- ベストアンサー
エアーの加圧減圧に必要な力と圧力の計算
- エアーシリンダを使って、加圧、及び減圧を行いたい場合の必要な力と圧力の計算方法について教えてください。
- 加圧時にはエアシリンダの面積と容器内の圧力差を考慮し、必要な力を計算します。
- 減圧時には容器内の圧力変化を考慮し、必要な力の計算方法が異なります。
- 機械設計
- 回答数5
- ありがとう数5
- みんなの回答 （5）
- 専門家の回答
質問者が選んだベストアンサー
- ベストアンサー
Ｑ１ 貴殿の加圧に関して、 Ａ１ 圧力は、 ★ 絶対圧 表示；真空を零として測った圧力 ★ ゲージ圧表示；大気圧を零として測った圧力 完全真空は、－0.1MPa があります。 容器内圧力は「(大気圧)0.1MPa －＞ 0.2MPa」になるは、 ゲージ圧力が0.1MPaなので、1000N ≒ 100kgです。 より、正確には、最初は0Nの力で押し始め、最終で1000N必要となります。 Ｑ２ 貴殿の減圧に関して、 Ａ２ ゲージ圧力で、－0.05MPaです。 そして、シリンダのピストンの状態は、 絶対圧で、 <0.05MPa> ピストン <大気圧の0.1MPa> ゲージ圧で、<－0.05MPa> ピストン <大気圧の0MPa> で、何れも差が0.05MPaで、力の向きは ← である事が判ります。 ですから、ピストンの面積が0.01m2であるなら、500N ≒ 50kgとなります。
その他の回答 (4)
今回の内容に限らず、簡単なフリーハンドのマンガ絵を描き 確認する習慣をつけますと、貴殿自身も判り易くなります。 また、歴史の年号を覚える目的で意欲（1492）に燃えるマゼランや、 リトマス試験で赤は健康で賛成（酸性）青はその反対でアルカリ性 等々の忘れ難くもします。 そして、設計には、必需の絵心（スケッチ図が上手くなる）の効果 も出ます。頑張って、使用してみて下さい。
お礼
アドバイス有難う御座います。 自分も絵に描いたり、例題を幾つか作って確認する様にしています。 今回の質問もイラスト入りで投稿したかったのですが。。。 実は今回初めてこのサイトを利用させて頂きましたが、 レスポンスが良く、親切な方も多く、勉強になりました。 また、利用させていただくと同時に、 逆に自分の専門分野は回答したいと思いました。 今後とも宜しくお願い致します。
Ｑ１ 素人な自分としては、体積を１／２（圧縮）にするのに必要な力よりも、 ２倍（膨張）にするために必要な力の方が少なくなる事に、やはり違和 感を感じますが、理論上はその様に考えれば良いのでしょうか？ Ａ１ YESです。絶対圧換算で、 体積を１／２（圧縮）は、 ↓シリンダのピストン壁 0.1MPa（大気圧）＋0.1MPa ┃0.1MPa（大気圧） なので、ピストンの両側を0.1MPaで押すと、消去される事になり、 0.1MPa（大気圧）⇒ ┃ ← 必要な力 となります。因って、0.1MPa×ピストン断面積（0.01m2）が必要な力。 ２倍（膨張）は、 ↓シリンダのピストン壁 0.05MPa ┃0.1MPa（大気圧） なので、ピストンの両側を0.05MPaで押すと、消去される事になり、 必要な力 → ┃ ← 0.05MPa（大気圧との差圧） となります。因って、0.05MPa×ピストン断面積（0.01m2）が必要な力。 です。
お礼
早速のアドバイス有難う御座います。 アドバイスの通り理解することとさせて頂きます。 例の密閉容器とピストンでは、100kgで押すと0.2MPa（絶対圧） になるのに対して、100kgで引張ると、シリンダが長ければ 0Pa（絶対真空）に近づくと考えられるのですね。 （あくまで理論上ですが。） 勉強になりました。
シリンダーを使って加圧や減圧が出来るのかは判りませんが（リーク多いし） さて減圧した場合、0.05MPaの内圧で、外圧が0.1MPaとなりピストンを引いて 減圧しようとする力と釣合うとして考えれば良いと思います。つまり ピストン力=（外圧－内圧）MPaｘＡcm2=5Ａ N（MPa=100N/cm2） 真空状態では仮に内圧をゼロにすると、外圧がそのまま全て受圧面に掛るから 0.0MPaが最大の真空状態。つまり外圧0.1MPa全てが周囲から働くという事です 従って真空容器では、外圧0.1MPa以上は掛らないということになると思います 工業力学を考える場合の基本は、作用反作用で静止していれば吊合いを考える
お礼
ご回答ありがとうございます。 「絶対圧力で、外圧との差圧を計算する。」と言う事ですね。 例のシリンダでは、 エアーの体積を半分に加圧する時は１００ｋｇ エアーの体積を２倍に減圧する時は－５０ｋｇ となり、 私の勝手なイメージからすると、印加する力は、 ほぼ同じ、または減圧時の方が大きいと思っていました。 ご指摘の通り、実際にはリーク、熱などの影響で理想状態には ならないと思います。 実は今回の質問の装置は「加圧する、減圧する」では無く、 「加圧、減圧状態になる場合がある」の方が正解です。 その時の最大荷重（力）を考えたいため質問をさせて頂きました。 また、宜しくお願い致します。
エア回路や油圧回路では圧力を”ゲージ圧”を使って考えたり、説明したりします。 ゲージ圧＝絶対圧ー大気圧 で大気中での大気圧の影響を考慮からはずして考えます。 ご質問の圧力は０．１ＭＰとなります。 その時に必要な力はゲージ圧に受圧面積をかけます。 関連書籍等に書いてある圧力はすべてゲージ圧です。 化学分野の様に絶対圧は使いません
お礼
早速のご回答有難う御座います。 ゲージ圧の方が大気圧の影響を考えないですみますので 考え方がすっきりします。 そこでまた、ご教授頂きたいのですが、 負圧のゲージ圧はどの様に考えれば良いのでしょうか？ エアシリンダを引張った時、閉容器内は負圧になりますが、 例様に、大気圧下にある閉容器の体積を、シリンダで２倍にした時の 負圧の考え方（算出方法）を教えて頂けないでしょうか？ 絶対圧で「圧力×面積」と考えると、 圧力が下がるに伴って必要な力が少なくなってしまい、 理解に苦しんでおりました。 また、幼稚な質問ですが、宜しくお願い致します。
お礼
アドバイス有難う御座います。 今まで頂いた回答から、総合判断すると 絶対圧では、「内圧と外圧の差圧×面積」 ゲージ圧では、「ゲージ圧×面積」 で求める。 と、考えれば良いのかと思います。 （間違っていたらご指導願います。） 但し、素人な自分としては、体積を１／２（圧縮）にするのに必要な力よりも、 ２倍（膨張）にするために必要な力の方が少なくなる事に やはり違和感を感じますが、理論上はその様に考えれば良いのでしょうか？ 環境を作る事が出来れば実験してみたいのですが。。。