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機械系技術者が知っておくべき3大事故  忘れたらアカン、ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、機械系技術者が知っておくべき3大事故について少し、記します。


機械設計者にとって、考慮すべき現象の考慮がされずに発生した古典的な
事故について述べます。

事故が発生して初めて、これらの現象についての重大性が初めて認識されて、
その後の技術の進展に多大な貢献をした事故です(いささか不謹慎ではありますが)。
なお、本項は日本機械学会誌に東京大学の中尾先生がお書きになった解説を
元にしています。本文献は、直接見ることが難しい方は、先生のお書きになられた
書籍を参考にしてください。

1.タコマ橋(アメリカ合衆国);流体振動による自励振動現象
  1940年完成のアメリカ合衆国ワシントン州タコマ(Tacoma)市の海峡、タコマ
ナローズに架けられた初代の吊り橋の破壊現象です。完成から4か月後に、風速
19m/secの弱い横風で落橋しました。
  1940年7月1日の完成直後から、横風が吹くと上下に大きく振動することがわかり、
その解析と補強方法の対策を検討するために、ワシントン大学で風洞模型実験が
進められていました。11月7日に、振動が激しいとの現地からの報告により、ワシントン
大学のフォーカーソン博士のグループが,16mmフィルムにより橋の状態を落橋に至るまで
撮影を行いました。

 1.1落橋までの経過
    最初は中央のスパンで蛇が蛇行するように上下振動していたものが、風速
19m/secに達した時点で、大きなねじれ振動に変化しました。このような揺れが1時間ほど
続いた後、中央スパンの4分の1点で桁が座屈し、橋床が落下しました。
この直後に最終的な崩壊が始まり、結果として中央スパン間では橋桁がケーブルから
ちぎれて崩落しました。

 1.2落橋の原因
    橋の破損の原因は、横風により吊り橋が自励振動したためです。当時の知見では
この振動現象の原因がわかりませんでした。ちょうど風洞模型実験が行われている最中
事故が発生しました。

この橋の設計は設計者であるモイセーエフ氏のたわみ理論により設計されました。これは
「吊り橋のスパンが長くなれば長くなるほどケーブルの自重が橋桁の自重に比較して相対的に
大きくなって車両や人など橋の上を動くものの荷重は橋桁よりもケーブルのたわみにより支え
られる。」というもので、タコマ橋はこの理論により建設されました。この理論はスパンの長い
吊り橋を建設するためには橋桁の部材を節約できるため、コスト的に都合の良い理論といえます。
タコマ橋の橋桁は扁平なH形で、剛性を上げるために斜め部材を張るような、ねじれ対策は
行われていませんでした。

    落橋後の風洞模型実験により、落橋の2つの要因が明らかにされました。
 (1)橋桁の剛性不足により、たわみやすくねじれやすい構造であった。このため、風によ
    り簡単に振動が始まってしまった。
 (2)橋桁の形状が空気力学的に振動を起こしやすかった。橋桁はH形であるため、桁の上下に
   空気のはく離により端での渦が発生して橋桁を上下に振動させ、さらには渦の発生する
   タイミングが橋桁の振動と一致してしまい、更に大きい渦を発生させることになる自励振動と
   いう現象を発生させる。

 1.3対策
    橋桁の剛性の重要性が認識された結果、新しいタコマ橋は風を通しやすくして、剛性を
上げたトラス構造を採用しました。これは日本で設計された瀬戸大橋でも踏襲されており、
風速80m/secの台風でも耐えられる構造になっています。


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tag : 疲労 事故

摩耗の種類   忘れたらアカン、ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、摩耗の種類について少し、記します。



■摩耗とは
    摩耗とは、摩擦に伴って固体の表面が継続的に減量する現象です。

■摩耗はどう変化するか
    固体どうしが滑る距離Lと摩耗量V(体積)との変化を説明します(図1)。
    図に示す曲線の傾きを摩耗率(摩耗速度)といいます。図の曲線Aは、
  摩擦の開始時には高い摩耗率になる(初期摩耗)が、距離が伸びるにつれ
  て低い摩耗率になる(定常摩耗)場合を示します。

