【毎週のテーマ】機械部品の主な設計基準について述べよ（2011.06.20-06.26）

機械部品設計基準 機械部品の設計には多くの制約条件があり、設計基準とは設計が満たすべき制約条件のことです。 一、技術的性能基準　技術的性能とは、製品の機能や製造・運用状態を含むあらゆる性能のことで、静的な性能だけでなく動的な性能も指す。例えば、製品が伝達できる出力、効率、使用寿命、強度、剛性、耐摩擦性、耐摩耗性、振動安定性、熱的特性などです。技術性能基準とは、関連する技術性能が定められた要求を満たさなければならないことを指す。例えば、振動は余分な動的負荷や変動応力を生じさせます。特にその周波数が機械システムや部品の固有周波数に近づくと共鳴現象が起こり、このとき振幅は急激に増大し、部品やシステム全体が急速に損傷する可能性があります。振動安定基準とは、機械システムや部品の固有振動数、振幅、騒音などの関連する振動パラメータを、定められた許容範囲内に抑えることです。また、機械が動作する際の発熱は熱応力や熱ひずみを引き起こし、場合によっては熱損傷をもたらすこともあります。熱的特性基準とは、熱応力、熱ひずみ、温度上昇などの各種関連する熱パラメータを規定された範囲内に抑えることです。 二、標準化基準　機械製品の設計に関連する主な規格は大まかに以下の通りである：概念の標準化：設計過程で使用される用語、記号、計量単位などは規格に適合していなければならない； 物理的形態の標準化：部品、原材料、設備、エネルギーなどの構造形式、寸法、性能などは、すべて統一された規定に従って選定されるべきである。 手法の標準化：操作手順、測定方法、試験方法などは、それぞれの規定に従って実施しなければならない。 標準化基準とは、設計の全過程におけるあらゆる行為が、上記の標準化要件を満たさなければならないというものです。既に発行されている機械部品設計に関する規格は、適用範囲によって**国際規格、業界規格、企業規格の3つのレベルに分けられます。強制性の観点から見ると、必ず実行しなければならないものと、推奨されるものの2種類に分けられます。 三、信頼性基準 信頼性：製品または部品が規定された使用条件の下で、予想される寿命内に規定された機能を果たす確率。信頼性基準とは、設計された製品や部品、または構成要素が定められた信頼性要求を満たすべきであるということです。 四、安全性基準 機械の安全性には、部品の安全性が含まれる。これは、規定された負荷および時間内に、部品が破断、過度な変形、過度な摩耗、安定性の喪失などを起こさないことを指す。全体の安全性：規定された条件の下で故障しないようにし、全体的な機能を正常に果たすことができるという機械の要求を指す。 作業の安全性：操作員の保護を指し、身体的安全や心身の健康などを確保することです。環境安全性：機械の周囲の環境や人に汚染や害を与えないことを指す。(

返信 1# 3968668 1、強度基準とは、機械部品の作用応力σが許容応力を超えないことを要求するものです。その典型的な計算式は次の通りである：（3-16）σlim――限界応力であり、静的応力を受ける脆性材料については強度限界を、静的応力を受ける塑性材料については降伏限界を、変動応力を受ける材料については疲労限界を用いる。 S——安全係数。 2. 刚性基準　機械部品は荷重を受けると弾性的に変形するが、剛性とは外力を受けた材料、機械部品、または構造物が変形に抵抗する能力である。材料の剛性は、単位変形を生じさせるのに必要な外力の大きさによって測定される。機械部品の剛性は、その弾性率Eまたはせん断率G、幾何学的形状と寸法、そして外力の作用形態などによって決まります。機械部品の剛性を分析することは、機械設計における重要な作業です。変形を厳しく制限する必要がある部品（例えば翼や工作機械の主軸など）については、剛性解析を通じて変形を制御しなければならない。振動や不安定化を防ぐために、部品の剛性を制御する必要もあります。また、バネのように、特定の機能を確実にするためには、その剛性を適切な値に制御する必要がある。剛性基準とは、部品が荷重を受けた際の弾性変形量が許容される弾性変形量を超えないことを要求するものです。剛性基準の式は（3–17）であり、yはたわみや縦方向の伸び（縮み）などの弾性変形量、Δはそれぞれの許容弾性変形量である。