パイプレンチの構造力学

質問

パイプレンチについての質問です。
工具箱にあるパイプレンチで遊んでいて
ふと思ったのですが
なぜ、パイプレンチを回すとしっかりと歯が食い込むのか疑問に思うように
なりました。
機構を観察する限り下の歯（植歯）の角度が関係していると思うのですが
考える程謎です。考えると夜も眠れません
どなたか原理をお教え頂けないでしょうか？
できれば計算式があれば納得できそうです。
よろしくお願い致します。

皆様、ご回答ありがとうございます。
無知な私にここまで手ほどきして頂いて
感激です。
ここでは、パイプレンチの構造力学以外の
物の考え方や調べ方も多く学べる事ができました。
私自信、皆様の知識をより私の身になるべく
日々努力します。

回答No.19

noname#230359

> 回答(13)以降で、ラジペン、プライヤーを例示するが、原理的に異なるのもを引っ張り出し
> て、パイレンとの違いを示しているけど、なぜパイレンが良いのかの説明になっていない。
> ラジペンも"ハ"の字だけどね。でも、ダメなんでしょ？
> キーワードは「歯」　　その形状と動きをよく観察することだと思う。
> 仮説もよいが、検証がまったく無いから、でたらめ、ホラとか評される羽目になる。

？？？

簡単明瞭に、ラジペンの"ハ"の字とパイレンの"ハ"の字とは、インプット力の方向が
◇ ラジペンの"ハ"の字は、パイプの直径又は半径方向に働いて、増力効果しない格好
◆ パイレンの"ハ"の字は、パイプの接線方向に働いて、傾斜角によりパイプの直径又は
　 半径方向に増力効果し働く格好
質問者でないので、勉強して投稿するように。

理解できないなら、参加を見送るべき。
他の回答者さんから、…視されますよ。
回答(14)の書き出しで、判らなくもないが、嘆かわしい限り。

何か、
No.43121　　力の伝播・ベクトル等の指南書
http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&event=QE0004&tid=300618
とダブって、回答(14)さん、嘆かわしい。

回答No.18

noname#230359

> では、パイプレンチは何故、“ハ”の字なのか？改めて考えて見たいのですが、
> “ハ”では無く”||”であってもセットさえ出来れば倍力された F x 摩擦力μ
> で、相当に大きなクランプ力が生じるから何ら問題は無いと考えられる。
からの論理展開には、飛躍が大きく、問題があると考える。

で、その根拠は、“||”では大きな力は得られるが、変化量は零で、“||”に近い形でも
大きな力は得られるは変わらないし、変化量は零に近く微量です。
すると、パイプに何が起きるでしょうか？
変化量零や零に近く微量では、パイプの反作用である弾性による反発が零又は零に近い
小さい力なので、パイプレンチの歯の部分の面圧力が上がりません。
これにより、パイプに歯が食い込まず、摩擦係数が上昇しないし、パイプのグリップ力
自体も、パイプの反作用である弾性がないために上昇しなく、結局パイプが滑る格好で
廻りません。

回答(17)の １Ｎの涙 さんの
◆ ハ”では無く”||”であっても、パイプれんちがセットさえ出来れば倍力された
　 F x 摩擦力μで、相当に大きなクランプ力が生じるから何ら問題は無いと考えられる
の着眼点は良いのですが、
◇ パイプからの反作用は、前述の如く期待できず、グリップ力も上昇せず、歯の
　 面圧力も上昇しないので、摩擦係数も上昇しない
理由で、パイプが空回りします。

流石、機械設計で実践がある 回答(17)の １Ｎの涙 さんは、論理的な実践記載ができ、
好感を持ちますが、虎 ことタイガース は、論理的記載ができるにも拘らず(１Ｎの涙
さんが、褒め称えた過去がある 虎さんだったが) 最近の切れがないのは残念極まりない。

１Ｎの涙 さん　へ

仮想仕事の原理にて、ラーメンやトラス、等々の分析を、仕事絡みで検討しておりましたが、
弟が変な記載をして、迷惑を掛けたことを、この場を借りてお詫びします。

後日、別スレッダーを立ち上げますから、ご教授願います。

１Ｎの涙 さん　へ

貴殿の追記の内容は、ラジオペンチやプライヤーで廻る程度の小さいトルクの物では
ないでしょうか？
それはそれ、これはこれで、混同は？？ですが。

質問者さんへ、

No.43132　　くさび(増力)効果とトグル機構

内容を確認願います。

回答No.17

noname#230359

パイプレンチは複式てこ方式の倍力メカニズム↓に実に良く似ていると私は思う

では、パイプレンチは何故、“ハ”の字なのか？改めて考えて見たいのですが、
“ハ”では無く”||”であってもセットさえ出来れば倍力された F x 摩擦力μ
で、相当に大きなクランプ力が生じるから何ら問題は無いと考えられる。