    多く機械でこのような摩耗形態が認められます。但し、潤滑状態や材料
  の性質によっては、摩耗率(滑り距離と摩耗量の比)が一定となる場合(直線B)
  や、すべり距離の増加により摩耗率が増加する場合(曲線C)もあり、摩耗量
  だけではなく摩耗率にも注意を払う必要があります。

滑り距離と摩耗率

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鋳鉄の種類とその性質・・・1 忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、鋳鉄の種類と性質について、一番よく使われているねずみ鋳鉄の
ことを考えて見ましょう。

■鋳鉄の種類と性質
 鋳鉄をその製造方法で分類すると、ねずみ鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、可鍛鋳鉄、
CV鋳鉄、特殊鋳鉄に分類されます。


■ねずみ鋳鉄(片状黒鉛鋳鉄)

 1.ねずみ鋳鉄の性質
   ねずみ鋳鉄は、古代から生産されてきた鉄系鋳物の素材であり、現在でも鋳鉄
  の全生産量の過半数を占めています。その特性は、主としてその組織中に存在
  する黒鉛に依存していますので、まずこの黒鉛がどんな役割を演じているのかを
  調べてみましょう。

   黒鉛はグラファイトとも呼ばれ、炭素の結晶体です。木炭やすすは結晶体では
  なく、原子配列は不規則なものです。黒鉛を人工的に作るには、炭素質の物質を
  二千数百度まで加熱する必要がありますが、この炭素が溶鉄の中に溶けますと、
  もっと低い凝固温度(1145℃)で結晶の形で晶出されます。不思議な現象ですね。

   黒鉛の比重は、約2.3で軽くて弱いものです。 これが鋼と同じ基地の中に分散
  しているところに、ねずみ鋳鉄特有の性質がを示すようになります。まず凝固時
  にこれが晶出しますと、比重が小さい分だけ膨張することです。一方、基地の部
  分は収縮しますから、その差異分だけ収縮は小さくなり、押湯の設計について
  あまり苦労せずに鋳物が作れます。この膨張量は黒鉛量が増えるほど大きくなる
  わけですから、C%が共晶点近くになりますと、鋳物の収縮はほとんどなくなり
  ます。この点から、ねずみ鋳鉄は鋳造性がよいといわれるのです。

   鋳物製品となってからも、黒鉛はいろいろ有効な役割をします。耐摩耗性(潤滑
  摩耗)性が優れていること、被削性がよりよいこと、振動吸収能が大きいこと、水
  に対する耐食性が鋼よりも優れていること、熱衝撃に強いことなどが、ねずみ鋳鉄
  の特性としてあげられますが、 これらの特性には、黒鉛の存在が大きく寄与して
  います。
   摩耗しにくいという性質は、基地が適当に硬くなっていることが要因ですが、
  黒鉛が潤滑剤的な役目を果たすことも寄与しています。被削性に対する黒鉛の影響
  は、刃具の切削抵抗を減らし、仕上面を平滑にする効果があります。また切粉
  (削りくず)がカールして長くならず、細かく分断するので、その後始末が容易
  です。振動吸収能というのは、例えば工作機械など作動中の振動を嫌う機械類に
  有効な性質です。耐水性については、最近は減りましたが、地中に埋設される水道
  用配管に鋳鉄管がよく使われていました。これは鋼管に比較して錆に強い性質が
  あるからです。ただし、水道管は強じん性も要求されるようになりましたので、
  現在は次項で述べる球状黒鉛鋳鉄製のものに置き換わっています。熱衝撃に強い
  という性質は、インゴットケースのように繰返し急速加熱されるものに適用されて
  効果をあげています。基地の急速熱膨張を黒鉛が吸収してくれるためだとされて
  います。
   以上のように片状黒鉛の混在は、鋳鉄に多くのよい性質を与えてくれますが、
  反面鋳鉄の強度を低下させ、 じん性を弱めるという製品にとって良くない作用も
  します。黒鉛同士の先端が接近し、力を加えるとその部分にひびが発生しやすく
  なるためです。

