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機械設計エンジニアの基礎知識 | 設計・3DCAD・製図・金型等

リンク

リンクは、リンケージとも呼ばれています。

 

リンクは、複数のジョイントもしくは関節と呼ばれる部分があり、自由に可動します。

 

産業ロボット、パワーショベル、自動車のワイパー、電車のパンタグラフ、卓上の電気スタンドのアーム、傘の骨組みなど様々な場所に用いられています。

 

 

 

対偶(たいぐう)とは?

 

対偶は、構成するリンク機構の一つで、対となる2つのリンクが運動の自由度を残して結合しているものです。

 

例えば扉に使う蝶番です。

 

 

自由度については、扉に使う蝶番は、前後に開いたり閉じたりするため、「自由度が1つある」 といえます。

 

1本の軸で前後にスライドする場合を 「1つの自由度を持つ」 ということになります。

 

リンクを対偶で結合させた部分を 「連鎖」 といいます。 そして、連鎖内の一つのリンクを固定し、これに対する他のリンクの相対運動を 「機構」 とよびます。

 

回転対偶は、主にドアや扉などに使われ、すべり対偶は、直線上をすべるため、スライダーとも呼ばれます。

 

<すべり対偶>

 

このほかにも次のような対偶があります。

 

点対偶・・・球体の機械要素が面として伝うような対偶。玉軸受などがあります。

 

線対偶・・・円柱の機械要素との接触しているもの。

 

トラス・・・全てのジョイントが自由に回転できる回転対偶の構造です。ジョイント部分は回転できますが、モーメントが伝達されないために圧縮力や引っ張り応力のような内力が働くことで外力に抵抗することができます。

 

ラーメン・・・ジョイントの部分を溶接することによって回転できないように固定した骨組み構造です。剛体となることで曲げモーメントに抵抗する作用によって外力に抵抗します。ラーメンはドイツ語で「枠」という意味です。

 

※モーメントとは、物体を回そうとする力です。トルクと同じ意味で使われることもあります。

 

 

リンクの種類

 

■トラス構造
トラス構造とは、動作を目的としたものではなく状態を維持するために使われます。例えば橋です。

 

橋は3つのリンクを固定するため自由度がなくなります。この状態を固定連鎖といい、強い強度が必要とする構造物に利用されます。

 

 

トラス橋には、様々な形状があります。

 

ハウトラス
橋の中心に向かって「ハ」の字に作られた橋です。垂直材に引張力、斜材に圧縮力が発生します。

 

プラットトラス
斜材を橋の中心から支点に向かって「V」字に配置したものです。新幹線が通る橋にも使われています。

 

ボウストリングトラス
上弦材が弓なりの放物線を描いたものです。こちらも電車が通る橋としても使われています。

 

 

■4節リンク

 

 

4節リンク機構では、1通りの動きしかできないため、自由度は1となります。このことを限定連鎖といいます。

 

また、5節リンク機構は自由度が2ですが、リンク動作の制御が難しくなります。これを不限定連鎖といいます。
具体的には、玄関ドアの上部にあるダンパ、車の車輪を左右に動かす装置などに使われています。
※ダンパの役割は、機械構造の振動や運動の力を減衰させる装置で、ショックアブソーバーとも呼ばれています。

 

 

■スライダクランク

 

 

スライド部に設置されたジョイントが可動します。決まった動作を繰り返すことに適しています。自由度は1です。
往復運動を回転運動に変えることができるので、蒸気機関車の動輪に使ったり、あるいは、ミシンの針の動き、エアコンプレッサーに使われることがあります。
※エアコンプレッサーは、圧縮空気を作り出す機械で、釘打ち、塗装のスプレーガン、浮き輪などの空気入れなどがあります。

 

 

リンク機構とクランク機構の違いは?
 
リンク機構は、入力動作を異なる動作に変換するために組み合わせたものですが、クランク機構はクランクピン、スライダーピン、棒などから組み合わせたもので、回転運動や往復運動を行うリンク機構の一つになります。

 

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