機械設計マスターへの道

機械工学

【機械設計マスターへの道】衝撃荷重と材料の強度を考える（衝撃応力の計算、シャルピー衝撃試験）

今回は、物体が落下して他の物体に衝突するときなどのように、極短時間に加わる「衝撃荷重」によって生じる衝撃応力と材料の強度について考えてみたいと思います。 １．ひずみエネルギー、最大弾性ひずみエネルギー 断面 …

機械設計マスターへの道

焼きばめ・冷やしばめに関する必須知識と計算方法を解説！しめしろの考え方、面圧やトルクの計算例など

今回は、温度差による寸法変化（膨張・収縮）を利用して円筒形状の部品を軸部品にはめて、強固な固定状態を実現する「焼きばめ（焼き嵌め）」「冷やしばめ（冷やし嵌め）」について、考えてみることにします １．しまりば …

機械工学

【機械設計マスターへの道】次元解析のやり方とΠ定理（ポンプの模型試験の例で理解する）

当連載の前回のコラム［模型実験・模型試験に必要な「相似則」と「無次元数」の知識を整理］において、ポンプの模型試験を行うときは、幾何学的相似性と運動学的相似性を満足することで力学的相似性をも満足することができ …

機械工学

【機械設計マスターへの道】模型実験・模型試験に必要な「相似則」と「無次元数」の知識を整理

大型の船舶、あるいは大型のポンプ、水車などの流体機械で、実機を用いて工場性能試験を行うことが現実的ではない場合、小型の模型を作って性能試験を行い、実機性能に換算して評価することが行われます。 今回のコラムで …

機械工学

【機械設計マスターへの道】骨組構造「トラス」と「ラーメン」を理解する（構造力学の基礎知識）

今回は、構造力学に出てくるトラスとラーメンについて考えてみます。 １．骨組み構造と支点 複数本の直線状の部材の端部を連結して、荷重を安全に支え得るようにしたものを「骨組構造」といいます。 部材端部の連結点「 …

機械工学

【機械設計マスターへの道】薄肉円筒胴と薄肉球形胴の強度計算（必要肉厚）

今回は、ガスや液体を貯留し内面に大気圧より高い圧力を受ける圧力容器について、薄肉円筒胴と薄肉球形胴の強度（必要最小肉厚）について考えてみます。   １．薄肉円筒胴 円筒胴の内径をDi、胴の厚さをt …

機械工学

【機械設計マスターへの道】「はり」の基礎知識を習得！SFDとBMD、たわみの計算方法は？

機械を設計する際に、軸などの機械部品を建物の水平部材に使用する「はり」（梁）として考え、はりに加わる荷重とはりの支持条件に対して、はりに発生する応力や変形（たわみ）を計算することがあります。 このコラムでは …

生産技術・設備技術

【機械設計マスターへの道】鋳造における設計上の注意点（形状・構造面の重要ポイント）

当連載【機械設計マスターへの道】では、「知っておきたい鋳鍛造の基礎知識」の回で、鋳鉄と鋳鋼の違いについて解説しました。 「鋳造」は、型を作って溶かした金属（溶湯）を流し込むことで、様々な形状の物体を作ること …

機械工学

【機械設計マスターへの道】主応力とモールの応力円の求め方

当連載「機械設計マスターへの道」の第20回でで三次元応力と破壊学説について説明しました。 今回のコラムでは、その前に基本的に理解しておくべき平面応力の考え方とモールの応力円について、できるだけわかりやすく解 …

機械工学

【機械設計マスターへの道】自重による応力とひずみ／自重を考慮した平等強さの計算

当連載「機械設計マスターへの道」において、「荷重と応力、ひずみ」の関係について解説しました。 今回は機械自体の重さ（自重）による応力とひずみについて解説したいと思います。   自重による応力とひず …