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油圧機器におけるコンタミネーションコントロール 忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、油圧機器におけるコンタミネーションコントロールについて述べます。


■コンタミナント
  作動流体中に「ごみ」など、作動流体から考えて異物が混入している
 とき、その異物はすべてコンタミナントと総称されます。
  コンタミネーションはコンタミナントが混入した状態をいいます。
 小さな空気の泡が 多数あれば、それは「エアコンタミネーション」、
 作動流体が油であれば、水がわずかに混入した状態は 「ウォーター
 コンタミネーション」と呼ばれます。油などが分解あるいは化合により
 生成した物質は、スラッジを作りやすいが、スラッジもコンタミナントです。
 グリースや、それに近い性質の半固形物も、コンタミナントと考えます。

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Si単位の接頭語  忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン ものづくりの、マーシーです。

  機械の現場でも、SI単位が浸透してきたように思います。
我々、若い時に重量単位系で仕事を進めてきた人間にとっては、
いまだになじみにくいところがあります。
  さて、今回は基本のSI単位の話ではなくて、大きい数値や、
小さい数値を表すときに使う、基本単位の前につける、
SI接頭語を下表に示します。。


■SI接頭語
係数接頭語記号
1024=(103)8ヨタY
1021=(103)7エタZ
1018=(103)6エクサE
1015=(103)5ペタP
1012=(103)4テラT
109=(103)3ギガG
106=(103)2メガM
103=(103)1キロk
102ヘクトh
101デカda
10-1デシd
10-2センチc
10-3=(10-3)1ミリm
10-6=(10-3)2マイクロμ
10-9=(10-3)3ナノn
10-12=(10-3)4ピコp
10-15=(10-3)5フェムトf
10-18=(10-3)6アトa
10-21=(10-3)7ゼプトz
10-24=(10-3)8ヨクト





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疲れと耐久性  忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、材料の疲れと耐久性について述べます。


■ 疲れと耐久性

 繰返し荷重を受ける機械要素は、その応力値が静的状態下での材料の強度より

かなり小さな値であっても破損してしまう場合があります。このような破損は疲れ

破損として知られています。疲れ破損は、必ず金属材料の面粗度による凹凸部分や

応力集中を生ずる不連続形状部分から起こります。金属材料の疲れ強度は、ある

定められたサイクル数に対して抵抗し得る応力値として定義されます。

 十分に低い応力値の場合には、上記のような応力サイクル数は、無限大に近づ
 
きますが、鉄や鉄合金に対しては無限大の応力サイクル数(1x107 回以上)に対する

応力値がその疲れ限度として使用されます。一方、非鉄金属やその合金に対しては、

ある繰返し数に対する応カ値がその疲れ強度として使用されます。鉄鋼のような疲れ

限度はありません。


   ・・・ インデックスへ ・・・




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設計能力の養成   忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、設計能力の養成について考えます。



■設計能力の養成

 設計者が必要とするスキルや養成すべき能力について述べます。箇条書きで。
 
1.2次元の図面から3次元の物体を想像できる能力を養成する。

 もっとも最近は3次元CADがありますが、現場で使える環境のところは

 まず無いと思います。

 設計者の基本です。頭の中で書けるように、ぜひとも訓練して下さい。


2.会話とスケッチを用いて設計内容が説明できること。

 また、文章とスケッチを用いて設計する内容を説明できるようにする。

 人に自分が意図する内容を説明する能力は、どのような仕事でも大切ですが、

 機械設計では出来上がりは形がある物を作ることになります。他のどのような

 仕事に増して必要なスキルです。
 

3.機械製図を勉強する。

 まあ、ものづくりをするつもりなら、自分の意図を判ってもらうための

 手段として絶対に必要です。


4.機械を本質的な要素に分解して、どのような作用を行うかを解析する習慣をつける。

 抽象的な言い回しですが、機械を観察するとき、何を解決するために

 つくられたものかその要素は何かをつかみ、どのように原理を利用しているかを

 調べる訓練をしてください。(まだ抽象的か)
 