部品の弾性変形量は理論計算または実験によって求めることができ、許容変形量は部品の用途に応じて理論解析や経験に基づいて決定される。 3. 耐熱性基準 摩擦などの理由により、機械が動作している間、部品や潤滑剤の温度は一般的に上昇する。過度に高い作業温度は潤滑効果の低下を引き起こし、同時に部品の熱変形や硬度・強度の低下、さらには破損にもつながります。高温時には、金属製の機械部品が接着したり、固着したりする可能性があります；プラスチックなどの非金属製の機械部品は軟化したり、溶融したりすることがあり、場合によっては熱応力を引き起こすこともある。耐熱性の基準としては、部品が正常に動作するために、その作業温度が許容値を超えないように制御することが一般的であり、その式は（3–18）です。放熱性能を向上させ、温度上昇を抑えるために、必要に応じて水冷や空冷などの措置を講じることができます。 4. 振動安定性の基準 激励周波数が物体の固有周波数と等しくなると、物体の振幅は最大となり、激励周波数と固有周波数の差が大きくなるほど、物体の振幅は小さくなる。励起の周波数が物体の固有周波数に近づくと、強制振動の振幅は非常に大きくなります。この現象を共鳴と呼びます。振動安定性とは、機械が動作している際に共鳴を起こさないようにする機械部品の性能を指します。 機械の寿命を延ばし、軸や機械の損傷を避けるためには、特に高速機械の軸において、その振動安定性を検証する必要がある。振動安定性の基準では、機械部品の固有振動数が励起周波数とずれていることが求められ、共鳴が発生しないようにする。 機械内で励起を受ける部品の固有振動数をf、励起力の周波数をfpとすると、一般的にfp < 0.85fまたはfp > 1.15f（3–19）が求められる。機械部品の剛性や質量を変えることで、その固有振動数を変えることができる。機械部品の剛性を高め、質量を低減し、固有振動数を向上させる；機械部品の剛性を下げ、質量を増やすと、その固有振動数は低下する。時々、機械が動作している際に共鳴を防ぐために回転速度を調整する必要があります。 軸が共振を起こす主な原因は、材料内部の質量が不均一であり、さらに製造や取り付け時の誤差によって質心と回転中心にずれが生じるためです。軸が回転すると慣性力が発生し、この慣性力がローターを強制振動させます。軸が共鳴を引き起こすときの速度を臨界速度と呼ぶ。臨界速度において、この慣性力の周波数は回転子の固有周波数と等しくなるか、それの数倍となるため、共鳴が起こる。 5. 寿命基準 機械が一定の寿命期間中に正常に動作することを保証するため、機械部品を設計する際には、その部品の寿命について要求を設ける必要がある。なお、機械の寿命期間中には部品を交換することができ、つまり一部の機械部品の寿命は機械自体の寿命よりも短くなる可能性がある。機械部品の寿命は、主に材料の疲労、摩耗、腐食の影響を受けます。 部品の疲労による故障、例えば疲労破壊を防ぐためには、機械部品の寿命に対応する疲労限に基づいて疲労強度を算出しなければならない。つまり、寿命の要求に基づき、部品の回転速度などの具体的な状況を考慮して、式（3-6）により応力繰返し回数がNのときの疲労限界を算出し、さらに強度条件式に代入して疲労強度を計算する。疲労強度が満たされていれば、機械部品が破壊する前に達成できる応力繰り返し回数が寿命要件を満たすことが保証される。 摩耗は一般的に避けられないものです。一定の条件下では、橋梁の構造部品や地中に埋設された鋼製パイプの腐食など、腐食も避けられない。設計時には、主に機械部品が使用寿命の間、過度な摩耗や腐食が起こらないようにすることが求められます。摩耗が発生するメカニズムはまだ完全には解明されておらず、摩耗に影響を与える要因も多い。一般的には、摩擦学の設計原理に基づいて摩擦対の耐摩耗性を向上させる。主な対策は、摩擦対材料の適切な選定です；潤滑剤と添加剤の適切な選定；圧力、滑り速度、温度上昇など、摩擦対の作動条件を制御する。 これまでのところ、実用的で有効な腐食寿命計算方法は存在せず、通常は材料の選定や防食処理によって対策が講じられている。耐腐食性のある材料を使用する場合は、表面めっきやスプレー塗装、リン酸処理などを施します。 6. 信頼性基準 信頼性とは、製品が規定された条件および期間内に、規定された機能を果たす能力のことである。製品の品質には、一般的に性能指標と信頼性指標が含まれるべきである。