板カムの跳上がりを拘束するばねの選定方法について

質問

• 板カムをばねで拘束する際の選定方法について詳細を教えてください。
• ばねを使用した拘束方法で跳ね上がりを防ぐための計算方法を教えてください。
• カムの設計ソフトで拘束バネに関する計算が可能かどうかを教えてください。また、計算可能なソフトについて教えてください。

回答No.8

noname#230359 · ベストアンサー

> 従節の跳上がり
恐らく御存知とは思いますが、エンジンの設計では、
カム曲線の変曲点で従節が跳ね上がる現象は「ジャンプ」
ジャンプした従節がカム上に着地し、
再び跳ね返ったりするのを「バウンス」と呼んでいます。

で、このジャンプやバウンスを防止するためには、
エンジン設計の世界では、バルブスプリングの設計に際し、
初めからこれを考慮に入れます。

難しいのは、カムで動的に縮められていくバネの、
縮み始めた部分と、まだ縮んでない部分とで、加速度が異なり
それが次々と伝搬していく状態にあるからです。
ですので、静的な釣合い式では解析出来ず、
いきなり動的な解析にならざるを得ない点です。

計算式については、
エンジンの設計関係の書籍を探してみて下さい。
理論式に、実験で得られた補正項を付加した式が多いでしょう。
この辺は各エンジンメーカのノウハウ的な部分が有り、
あまり公開はされていないかと思います。
文献にあるのも、一般的な解析が多いでしょう。

昔、現在の様なシリンダと直動部品で構成されたものではなく、
全てをカムで動かす様な自動機が全盛の時代、
ジャンプ／バウンスを防止するカム曲線とバネの設計は、
設計者の腕の見せ所でした。
（大掛かりな自動機では、カムが２０枚も並んでいたものです。）

カム曲線の加速度が大き過ぎると、
リフトの頂点（≒変曲点）に達する前に、従節がすっ飛んで行ったり、
バネを強くすれば良いかと思えば、強過ぎ＝バネの自重が重過ぎで
逆に追従しなかったりと、難しい設計のオンパレードでした。
ランプウェイも単純な曲線じゃ駄目だったりします。

設計、頑張って下さい。

> 皆様は、ばねを使用して拘束する際の選定で、
> どのような計算で行っているのでしょうか？
昔務めたエンジンメーカでは、
大型電算機のオンラインで計算してくれるシステム有り。

その後はカム駆動の設計は無いので、計算も縁が無い。
有っても、バネの共振点の計算くらいはやるだろうが、
それはＪＩＳ規格にも載っていた筈。

書き忘れちゃった。

ジャンプ／バウンスの防止策には、
追従性の異なるバネを２個組み合わせて使うのが、常道。
サージング（＝共振）の防止にも有効です。

回転数が低いからといって安心していてはなりませぬ。
例えば極端な仮定ですが、基礎円がφ５０で最大リフトが２５、
動作角が６０°程で単純な直線ランプだと、３００r.p.m.位でも
フォロア側が軽ければ、結構危険な状況になる筈です。
（計算はしていないが、経験的に危ない感じ！）

回転数は勿論ですが、系の質量と慣性量が効いてきます。

> オススメと思う書籍のタイトル
先ず、
内燃機関概論　喜多野 晴一 著　日刊工業新聞社
これは今でも販売されています。
手許の初版１３版は、ISBN-4-526-00616-5　ですが、
現在は、978-4-526-00616-6　のコードになっています。
因みに現在は、￥２,７５２です。

バネの設計に、各部の質量と加速度から成る式を与えています。
分かり易い説明で、初心者にも取っ付き易いでしょう。

次は絶版本。
日本機械学会の、機械工学講座?－７
内燃機関（上巻）です。
手許のものは第３版ですが、廃刊になって久しい筈。
※　ですが、機械学会は文献複写サービスを行っていますので、
※　もしかしたらコピーが入手できるかも知れません。

こちらはバネの振動も考慮した式になっています。
更に、サクッとインテグラルを含む積分式も呈示しています。

さて、回転数が低くても安心できないのは、
昔の自動機でも、結構、ジャンプする事件が起きていたとの話があるからです。
無理なリフトを与えるのは禁物です。

お礼

回答ありがとうございます。
自動機の設計なので、どこまで参考になるかは分かりませんがエンジン設計関係の書籍を探してみようと思います。

可能でしたら、絶版でも構わないのでオススメと思う書籍のタイトルを教えてはいただけないでしょうか？