時間の経過とともに、機械工学は非常に複雑になりました。 今日、普通の車には、各コンポーネントを最小のネジで数えると、約30,000のマシンコンポーネントがあります。 これらの機械部品は、機械の設計意図に従って自動車を運転するために連携して機能します。
これらの機械部品のいくつかは基本的な機械部品ですが、他の部品は他の部品と組み立てられて車内で特定の機能を実行します。 オルタネーター、エンジン、キャブレターはそのようなコンポーネントの例です。
機械部品を理解することは、差し迫った問題を解決する効率的な機械を作成するための最初のステップです。 彼らは人員を削減し、能力を大幅に上回りました。 この記事では、機械要素とそのタイプについて学習します。
機械部品とは何ですか？
機械工学では、機械部品は機械の最小の機械部品または部品部品です。 これらは通常、単一の機能を実行し、複数のコンポーネントで置き換えることはできません。 たとえば、ベアリングはボール、リング、シールなどの小さな部品で構成されている場合がありますが、それらが機械部品に分解されると、その機能を実行できなくなります。
したがって、機械要素は、機械の構成部品（ファスナーなど）またはさまざまな部品（クラッチなど）として定義できます。 大まかに言えば、機械部品は2つの主要なタイプに分けることができます。
- 一般的な機械部品
- 専用機械部品
一般的な機械部品
これらの要素は、多くの種類のマシンの基本的な構成要素です。ファスナー（ネジ、ナットとボルト、リベットなど）、シャフト、ベアリング、キーなどの部品は、一般的な機械部品の例です。これらは通常、これらすべてのマシンで同じ機能を実行します。
ほとんどの場合、一般的な機械部品のサイズと形状は国際規格によって定義されています。
たとえば、六角ボルトは18の異なる規格に従って製造でき、最も一般的なのはDIN931とDIN933です。これらの規格のほとんどでは、サイズはM3からM48の範囲です。これにより、交換部品が簡単に入手できるため、さまざまな異なるマシンでの可用性が向上します。
専用の機械部品
これらは、機械設計で特定の用途を持つ機械部品です。このようなコンポーネントの例には、ジェットエンジンのタービン、ファンのブレード、ピストン、クランクシャフトなどが含まれます。これらのコンポーネントの機械設計は、要件に応じてカスタマイズされます。
船のエンジンの例を考えてみましょう。それらは異なるデザインを持ち、シリンダーの数は6から14まで変化します。
エンジンの種類ごとに、各コンポーネントのサイズが再設計されました。エキゾーストバルブ、シリンダーヘッド、シリンダーライナー、ピストン、ピストンリング、コネクティングロッド、クランクシャフトはすべてサイズが異なり、2種類のエンジンに適しています。
機械部品の種類
汎用および特殊用途の機械部品は、機械を機能させるために連携して機能する基本的な機械部品です。さまざまなタイプの一般的な機械コンポーネントとその使用法を見てみましょう。
ベアリング
ベアリングは、機械設計で最も一般的な機械部品の1つです。 彼らの仕事は、2つの可動部品間の摩擦をなくすことです。 それがなければ、回転機械の機械設計は不完全です。 ベアリングの主な目的は、2つのコンポーネント間の直接的な金属同士の接触を防ぎ、コンポーネント間の相対的な動きをスムーズにすることです。
それらはさまざまな形とサイズで提供されます。 豊富なベアリング設計により、設計者はさまざまな用途に最適なベアリングを選択でき、最大の信頼性、効率、性能、耐久性を保証します。
ベアリングは、線形（コンベヤーベルト）、回転（クランクシャフト）、ヒンジ（ドア、窓）、球形（ボールジョイント）など、さまざまなモーションに使用できます。 それらは、ラジアル荷重、アキシアル荷重（スラストベアリング）、またはその2つの組み合わせを回転要素からベアリングシートに伝達します。
ベアリングのいくつかの用途は次のとおりです。
- 引き戸/窓/引き出し
- エンジンクランクシャフト
- コンベヤープーリーとアイドラー
- 風力タービン
- モーター
軸
シャフトは通常、独自のアプリケーションとCNC機械加工用に設計されています
シャフトは、2つの部品間でトルクと機械的動力を伝達するために使用される長い円筒形の部品です。設計者は、伝送システムコンポーネント間の距離が大きすぎて直接接続できない場合、または異なる環境で動作する場合に使用します。
たとえば、船のプロペラの場合、エンジンとプロペラの間の距離が大きすぎるため、途中に複数のベアリングを備えた長いシャフトが必要になります。
同様に、タンカーの貨物ポンプに動力を供給する蒸気タービンは、点火の可能性を排除するためにダイアフラムによってポンプから隔離されています（さまざまな環境アプリケーション）。シャフトのみがエンジンルームからポンプルームまでバルクヘッドを通過します。
ナセル内の蒸気タービンは、運転中に非常に高温になります。万が一、ポンプ室の雰囲気が可燃性になった場合（貨物が漏れた場合）でも、機械設計によりタービンが発火源となることはありません。