機械設計マスターへの道

熱応力の基礎知識と計算方法を解説｜線膨張係数って何？

今回は、特に使用状態における製作時（常温）からの温度差が大きい機械を設計する場合に注意が必要となる「熱応力」の基礎知識についてわかりやすく解説します。 １．熱応力とは？ 一般に物体には、固有の線膨張係数があ …

機械設計マスターへの道

【機械設計マスターへの道】配管フランジの基本知識を総まとめ！(規格/接続方式/ガスケット座の種類等)

  前回この連載コラムでは、シール部品であるガスケットについて解説しました。 ガスケットは配管フランジに多く使用されています。 そこで今回は、知っておきたい配管フランジの基礎知識をご紹介いたします …

機械設計マスターへの道

【機械設計マスターへの道】ガスケット・パッキンの基礎知識（ガスケット係数／ガスケットの種類と特徴）

水や空気などの流体は、圧力差とすき間があれば漏れが生じます。 流体が漏れると、大抵の場合は厄介な困りごとになるので、流体を扱う機械では、漏れが生じる可能性のある個所には、漏れを防止する対策を施します。これを …

機械工学

【機械設計マスターへの道】バルブの種類・特徴・使い方をスッキリ整理！流量特性などの前提知識もチェック

以前に当サイトで掲載されたコラムに「設計者が知っておくべきバルブの分類（方式・形状による区別）」という記事があります。この記事は、バルブのシート・シール構造や弁体の作動方向などを中心に、バルブを自分で設計す …

機械工学

【機械設計マスターへの道】送風機／圧縮機の必須基礎知識・厳選解説

流体機械は、ポンプなどの「水力機械」と、送風機・圧縮機などの「空気機械」に大別されます。 空気機械である送風機や圧縮機の作動原理は、基本的には水力機械であるポンプと同一です。 ターボ形と容積形があって、ター …

機械工学

【機械設計マスターへの道】冷凍機の種類と仕組み、性能の考え方

当連載コラムの「熱交換器の種類・分類と特徴、伝熱計算の基礎知識」の中で、エアコンにも熱交換器が活躍していることを書きました。 一般家庭、小規模の事務所・店舗などの、限られた空間（部屋）を、エアコンを用いて空 …

機械工学

【機械設計マスターへの道】熱交換器の種類・分類と特徴、伝熱計算の基礎知識

固体壁の両側に、高温流体と低温流体を通して熱量の交換を行う機器を「熱交換器」（Heat Exchanger）といいます。 熱交換器は、熱伝導と熱伝達という2種類の熱移動理論を用いて、高温流体と低温流体の間で …

機械工学

【機械設計マスターへの道】ベルヌーイの定理と流量・流速の測定［オリフィス流量計/ベンチュリ管/ピトー管］

以前の本連載コラムでは、流体力学の基礎知識として「連続の式とベルヌーイの定理」を解説しました。 今回は、ベルヌーイの定理を応用した流量と流速の測定について紹介します。   １．オリフィス流量計 管 …

機械工学

【機械設計マスターへの道】クリープ現象と低温脆性がこれでわかる！知っておきたい金属材料特性の基本

今回は、高温域または低温域で使用される機械や機器を設計する際に、注意する必要のある材料特性についてお話しします。 １．クリープとは？ 金属材料にある応力σが作用するとき、材料の応力‐ひずみ特性に応じたひずみ …

機械工学

【機械設計マスターへの道】機械力学の理解に必要な物理学的基礎知識をチェック！

機械力学は、機械の動きと、機械に働く力の大きさや方向などについて調べたり解析したりする学問です。 以前に本連載で、機械力学が扱う現象の中での代表的なテーマであると考えられる「振動」の重要ポイントについて解説 …

機械工学

【機械設計マスターへの道】機械工学で用いる「単位」のまとめ

これまで機械設計に関するコラムの中でも折りにつけ触れてきましたが、今回のコラムであらためて「単位」についてまとめて確認したいと思います。 機械設計では、各種力学の知識をもとに、機械がその機能を発揮し、かつ安 …