0.1＝5.71° actan 0.05＝2.86°
となります
では、次の確認は、フックの法則での確認
25A：1Bは、外径φ34mm、肉厚3.2mm 上の追記で、φ32mmと下のは誤り。
ですが、6250Nが外径にかかるは流用し、パイプ中心方向へのグリップ力は1/0.1＝10倍の
約6250kgとする
パイレンの歯幅を30mmとすると、実際は“ヘルツ”の式で計算ですが、
6250kg÷(1mm×30mm)とすると、208kg/mm2応力となり、実際向きでない
なら、25kg/mm2の応力がかかり、鉄鋼類の縦弾性係数は2.1×10^4kg/mm2パイプ外径φ34mmから、
25kg/mm2÷2.1×10^4kg/mm2×φ34mm＝0.04mm がパイプ中心へと動く距離
その10倍である0.4mmが、
ア）のトグル機構なら、下アゴの動く量 で、
イ）のカム機構でも、圧力角は略同じなので、下アゴの動く方向に0.4mm程度動く で、
ウ）のくさび増力効果でも、傾斜角が略同じなので、下アゴの動く方向に0.4mm程度動く で、
目に見えない動きなので、くさび角で増力ロックが新人さん等々に優しい増力効果なんです
以上が、前々から云っていた内容です。
お礼
2015/02/25 23:51
＞１Ｎの涙さんの人徳でしょう
いいえリアルの私は嫌な人間です。ええ自らの知識と経験を鼻に掛け自慢して、
後輩には教えないというよりも近寄り難い先輩にみられていても気にもしない、
そんな鼻持ちのならない男なんです。。。っとどうも思われているようです。
信用というものは一歩づつしか積み上げられませんが、失うのは一瞬なのです。
ですから自分の発する言動や特に投稿などは後々残ってしまうものということも
ありますし気を付け過ぎていても損は無いだろうというのが私の経験則ですねｗ
まぁ本当の私の良さというか人間性は此処の森の常連さんの方が今現在の会社の
仲間達よりも付き合いも長いし、私の深層心理を見透かされている気がします。
横道失礼、戻って・・・長文過ぎてジックリ拝見させて頂こうと思いますので、
週末以降になろうかと思います。何せ、今週一杯は急な仕事で忙しくて流石の
私も残業しなければならないくらいのボリュームなんですわ・・・
補足
2015/02/25 06:47
回答有難うございます。参加してくれるのが少人数なので却ってPointが絞れて
議論もし易い。何度か質問したことがありますが、大勢に各々お礼するだけでも
大変なんだなっと思ったこともあります。Typingが下手だと相当苦労するだろう
トグル機構については、正直なところは自信も何もないのです。。。すみません
但し貴殿の書かれた支点反力ベクトル？モドキの図あるような反力は、リベット
と呼んでいる解析図「ヒンジ部」には残念ながら力学上は存在しないであろうと
思われます。でも間違いなく力は伝達しているのがヒンジであろうと思う。
ヒンジだからコレを中心にモーメントだけは釣り合っているだろう。
となれば・・・トグルじゃない？・・・ここらは私も共に考えます・・・
（ ヒンジは構造解析では余り使わないので私も自信がない所なのです。 ）
参考に解析図中の8-3間の部材には↓のような力が生じているっとPCが言う。
軸力（kN）：-2.687719689 -2.688158488 (マイナスは圧縮力）
せん断力（kN）：-6.673149282 -6.673149282 (マイナスは反時計回り）
曲げ（kN-cm）：-5.322626307 -18.00160994 (マイナスは反時計回り）
-18.00...側はフレーム側の曲げで、此方の方が大きいのは当然ですか。
上アゴ5-6間の部材には、6.7 kN(約683kgf)もの引張力が発生しているのも驚き
「パイレンざんす」のurlに後から気づきましたが・・・
そう、これこれ、こんな感じじゃないだろうか？っと私も考えたのです。
この図は貴殿がcadで書かれたものなのでしょうか？・・・私も欲しいーｗ
＞youさんへ
そう言えば、トルクと偶力の違いを明確に説明できるのかっと心配ですな↓参照
まぁ御存知とは思いますが勘違いなさっているというように見受けられますので
100N-mからのの接線力を出す・つまり偶力の算出方法を間違っていませんか？