つまり、“ハ”には「クサビ増力効果」、『では、無くて』、もっと他の要因
っというか・・・レンチとして成り立つために回し易く、外れ易い構造でないと
連続してパイプを回すことが難しくなるからではないか？と考えるのである。

従って・・・「後（ご）の先（せん）、アフターユー 」さんが拘りまくるぅう
“ハ”には「クサビ増力効果で更に増力される」,「パイプに噛み込ませる」と
いう「彼の原理」では説明が出来ない。更に、「クサビ増力効果で噛みこんで」
過剰に喰い込んでしまえば「逆・クサビ増力効果」で外せなくなるように思うｗ

戻って、考えれば考える程に良く出来た機構だと思う。先人は素晴らしいモノ
を残してくれたものです。更に、この機構の原理を突き詰めて考えてみたい
ので、もう暫くこのままでも・・・ええじゃないかぁ？・・・

私は以前、現場にてパイプに過剰に”ハ？”が喰い込んで傷が付かないように
逆にパイレンの歯に切れを被せて回した記憶が、ここで急に蘇って来ました。
ということは、最低限のトルクさえクリア出来るなら摩擦力だけで楔は不要だ

これは先に私が示した、管用テーパねじの標準締め付けトルクからも分かる

パイプレンチの上アゴ部分の、ねじ調整部のガタが今まで気になっていたのだが
戻すときに摩擦を一瞬で解除するために役立っているのであろうと今気づいたｗ

さてさて、質問者の意見というものが殆ど見えてこない。。。
これも元グランドマスターの「後（ご）の先（せん）、アフターユー 」さんが
質問者をそっちのけで"毒箭の模範解答を示そうとするからであろうと思うのだ。
一体、どこが、お先にどうーぞの「後（ご）の先（せん）」なのかと呆れている。
もう少し控えめに(回答回数も文字数も）出来れば、隠居のままが良いだろう

何でも、どこぞの企業の新入社員教育をしてるとか小耳に挟みましたが・・・
教えるということに関しては最低レベルで教えられる方々は可哀想に思える。
一緒に考えて敢えて答えを言わずに考えさせるという愛など微塵もなかろう。

このようなやり方では、また？リストラされてしまうんじゃないか。。。

本当に初心者のことを思うならば「教えない愛」が無ければならないんじゃ？
無理やり自分の意見を押付けるようでは有能な部下は育つ環境にはならないと
まぁそもそも自分自身で解決できる有能な技術者である賢い質問者であるなら

"You"のいうことなど読み飛ばしてくれるものと思うので心配はしてません。

参考URL：

http://koza.misumi.jp/lca/2002/12/95_4.html

回答No.16

noname#230359

回答(14)のozuさんへ、

URL上段のラジオペンチやプライヤーでも、梃子の原理で、歯の部分は増力した力が伝わり、
歯がパイプに噛み込む力は伝わりますが、所詮力は弱いので、実際は噛み込まなく、
滑ってパイプは廻りません。

ですが、パイプレンチは、梃子の原理で増力された力が、“ハ”の字等のクサビ増力効果
で更に増力されるので、ラジオペンチやプライヤーよりもパイプに歯が噛み込み易い
大きな力がでる(歯の部分の面圧力が上がる)ので、廻し易いとなります。

でも、パイプレンチの歯が摩耗等で擦り減りますと、増力で大きな力が加わっても
面積が大きくなっては、折角面圧力を上げてパイプに噛み込ませようとしてもで無駄です。
そして、貴殿は、歯を研ぎ、面積を下げ、面圧力を上げて、対策を行ないました。

小生が記載しているのは、ラジオペンチやプライヤーよりも、パイプレンチは、
“ハ”の字等のクサビ増力効果で更にパイプを挟む力が増力されるので、滑り易い
パイプをより廻り易くできると云っております。

他の2人も、予想ですが、くさびではなく、トグル等の効果？？で増力され、同じように
なる記載と理解しています。

また、くさびや梃子の原理、等々の増力や減力等は、URL最下段の別スレッダーの
詳細記載内容を確認ください。

参考URL：

https://www.google.co.jp/search?q=%E3%83%9A%E3%83%B3%E3%83%81+%E7%A8%AE%E9%A1%9E&hl=ja&rlz=1T4NDKB_jaJP582JP589&tbm=isch

回答No.15

noname#230359

またしても回答でないのですけど・・・一緒に考えていますw

↓URLの画像をみると摩擦とクランプが密接に関係して、かつ荷重が大きければ
それに比例してクランプ力も増していくから、何となくパイプレンチに似ている
私が実際に作図してみる時間もないのですけど、機構として面白そうだと思う。

