力と疲労の関係

質問

ボルト１本締付けるのに160Nｍの力で締付けるとします、この作業を何百本と締付けを繰り返します。
この時人はどの位で疲労を感じるか、注意力が散漫になるのか、何か数値的に表せませんか？エネルギーに換算するとか、こじつけでもかまいません。皆様の知恵をぜひお貸し下さい。

回答No.2

noname#194996

人間は疲労しますが、回復もします。適度な運動の範囲なら何時間続けても疲れません。質問者様がどんな動機で書かれているかわかりませんが、同じ作業でも条件によっては疲れが重要なファクターになりますが、無理のない範囲ですることで最大効率を目指しています。有名な実験がありますが、それはどんな大きさのシャベルを使えば、普通の人間はどれだけの土を最大量移動することが可能か？というようなものです。
私が言いたいのは、＞160Nｍの力でボルトを締付ける　にも、どんな長さのスパナを使うかで疲労が異なってくるということです。短いスパナなら早く出来ますが、力が多く必要で、疲れも早くなりそうです。またあまりに長すぎるスパナも、力そのものは少なくても、移動量が多くなり、工具自身も重くなりそうです。また、人間は１５Kg　までの力は疲れを考えずに持続できるということを聞いたことがあります。だいたいそのようなかんがえでスパナなどもつくられてあるようですが、厳密に効率を考えるならこのことも再考する必要があります。
この質問は、考えによってはその１５Kg　を更に増やして生産性を上げるために考えられてあるのか？とも思いますが、普通はこういった考え方は人道的に許されない方向なのかもしれません。こういった純粋な疲労の問題は、スポーツ医学で扱う問題になるだろうと思います。例えば１００mの全力疾走における酸素補償とか、筋肉内での疲労因子の蓄積などです。

＞この時人はどの位で疲労を感じるか、注意力が散漫になるのか

これらは多くはメンタルヘルスの扱う問題かもしれません。単純作業をする工場では多くがBGMを流して作業自体の疲労を逸らすようにしています。

水を射すようなことを書いてしまいました。
参考にはならなかったと思います。

お礼

水など射していません、普段使っていない頭が、いろいろな発想で今回転しています。おかげさまで前進しています、ありがとうございます。

回答No.1

gtmrk

おもしろいですね。

とりあえず、ざっくりエネルギー（というか、外部に対してした『仕事』）に
換算することは出来るんじゃないでしょうか？

並進運動の場合、力 F [N] を 距離 x [m] だけ加え続けると、

　　W = F x

という大きさの『仕事 W』を外部に対してしたことになります。
これはエネルギーと同じ次元（単位：Nm = J ジュール）を持ちますから、
要するに消費したエネルギーだと思うことができます。

同様に回転運動の場合は、
トルク N [Nm] を角度 θ [rad] だけ加え続けたときの仕事 W を

　　W = N θ

と表すことが出来ます。θ の単位は [rad] ですが、これは無次元量ですから、
この場合の W もエネルギーの次元を持っていることがわかると思います。

要するに、ボルトを締めるときにかけたトルクが 160Nm で、
そのトルクで半回転締め付けたとすれば角度は 180 [°] = π [rad] 、
それを 100 回繰り返したのなら、消費したエネルギーは

　　W = 160[Nm]・π[rad]・100[回] = 50[kJ] = 12[kcal]

などと求めることが出来ます。
このエネルギーが『疲労度』（とでも言うんですかね？）
に比例するのか、はたまた exp なのか log なのかはわかりませんが、
指標っぽいものにはなるのではと思います。

ところでこれ、何を締めるんですか？？？
私がしょっちゅう締めてる真空フランジなんかは M10 の 20~30 Nm とかが
せいぜい（多分）なのでちょっと興味があります。

お礼

ここから先数日間でまとめたいことがありますが、先がかなり見えてきました。ありがとうございました。