H30/2018年 機械・機械設計 U−1−3 問題 模範解答と解説

 回転軸の支持機構に転がり軸受を用いた場合に、軸受寿命に与える要因を2つあげ、設計において留意すべき点について説明せよ

 


模範解答1 (簡易形式1)  添削履歴 2回 2019.4.21   専門事項 設計工学


要因1 軸受けが受ける荷重

1.1   フレーキングの発生

2.1 軸受けの取り付け誤差 (留意点)

  軸受け間が大きくなり取り付け誤差が大きくなると内部隙間が小さくなり異常荷重が発生する。

 

要因2 摩耗

2.1  異物の侵入で発生

2.2    軸受け設置のコスト

   異物侵入防止のために、シール式、他部品によるガードがあるがコストが上昇する

 


 

 


H30/2018年 機械・機械設計 U−1−4 問題 模範解答と解説

 アルミニウム合金を製品に利用する場合、軽量以外の重要な特徴を上げて、その効果と留意点を具体的に説明せよ

 


模範解答1 (簡易形式1)  添削履歴 5回 2019.4.25   専門事項 設計工学


1.  アルミニウムの特徴

1.1.    熱伝導率がよい 

熱伝導率は、アルミ 240W/mK に対して鉄は90W/mK鉄に対して2.5倍の放熱性がある

1.2.    加工性が良い    

樹脂に比べ20倍の強度を持ち、加工時にひずみにくいため加工しやすい

2. アルミニウムの効果と留意点

2.1  放熱性の利用

  効果 ;  熱源に設置することで、熱源の熱の上昇を抑える 

  例 ヒートシンク

  留意点; 熱源への密着性が悪いと熱伝導率が下がるため、必要な放熱性が得られない場合がある。金属接触が十分できているか確認する。

2.2 加工性の利用

  効果 ; 加工がしやすいため、加工時のコストの削減が可能

 例アルミエンジン

  留意点; 強度が弱く、傷が付きやすいなど他の金属と比較し、劣る点も確認する

 


模範解答1  (簡易形式2)  添削履歴 1回 2019.4.28   専門事項 設計工学


1. アルミニウムの特徴

@熱伝導率がよい

 鉄などの他の金属に対して、熱を伝え、放熱しやすい性質がある。熱伝導率は、アルミ 240W/mK に対して鉄は90W/mKである。アルミは鉄に対して、2.5倍の放熱性がある。

A加工性が良い

 切削加工は、加工刃が与える切削荷重により、材料にひずみが発生し、加工精度が悪くなる材料がある。アルミ材は、樹脂に対して20倍の強度があるため、加工が行いやすい。

2. アルミニウムの効果と利用

@放熱性の利用

 ヒートシンクとICのような熱源を接触させることで、熱の上昇を抑える事ができる。

 熱源との密着性が悪いと放熱性が下がるため、伝熱グリスなどを使い、粗い表面でも密着させられるようにする。

A加工性の利用

アルミエンジン等の複雑な部品でも高精度な加工が安いコストで可能である。

表面が柔らかく、傷が付きやすいため、アルマイト処理に代表される表面処理を行い。表面硬度を上げる方法がある。

 


模範解答1  (答案形式)  添削履歴 1回 2019.4.30   専門事項 設計工学

 


1.アルミニウムの特徴

1.1.熱伝導率が良い

 アルミニウムは、熱などの他の金属に比べ、熱を伝えやすく、放熱しやすい性質がある。熱伝導率は、アルミ240W/mKに対して、鉄は、90W/mKである。アルミは鉄に対して2.5倍の放熱性がある。

1.2.加工性が良い

 切削加工は、加工場が与える切削荷重により、材料によっては、ひずみが発生し、加工精度が悪くなる場合がある。アルミニウムは、鉄に対して2倍の比強度があり、ひずみが生じにくく加工が非常に行いやすい。

2.アルミニウムの効果と留意点

2.1.放熱時の密着性

 アルミニウムの熱伝導率の良さを利用して、ヒートシンクとして熱源に接触させ、熱源の熱の上昇を抑える効果を得ることができる。この時、接触面の加工粗さや、形状により、熱源との密着性が悪くなり、放熱性が下がる。伝熱グリスを熱源との間に使用し、密着性を上げることで、確実な放熱性を得ることができる。

2.2.加工性の利用

 アルミエンジンのような高精度な部品もコストが安く加工できる効果がある。一方、表面が柔らかく、傷が付きやすい。そのため、アルマイト処理などの表面処理を行い、表面硬度を上げることで、傷つきを抑えることができる。



H30/2018年 機械・機械設計 U−2−1 問題 模範解答と解説

 機械製品には材質の異なる材料を接合、接着、締結などで組み合わせた構造が用いられることがある。製品開発をとりまとめる立場として、このような構造設計を進めるに当たり、以下の問いに答えよ

(1) 開発する製品例1つと構成する材料をあげ、材料が異なることによる製品への影響を2つあげよ

(2) (1)であげた製品への影響を1つえらびその留意点と対策を述べよ

(3) (2)であげた対策が適切なものであるか検証する方法を述べよ

 


模範解答1 (簡易形式1)  添削履歴 2回 2019.5.6   専門事項 設計工学


1.  異種材料を接合することの製品への影響

製品例と構成材料 ; プリンタ、樹脂へナット(金属)のインサート

理由 ; インクによる耐食性防止のため、樹脂が多く使用。しかし、乾燥防止のため高荷重でシールする必要もあるため、金属インサートによりネジ部を補強。

@   材料間の結合力低下による影響

 金属を樹脂で覆っている。樹脂と金属の嵌合が悪いと材料間の結合力が低下

A   熱膨張率の違いによる影響

   樹脂は金属の熱膨張係数はよりも10倍程大きい。

   高温と低温の繰り返しにより、材料間に熱応力が発生する。

2.  留意点と対策

影響 ;  材料間の結合力低下による影響

@ 留意点 ; インクによるケミカルクラック

 インサート成形後の収縮で樹脂に残留応力が発生している。インク付着によるき裂が発生する場合がある。

  対策 ; 収縮量が小さい樹脂グレードを選択する。また、PP等は耐薬品性がよいため、他の機能を考慮して可能であれば使用を検討する。

A  留意点 ; 成形時のヒケ

インサート部分の樹脂部のヒケにより荷重に耐えきれなくなり、金属が外れる

対策 ; 樹脂部の厚みを減らし、ヒケの発生を防ぐ。

樹脂部の厚みを減らすと結合力が減るため、注意が必要

3. 検証方法

@ ケミカルクラックの検証方法

  設計期間短縮のため、高温下でインク浸漬試験を行う。

残留応力、材質、薬品名と結果を一覧化し、社内展開

A ヒケ発生の検証方法

CAEによる樹脂流動解析。

金型修正が必要となった場合のため、インサート部分は入れ子対応。