戻ってレンチでのトルク(モーメント）が機械的効率というか若干の損失を生じ
つつも、ほぼパイプまたはねじを回すトルクとなる筈であろう。
↓URLに管用テーパねじ「標準締付けトルク」とレンチの呼び寸法表を発見した
・・・これでネタは揃ったので、あとは実際に作図して出来れば自分で考えよう

参考URL：

https://www.google.co.jp/search?q=%E3%83%91%E3%82%A4%E3%83%97%E3%82%AF%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%83%97%E6%A9%9F%E6%A7%8B&neww

回答No.14

noname#230359

荒れてるね。

先日、しょぼいパイレンつかまされました。
歯がヘタってまったく回りません。何でだよ？誰だよ！
硬い！しょーがないのでダイヤモンド鑢で歯付けしました。
何とか使える様になりました。

CADでだめなら、使ってみなさい。

でもね、、、、お一人様。

くさび、楔、クサビ。　それ、どこだよ？

効果？原理？増力効果？
回したいだけなのに、パイプにどんな力をかけるの？

私は、回答（4）さんのURLリンクの記述（Wiki）は、悪文だが秀逸だと思います。

回答（16）さんは、、、
どこが（どの部分が）くさび（形状）なのか　示しませんねえ。（期待はしてないけどね）
くさび効果は形状効果と考えるので重要です。
まさか、”ハ”の字の内側をくさび形状だと？
ま、それも　くさび　だとして、
”ハ”の字の上からの力が掛かっているの？
ハンドルから来ないその力はどこから来るの？
それともハンドルから来るの？

回答（13）の追記にもあるように、
直径方向に挟み込む　などと考えている様ですが、
入力を無駄なく使う必要があるときに、直径方向に無駄な力を掛けてどうするのか？

よく出来た道具としてのパイプレンチで、
グリップ力が直径方向に挟み込む力に由来するはずはない。

パイプが回る、旋回するように2方向の力を外径にどうやって掛けるかが命題。

回答(13)以降で、ラジペン、プライヤーを例示するが、
原理的に異なるのもを引っ張り出して、
パイレンとの違いを示しているけど、
なぜパイレンが良いのかの説明になっていない。
ラジペンも"ハ"の字だけどね。でも、ダメなんでしょ？
キーワードは「歯」
その形状と動きをよく観察することだと思う。
仮説もよいが、検証がまったく無いから、
でたらめ、ホラとか評される羽目になる。

とうとう、回答（19）まで行っちゃった。
＞　簡単明瞭に、ラジペンの"ハ"の字とパイレンの"ハ"の字とは、インプット力の方向が
＞　◇ ラジペンの"ハ"の字は、パイプの直径又は半径方向に働いて、増力効果しない格好
＞　◆ パイレンの"ハ"の字は、パイプの接線方向に働いて、傾斜角によりパイプの直径又は
＞　　 半径方向に増力効果し働く格好
＞　質問者でないので、勉強して投稿するように。

まったく、インチキだなあ。
ラジペンは、握る＋回す　パイレンは回す。
なんでかなあ、ラジペン回すを省くかなあ。
ラジペン回すを入れたら、どっちも一緒。結論だけが違う。
違いを示さないのは、ごまかしでしょう。

回答（21）は、　まさに　逆切れ。

前半は、Wiki嫁。
＞　噛み込んだ歯が滑る事無くパイプを回転させる力（ベクトル解析）は、歯がパイプに食い込んだ深さ部分のせん断力だけでなく、歯とパイプの摩擦力も考慮しないと力学におけるトルクバランスの説明がつかない事になる。

後半は、そもそもの質問趣旨。何を言いたいのやら。
ラジペン、プライヤを持ち出したのは当人。
いい加減な説明するから、突っついている。それだけのこと。

回答（28）と回答（36）について、
相変わらずへんてこりんな理屈で、
意味不明な式を持ち出している。
四則演算があっているのは当たり前なんだけど
単位はケアレスミスだし、
引用URLと意味の異なる式になっているし、
「移動距離」なんか出すから仕事になっちゃうんでしょ。
tan が一緒なだけで、ドンだけ強引な理屈なの？
楔増力効果は角度を与えて、増力比を出す訳だし、
圧力角はベクトルの成す角を求めるのが主眼。
どーして、一緒にするかなあ。

回答No.13

noname#230359

まあ、構造物には一日の長お方と、訳判らない理論のお方が居て、厄介極まりない。

URL下段に、基本的な構造を記載しているし、
URL上段でも、左はチェーンで右は歯で、(◯ ╲　の構造をして咥え込んでいます。
絶対に、(◯╱なったり、(◯│なったりしません。
“ ╲”　の少し角度をもって、↓方向の力に対して、くさび効果で←方向の力が増力され、
パイプを強い力で挟む込み(咥え込み)、セルフロック(ねじが勝手に緩まない効果)で、
そのグリップ力を持続させ、パイプを廻す原理です。

