▷ 機械系

この記事では、機械システムとは何かについて説明します。したがって、機械システムの意味、機械システムの例、さまざまな種類の機械システムとは何かがわかります。

機械システムとは何ですか?

機械システムは、動きや力を変換または伝達するために協調して動作する一連の機械要素です。

言い換えれば、機械システムは、動きを増加または減少させたり、力を増加または減少させたりする役割を果たします。したがって、機械システムは、大きな力を加えたり、大きな力を必要とする動きを快適な方法で生成したりできるため、人間にとって非常に役立ちます。

機械システムの特徴の 1 つは、他のタイプのシステムと簡単に組み合わせることができることです。たとえば、機械システムは通常、電気モーターの動きを生み出すために電気システムに接続されています。

機械システムはさまざまな固体部品で構成されています。したがって、各部分は力の影響を受けて動き、すべての部分が結合して機械システムが特定の機能を実行します。

機械システムの定義を理解したら、概念をよりよく理解するために、機械システムの例をいくつか以下に示します。

機械システムは次の部品または要素で構成されます。

駆動ブロック (または入力ブロック) : 駆動力を受け取り、システム全体の動きを開始する機械システムの部分です。通常、機械システムのこのコンポーネントは電気モーターに接続されており、モーターが機械システムの初期動作を提供します。
送信機ブロック：エンジンブロックの動きを受け取り、変換する機械系の部分です。同様に、動きを出力ブロックに送信する役割を果たします。
受信ブロック (または出力ブロック) : 送信ブロックから動きと力を受け取り、出力の機械的仕事を適用する機械システムの一部です。したがって、このコンポーネントまたは要素のセットが機械システムの主な機能を実行します。

自転車の機械システムを例に挙げると、ペダルは足からかかる力を受けるモーターユニットです。その後、ペダルは回転運動を伝達ブロックである自転車の機構に伝達します。最後に、その力の値を大きくして出力ブロックである車輪に伝達することで自転車は前に進みます。

機械システムは、その機能に応じて次のタイプに分類できます。

機械式直線伝達システム– 直線運動を伝達する機械システムの一種。通常、これらのタイプの機械システムは、入力力を増加または減少させるために使用されます。
円形伝達機械システム: 円運動を伝達する機械システムの一種。これらの機械システムは、シャフトの回転速度を増減するために使用されます。
機械的モーション変換システム: 入力されたモーションを別のタイプのモーションに変換する機械システムの一種。このようなタイプの機械システムは、円運動から直線運動、またはその逆に切り替えることができるため、非常に便利です。

機械的利点は、機械システムに加えられる力が何倍になるかを示す測定値です。換言すれば、メカニカルアドバンテージは、機械システムを使用する力の増幅の度合いを表す、機械システムの特性パラメータである。

機械システムの機械的利点を計算する式は次のとおりです。

$VM=\cfrac{F_s}{F_e}$

機械システムの機械的利点は、加えられる力の速度を負荷の移動速度で割ることでも計算できます。同様に、この式は、加えられた力の点の変位を荷重の変位で割ったものと等価です。

$VM=\cfrac{F_s}{F_e}=\cfrac{v_e}{v_s}=\cfrac{d_e}{d_s}$

金：

一方、力ではなくモーメントを伝達したい場合、機械的利点は出力モーメントを入力モーメントで割ることによって計算されます。たとえば、歯車システムの機械的利点は、伝達されるモーメントの比率によって測定されます。

$VM=\cfrac{M_s}{M_e}=\cfrac{\omega_e}{\omega_s}$

金：

次に、メカニカルアドバンテージの式から、次の関係が導き出されます。

VM>1 : 出力される力は加えられる力より大きいため、機械システムは力の大きさを増加させます。一方、荷重が移動する距離は、力が加えられた点が移動する距離よりも短くなります。
VM<1 : 出力される力は加えられる力より小さいため、機械システムは力の値を減少させます。ただし、力の作用点で生じる変位よりも大きな荷重変位が得られます。
VM=1 : 機械システムの出力力は、機械システムに加えられる力に等しい。荷重の変位と力の作用点も同じです。この種の機械システムには機械的な利点はありませんが、より快適に力を加えるためによく使用されます。