5.徹底的にする習慣を養う。

 要求された項目はすべてチェックするなど、徹底的にやり遂げる努力が必要です。
 

6.問題を解決する能力を養う。

 これは、数学や機械工学の知識を使って問題を解決するばかりではなく、

 実際的な話、例えば非貫通穴に圧入したブッシングを傷つけないで抜くには

 どうしたらよいか。のような実践的な問題解決能力を含んでいます。

7.記憶力を養う。

 この場合も、公式や数値を覚えるだけでなく機構学的なことも忘れずに覚えて

 おくようにしてください。


以上、かなり抽象的ですが、これからも気づいたことは追記していくつもりです。

機械の潤滑故障 忘れたらアカン ものづくり

忘れたらアカン、ものづくり のブログを書いている、マーシーです。

今日は、機械の潤滑故障について、少し説明します。


機械の潤滑故障を、機械の運転時に現れる現象としてみる時その主なものを、その原因とともに

示します。


■ 機械の動きが悪い

機械が動きが重かったり、動きにむらがあったりして滑らかに動かない場合は動力の

消費も大きくなります。

このため騒音や振動が出たりモータが過熱したり、必要な回転数に達しなかったり

します。

対策のためにモータを強力なものにすると、機械が過熱したり伝導装置や軸受が損傷

します。

[原因]

① 摩擦部分の設計・組付けの間違い

   摩擦部分の隙間が小さ過ぎる(隙間がマイナスになっていることもあります)と摩擦が大きく、

 また逆に隙間が大き過ぎても潤滑状態が悪くなって摩擦が大きくなり運動も不安定になります。

 また、摩擦部分に十分な潤滑剤が送り込まれないと潤滑不良で運転状態が悪くなります。

 これらは設計に問題があることも多いが、不良によることもあります。 


② 材料・潤滑剤の選定誤り

   摩擦部分の材料とその組み合わせその組み合わせ、並びに潤滑剤の選定が不適当な時は

 運動が不安定になり、かじりや焼つきなどの損傷を起こしやすい。



③ 異物の混入

    外部からの土や砂ぼこりなどの固形異物が混入する時は、摩擦部分に、かみ込まれて円滑に

  動かなくなります。摩擦部分の隙間や油膜の厚さは数μmから数十μm程度であるのに対して、

  空気中に浮遊しているすなぼこりは数十μmから100μmに達するものが普通であり、硬さも極め

  て高いので、機械の運動を阻害し、著しく摩耗させます。


④ 摩擦部分の損傷

    軸受、歯車、送りねじ、案内面などの摩擦部分に摩耗、かじり、はく離などの損傷が起きると、

  運転状態が悪くなります。










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テーマ : 仕事の現場
ジャンル : ビジネス

硬さの検査

金属材料の硬さは、引張り強さと相関があります。

材料の機械的性質の判定に重要な要因となります。

また、検査は比較的簡単にできますので、ものづくりの現場ではよく使われています。

JISで決まっている硬さの測定方法は、次の4種類が決められています。


1.ブリネル硬さ試験 (HB): くぼみの直径を測定します。

2.ロックウェル硬さ試験 (HR): 基準荷重と試験荷重の2回荷重を加えてできるくぼみの深さの差を測定します。

3.ビッカース硬さ試験 (HV): 四角すいのくぼみの対角線の長さを測定します。

4.ショア硬さ試験 (HS): 先端にダイアモンドの球をつけたハンマーを落下させて跳ね返りの高さを測定します。

5.その他の硬さ試験 : やすりを試料にあててやすりの高度と比較する方法や、試料を引っかいて硬さ標準片と比較する方法などがあります。

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