> 摩擦係数を非常に大きく仮定した場合、クサビ効果はなくなるのに対し
パイプレンチの
> 場合、摩擦係数を非常に大きく仮定しても成り立つので、クサビの原理は間違ってますね。
意味が判らない。
ねじの締める時の力学と、緩める時の力学を、小学校の算数から勉強することだね。
虎こと、タイガース君には、珍しくチン回答ですね。
人間性的記載は拙いが、論理的には記載はマズマズだったのに、残念です。

それに、論理も、“摩擦係数を非常に大きく仮定した場合”の１　と、
100：1傾斜角(勾配)の増力効果100の構成は、絶対にあり得ない。
パイプの円弧面と歯の滑り、精々0.1位。
それに、パイプが滑ると、ハの字角度調整をしたり、油をしみ込ませた布をかませたり、
振動＆衝撃で更に噛みこませたりし、パイプへのグリップ力を増させます。
(布をかませたり　は、摩擦係数の低減で、パイプへの大きな力が働くと、歯で布が破ける)

ですから、あまり難しく考えると、色々と理論が出てくるが、明快にきさいできない
頭でっかちな考え方になるので、注意をしてください。
知識の詰め込み教育の弊害で、できるだけシンプルに考える。

トグル機構の場合、
http://image.search.yahoo.co.jp/search?ei=UTF-8&fr=&p=%E3%83%88%E3%82%B0%E3%83%AB%E6%A9%9F%E6%A7%8B
だが、パイプの接線力　⇒　パイプレンチの柄から、レバー(リンク)長さ比からの増力
が、パイプの直径方向に挟み込む力は、どのようになるの？

パイプの接線力の円弧長さ　⇒　パイプの直径方向に動く歯の変移量(長さ)
が、オーソドックスなトグル機構の考え方で、
ミスミの講座でも、記載されていますが、
パイプレンチでの実際のロック力は、どのように考察されますかね、御二人さん？

参考URL：

http://www2.ttcn.ne.jp/~ja4qqj/cheinwrenchi2.jpg http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%91%E3%82%A4%E3%83%97%E3%83%AC%E3%83

回答No.12

noname#230359

＞何でもかんでも”クサビの原理”を持ち出すから、信ぴょう性もガタ落ちになる

クサビの原理だと
摩擦係数を非常に大きく仮定した場合、クサビ効果はなくなるのに対し
パイプレンチの場合
摩擦係数を非常に大きく仮定しても成り立つので、クサビの原理は間違ってますね。

結局、回答（4）さんの回答されたように
摩擦力と作用力の合力ベクトルがパイプを回転させる方向で
圧縮して挟み込む方向に働くというだけの結果です。

回答（1）さんの言うように、CADで書いてみれば簡単に判りますよ。

回答（13）の
徘徊ＧＡＹ爺こと、 後（ご）の先（せん）、アフターユー　さんへ。

いつも理論的に反論するより、他人を中傷することに一生懸命でご苦労さん
間違った事でも声高に塗り重ねると、本当になるという教育でも受けたの？

さすが、物理量のディメンジョンも理解できないお方ですね。
あなたの内容は反論になっていない気がしますので補足はいたしません。

まあ質問者さんが、理解してくださればいい事ですし。

回答No.11

noname#230359

パイプレンチがあればじっくり観察してください。
何がどう動くか。
先人の知恵だよね。
安易に原理なんか教えてくれとの投稿よりも
自分で確認したほうが勉強になります。
最近の若い？人は原理、計算式等々教えてくれとの記載多いですが
世間はそんなに甘くはないですよ。

回答No.10

noname#230359

先ずは、
イ）ハの字角が小さければ小さい程、

　　　　　ハ ←?　　　?の入力がら出力される?のちから大きいです。
　　　　　↑?

　　これは、くさび増力効果と云いまして、
から、入るべきでしょう。

計算を難解にするだけです。

直線運動のくさびも、回転運動の梃子の原理も、仮想仕事の原理なので、計算は極似。

初心者は、先ず　“くさび”　から。
くさびで、充分に説明が付きますよ。

また、くさびの角度調整用とみても良い位です。

http://search.yahoo.co.jp/search?p=%E3%83%91%E3%82%A4%E3%83%97%E3%83%AC%E3%83%B3%E3%83%81+%E3%83%8F%E3%81%AE%E5%AD%97&tid=top_ga1_sa&ei=UTF-8&pstart=1&fr=top_ga1_sa&b=11

にて、ネットサファーしてみてください。

“テコを利用し更にトグル機構”は、“ハ”を構成する機構と考え、

パイプレンチの柄と“ハ”部分が、梃子の原理(トルク)にて増力、

後は、“ハ”部分がパイプの接線方向＆中心線方向のくさび増力効果で増力。

と考えてください。