シャフトは、必要に応じて中実または中空にすることができます。中実のものはよりコンパクトですが、それらの中空のものは同じ重量の下でより大きな収容力を持っています。動作中に重い荷重に耐えるシャフトの場合、設計者は、剛性、剛性、および曲げモーメントが高いため、中空シャフトを好みます。
シャフトのいくつかの用途は次のとおりです。
- 内燃エンジンクランクシャフト/カムシャフト
- 車軸
- 時計
- モーター
- ポンプ
鍵
機械設計では、キーはシャフトを回転要素に接続する小さな機械部品です。 場合によっては、2つの要素間のトルク伝達のみを担当することもあります。
キーはシャフトと回転要素の間に配置され、キーを所定の位置に保持するために両方にデバイスが切り取られます。 ハブの切り込みはキー溝と呼ばれます。 キーがシャフトに配置されているキー溝の下部は、キーシートと呼ばれます。 完全なアセンブリは、結合ジョイントと呼ばれます。
キー付きジョイントでは相対的な回転運動はできませんが、キーを軸方向に挿入すると、わずかな範囲の軸方向の動きが可能になります。 この機能により、キーは高い圧縮およびせん断応力に耐える必要があります。 したがって、キーの機械設計では、押し出し破損とせん断破損が重要な考慮事項になります。
機械設計のさまざまなキーには、多くの標準的な形状があります。 キーの5つの主なタイプは、ラウンドキー、サドルキー、スプラインキー、サンクンキー、およびカットキーです。
沈んだキーはそれらの中で最も一般的です。 長方形、正方形、平行に沈んだ、木目、斜めの頭、羽など、さまざまなサイズと形状があります。
キーのいくつかのアプリケーションは次のとおりです。
- モーター
- 船のプロペラ
- ギアドライブ
- プーリー
- スプロケット
カップリング
カップリングは、2つの回転する同軸シャフトを接続する機械部品です。主な目的は、機械設計で動力を伝達することです。アセンブリ全体が同じ速度で回転します。カップリングは、必要に応じて剛性または柔軟性にすることができます。
弾性カップリングは、時間の経過とともに発生する可能性のある取り付けエラーやシャフト間のわずかなずれを吸収できます。また、衝撃や振動を吸収し、その過程で機械の寿命を延ばします。クラッチとは異なり、カップリングは接続および切断されません。
一部のアプリケーションでは、これらの機械要素は、両端間の熱伝達を分離することもできます。たとえば、モーターは動作中に大幅に熱くなります。カップリングは、モーターから対応する機械への熱伝達を防ぎます。
一部のカップリングはヒューズのように機能します。トルクが一定の制限を超えると、敏感な機械を保護するために、駆動部品と被駆動部品の間の接続が切断されて切断されます。このタイプのカップリングは、過負荷安全機械式カップリングと呼ばれ、通常、動力伝達のモーターと駆動システムを保護するために使用されます。
カップリングのいくつかのアプリケーションは次のとおりです。
- 発生器
- ロボットのモーションコントロール
- 車のステアリングリンケージ
- 外輪船
- 車のディファレンシャル
ファスナー
機械工学アプリケーションでは、さまざまなタイプの留め具を使用して、2つ以上の機械部品を一緒に固定します。 それらは、必要に応じて削除できる一時的なジョイントを作成します。 一部のマシンは極端な条件下で動作します。 留め具の主な目的は、これらの機械を高圧、過度の力、および振動から保護することです。
機械の設計では、アプリケーションでのファスナーの設計または選択についてできるだけ具体的にすることが重要です。 これは、これらのマシンコンポーネントが使用中に製品が受ける力を管理できるようにし、マシンが障害なく正常に動作できるようにするためです。 留め具は通常、炭素鋼、ステンレス鋼、または合金鋼でできています。
留め具の例としては、ネジ、ナット/ボルト、割りピン、リベット、スナップリングなどがあります。 それらは至る所にあり、業界から独立しています。 唯一の質問は、リベット、ボルト、ナットを選択するのと同じように、メンテナンスのためにコンポーネントを分解する必要があるかどうかです。
歯車
歯車は、2つのシャフト間で動力と回転を伝達するために使用される歯車を備えた基本的な機械部品です。エネルギー保存の法則に従って、トルクを増減しながら角速度を増減できます。基本的に、これらは並進機械システムのレバーとして機能します。
2つの歯車の歯が互いに噛み合って、駆動軸から従動軸に動力を伝達します。通常、シャフトは平行ですが、特殊なギアを使用すると、交差するシャフトと非平行なシャフトおよび交差しないシャフトの間で動力を伝達できます。
あらゆる方向に効率的に作業できるということは、さまざまな形で提供されることを意味します。ほとんどの歯車は円筒形で、円周に歯があります。他の形状は、シャフト（ウォームギア）またはロッド（ラックアンドピニオン）に似ています。他の人は、円周ではなく顔に歯（フェースギア）を持っています。
一般的な歯車タイプを選択することは重要ですが、精密グレード規格（DIN、AGMA、ISO）、研削または熱処理が必要な歯、寸法（面幅、ねじれ）などの要素にも注意を払う必要があります。角度、弾性率）およびその他の要因。 、歯数など）など。
歯車のいくつかの用途は次のとおりです。
- 時計
- 車のギアボックス
- 時計
- ブレンダーとブレンダー
- 洗濯機と乾燥機
