ねじり荷重とは

材料力学

今回は、ねじり荷重についてお話ししていきます。

材料をねじるように与える荷重のことを、ねじり荷重といいます。

材料力学は、主に静的荷重についてを中心として、材料に発生する力学的現象を評価しますが、
静的にねじり荷重がかかるような状況というのは、あまりありません。

ねじり荷重はどちらかというと、動的な機械を設計する際に必要となります。

特に近年では、「自動化技術」がどんどん開発されており、ハード面では、生産自動化(人手による作業を、機械が自動的にやってくれる)や、電気自動車が注目を浴びております。

そしてこれらの装置に欠かせないハードウェアと言えば「モータ」です。

モータは加速時・減速時にねじり荷重を受けるため、ねじり荷重の計算は、モータを使った機械の設計でよく使われます。

そんなねじり荷重の導入的な内容について、今回はお話しします。

材料がねりじ荷重を受ける状況とは?

材料がトルクを受ける状況は何かということをイメージするときに、最もイメージがしやすいのは、雑巾が絞られるように荷重を受けるという状況です。

雑巾を絞る人のイラスト

またそれ以外にも、棒から円周方向に飛び出た物体を、棒の軸回りに回すことでも、材料はねじり荷重を受けます。

これは、ネジやボルトを、工具で締め付ける動作に当たります。
また、モータの軸に「キー」という部品をつけて、モータの駆動力を伝える現象もこれに当たります。

荷重の呼び方

まず「ねじる」とはどのような荷重かというと、
材料の軸回りにモーメントをかけるような荷重のことを言います。

そのため、ねじりモーメントということがあります。
しかし、梁の曲げ荷重もモーメント荷重であり、少しややこしいことから、

ねじりモーメントのことは「トルク」ということが多いです。

例えば、ネジを締め付ける時の回転力は、ネジのサイズごとに適正値が決まっておりますが、この適正値のことを「締付トルク」といいます。

さらに、ネジの締付け力どおりに締付けを行うために使う工具のことを、「トルクレンチ」と言ったりします。

(左)曲げモーメント、(右)トルク(ねじりモーメント)

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