追記 「2015-02-25 22:40:57」ここらが、とっても怪しい気がします。。。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%88%E3%83%AB%E3%82%AF
＞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
・・・何故か・・・φ34mm→（φ32mm/2）・・・
役所の計算書などは一言一句違っても訂正しなければなりません。
ただ計算してみただけとか、見せびらかすような投稿は却って混乱を招きます。
これでは議論になるどころか、ブレーンストーミングになっているんですけど
まぁいっかｗ ゆ・る・し・て・あ・げ・よ・う・か・な・・・
だ・・・か・・・ら・・・6250Nは・・・偶力じゃないっということは？？？
♪初心者っじゃないんだからぁ～ 助けてくださいよぉ、まったくもう。
解析図VER.222 を眺めてみました。
整理がつかず、実は、まだ、よく分かっていないけれど、、、
さて、
解析図VER.222の支点1を固定点とみなして作図されたlumiheartさんのCAD図もあり、
どこを支点とすべきか考えてみたが、
実際上は、初期に歯（支点1 支点2）の掛かりがあれば、動作は成立して、
結果、センタリングされるので、
静的に見るのであれば、どちらでも良いのかと思う。
＞ パイプレンチは呼び450サイズで25A鋼管を芯から250mmで400Nと仮定しました。
↓議論？があるようだが、パイプ標準締め付けトルク100Nm から
腕長さと入力を求めているわけだから、根拠明確で、ぜんぜん問題ないと思う。
人の掌の幅は100mm内外、ハンドル端を握って、力点は -50mm以上。
（100/290＝0.345m）全長450だから、芯からの距離はそんなもんだろうと思う。
寸法表記で 233＝＞200 250＝＞267 ではないかと思いますので御確認ください。
（モデルはあっているものと見ています。）
ハの字の有り無しなど、どこまでモデル化するのかについて、
言い出せばきりがない類の話になると思う。
現状、摩擦力を云々しているときに、
由来する圧縮力が共通認識になっていないのだから、
慌てる必要はないと思う。
慌てず、もう少し見てみます。
お礼
2015/02/24 21:19
回答＆ご指摘ありがとう御座います。全く気づいてませんでした。。。
＞寸法表記で 233＝＞200 250＝＞267 ではないかと思いますので御確認ください。
（モデルはあっているものと見ています。）
・・・仰る通りです。モデルは合っていました。233→○200,250→○267でした
圧縮力は、支点と見立てた支点1,2の反力が出せたから確定出来たし、これから
摩擦力も想定できるようになったことが大きいような気がします。フレーム材も
10x30と仮定しましたが、9x20でも反力などは殆ど影響が出ないのを確認した。
不静定問題として考えました。但し自重(10x30)の当分布荷重も見ているのです
から細か過ぎるので静定条件のY荷重と反力が若干合わないのは此処らにある。
・・・パイプレンチは呼び450サイズで25A鋼管は、私ならもう少し小さいのを
使ってしまいそうです。。。が、せっかちなので修正と共にやってみた。
っということで、↑に、新たに解析図 Ver.224をUpload してみました。
補足
2015/02/26 00:44
回答ありがとう御座います。これで岩魚内さんが揃えばｗ勢揃いに近いかもね
私が見るに↓のリッチ型のようであろうと思われるが分解図↓↓を良く見てみれば
下アゴの替え歯の取り替え時の位置決め用のピンであろうと私は思うのですが、
どうかね？ lumiheart さん？ 荷重は印籠部のような嵌め込みで受けるんだろ？
っというよりも垂直方向の荷重は水平方向に比較して半分もない理屈だしねぇ。
http://shop.plaza.rakuten.co.jp/my-koguya/diary/detail/201109260024
https://cdn2.ridgid.com/resources/media?key=5c530436-6206-43b5-b56e-3300f63ce98e&languageCode=en&countryCode=US&type=document