【第1回:機械力学入門】知識不足による不安、あなたは大丈夫ですか?

投稿日:2023年07月12日

category:

いつもMONOWEB通信をご購読
いただきましてありがとうございます。

先日からご案内していました
新eラーニングについての最新情報をお伝えいたします。

機械力学入門講座は、
来週の7月20日(木)に発売が決定いたしました!

※都合により、延期となる場合もありますので、予めご了承ください

そこで、リリースまでの間
機械力学について、知識を深めていただける
連載メルマガ(全3回)」をお送りいたします。

ーーーーーー

連載メルマガの内容とは?

ーーーーーー

こちらのメルマガは、
機械、構造物、ロボットなどに携わる
設計初心者を対象としてお話していきます。

多くの設計者が不安を抱えていえる
「機械力学の基礎知識」についてお届けしますので、ぜひお楽しみください。

今回の連載を読み終えるころには、

なぜ、機械力学知識が重要なのか?

なぜ、学校で教わったことが使えないのか?

効率よく学ぶための学習方法とは?

ということが、ご理解いただけるはずです。

第一回目の本日は

「なぜ、機械力学の知識が重要なのか?」

というテーマでお話していきます。

ーーーーーーーーーーーー

「機械力学」の知識はなぜ重要?

ーーーーーーーーーーーー

さて、それでは
入社したばかりの田中さん」を想定して
話を進めていきましょう。

彼の初めてのプロジェクトは小型ロボットの設計。

しかし、
大学で学んだことが現場で役立つのか、自信がありません。

そんな田中さんは、ある日上司から言われました。

上司:「ロボットの動きを理解するには、
    機械力学の知識が不可欠だよ。」

この言葉が、後の彼の学びのきっかけとなります。

ある日、田中君は『 ある課題 』に直面します。

ロボットのアームが想定通りに動かないのです。
これは一体どういうことでしょうか?
なぜロボットのアームは思うように動かないのでしょう?

それは、

彼がまだ機械力学の深い知識を持っていなかったことが原因で
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
起きてしまった不具合でした。

また、この他にも機械力学の知識が不足していることにより、
引き起こされる問題はいくつか考えられます。

例えば、

・ある部品が動かない
・予定していたよりも早く壊れてしまう

などです。

では、なぜこのような問題が起きてしまうのでしょうか?

それは、機械の動き、つまり力やエネルギーの移動や変換を
理解できていないからです。

これらの理解が欠けると、
設計の段階で計算や予測のミスが生じ、
結果としてロボットが正しく機能しない原因につながります。

つまり、

田中君の問題を解決するためには、これらを理解するための
機械力学の知識が必要となります。

力のバランスを考慮し、アームの構造を再設計することで、
ロボットのアームが想定通りに動くようになります。

これがまさに機械力学の役割であり、
設計者の「知識」と「スキル」が問題を解決する一例です。

ーーーーーーーーーーーー

機械設計エンジニアにとって、

機械力学の知識は「必要不可欠」

ーーーーーーーーーーーー

機械力学を身につけること。

それはまるで「パズルのピースを組み合わせる」ようなものです。

数学的・物理的な理論は、このパズルの各ピースに相当します。

例えば、
力やモーメントの計算、物体の運動を理解するための微分方程式などは、
この大きなパズルを完成させるための重要なピースです。

これらのピースを理解し、適切に組み合わせることで、
機械に正しい動きをさせることができます。
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

また、
機械力学は機械工学の基礎となる知識ですので、
他の専門分野にも深く関わっています。

4力と呼ばれている
「熱力学」「流体力学」「材料力学」といった分野も、
機械力学の理論を土台にしています。

つまり、これらを理解するためにも
まずは「機械力学の知識」を身につけることが不可欠なのです。

ーーーーーーーーーーーー

「機械要素の選定」に、機械力学の知識は必要?

ーーーーーーーーーーーー

機械力学は、機械要素の選定にも重要な役割を果たします。

機械要素の選定とは、
簡単に言うと、産業機械や自動車、ロボットや家電製品などを動かすための
部品を選ぶことを指します。

その中でも特に重要なのが、

「モーター」「歯車」「カム」「ベルトとプーリー」

などの部品です。

それぞれの部品がどのような力や回転力(トルク)を
受けるかによって、どの部品を使うかが決まります。

​​ここで問題なのは、

どの部品がどのような力やトルクを受けるか
を正しく理解するためには「機械力学」の知識が必要、
ということです。

機械力学とは、力と物体の運動の関係を研究し、
物体が力を受けた時にどのように動くかを説明する学問です。
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

つまり、選定のための条件を
正確に理解するためには、機械力学の知識が必要となります。

ーーーーーーーーーーーー

機械力学の知識不足・・・

具体的には「どのような問題」が起きるのか?

ーーーーーーーーーーーー

機械力学の知識が不足していると

「耐久性不足」や「動作不良」「エネルギー効率の低下」など

機械の性能に影響を及ぼす可能性があります。

知識不足による影響(例)

× 力の分解や合成の間違い
^^^^^^^^^^^^^
 複雑な構造物や機械の設計時に、力を正しく分解・合成できない。

 これにより、部品の強度や耐久性を正確に評価できず、
 設計ミスを起こす可能性があります。

× トルクや角加速度の知識不足
^^^^^^^^^^^^^^^
 工作機械やロボットアームなど回転する機械の設計時に、
 トルクと角加速度の関係を正しく理解できない。

 これにより、速度が速すぎたり、
 力が不足して正常の動作ができない可能性があります。

× 運動エネルギーや運動量、力積の誤算
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 運動する機械のエネルギー変換の設計において
 運動エネルギーの計算を間違える。

 これにより衝撃を吸収できず装置が破損します。

× 遠心力の理解不足
^^^^^^^^^^
 回転する機械を設計する時に遠心力の影響を正しく理解できない。
 
 これにより、部品が破損したり
 予期せぬ回転運動をする可能性がある。

機械力学の知識がないまま設計をすることは
コンパスも地図もないまま森をさまよっているようなものです。

道しるべとなる「機械力学の知識」を手に入れることで、
正しい道を歩むことができます。

これまでお話してきましたとおり、
機械力学の知識は、多くの設計問題を解決するための
手がかりとなるでしょう。

そして、その知識を身につけることで
自信を持って設計業務に取り組めるようになるはずです。

以上、ここまでに

「なぜ、機械力学知識が重要なのか?」

についてお話をしてきました。

ーーーーー

次回(第2回)では

学校で教わったことが使えない?その原因と解決策

をテーマにお話していきます。

ーーーーー

講座内容についても、
徐々に公開していきますので楽しみにしていてください。

最後までお読みいただきありがとうございました。