機械製品の性能指標とは、製品が持つ技術的な指標のことで、例えば機械の出力、トルク、作業力、作業速度などがこれにあたります。性能指標だけで信頼性指標がなければ、製品の性能指標も保証されません。例えば、技術的に高度な航空機であっても、信頼性が低ければ頻繁に故障が発生し、通常の飛行に支障をきたしたり保守費用が増加したり、深刻な事故を引き起こす可能性さえある。製品の信頼性は信頼度R（t）で評価されます。信頼度の定義は、製品が規定された条件のもと、規定された時間内に規定された機能を果たす確率です。信頼度は時間の関数である。数量がnの同じ製品があり、t=0の時に動作を開始する。時間が経つにつれて、故障する製品の数no(t)は増加し、正常に動作する製品の数ni(t)は減少する。任意の時刻tにおける製品の信頼度は（3–20）で表される。もしある製品が3000時間動作した時の信頼度R(t)が0.96であれば、それは96％の製品が3000時間以上正常に動作できることを意味し、個々の製品について言えば、3000時間動作する確率は96％である。 故障率とは、製品が時間tまで動作した後の次の期間において、単位時間あたりに故障が発生する確率を指す。その数学的表現は（3–21）であり、変数を分離して両辺を積分すると（3–22）が得られる。部品の故障率と時間の関係は、一般的に図3-13のようになる。実験的な方法で得失効率曲線を求めることができる。故障率曲線は、製品の全寿命期間における故障率の状況を示しています。破壊曲線からわかるように、破壊は大きく3つの段階に分けられる。 図3-15 第Ⅰ段階は早期故障段階で、曲線は減少型である。製品が使用され始めた初期には、故障率が高く、急速に低下する。その原因は主に、設計、製造、保管、輸送などによって生じる欠陥、および調整、走行試験、起動の不適切さといった人的要因によるものです。これらの先天的な欠陥に起因する故障が発生した後、装置の動作が徐々に正常に戻ると、故障率は安定する傾向にある。部品の早期故障をできるだけ避け、不良率や早期故障が発生するまでの時間t0を短縮すべきである。 第II段階は偶発的故障段階であり、その故障率はゆっくりと増加する。故障は主に、予期しない過負荷、誤操作、偶発的な自然災害などの偶発的要因によって引き起こされます。故障の原因はほとんどが偶発的なため、偶発故障段階と呼ばれる。偶発的な故障が起こるまでの期間の故障率を下げることで、有効寿命を延ばすことができる。したがって、製品の品質を向上させ、丁寧に使用・メンテナンスを行うことが重要である。 第Ⅲ段階は損傷故障段階であり、その故障率は増加型である。t1以降、故障率は顕著に上昇する。これは、製品が老朽化し、疲労や摩耗、クリープ、腐食といったいわゆる消耗要因によって引き起こされるため、消耗寿命と呼ばれます。この段階での故障原因に対しては、点検や監視などに注意し、事前に修理を行うことで、故障率が上昇しないようにする必要がある。 7. 精度基準 高精度な機械部品、機構、または装置においては、その動きの誤差が許容値を下回ることが求められる。例えば精密機械においては、ガイドレールの直線性誤差、主軸の半径方向の振れ誤差、歯車伝動の回転角誤差など、一定の精度が求められます。機械や部品の機能要件に応じて、適切な公差と組合せを選定し、精度設計を行うことができ、それを図面に正しく記載することも可能である。また、部品図に示された公差値から機構の誤差を算出し、要求される機構精度と比較することもできる。

1、強度基準とは、機械部品の作用応力σが許容応力を超えないことを要求するものである。その典型的な計算式は次の通りである：（3-16）σlim――限界応力であり、静的応力を受ける脆性材料については強度限界を、静的応力を受ける塑性材料については降伏限界を、変動応力を受ける材料については疲労限界を用いる。 S——安全係数。 2. 刚性基準　機械部品は荷重を受けると弾性的に変形するが、剛性とは外力を受けた材料、機械部品、または構造物が変形に抵抗する能力である。材料の剛性は、単位変形を生じさせるのに必要な外力の大きさによって測定される。機械部品の剛性は、その弾性率Eまたはせん断率G、幾何学的形状と寸法、そして外力の作用形態などによって決まります。機械部品の剛性を分析することは、機械設計における重要な作業です。変形を厳しく制限する必要がある部品（例えば翼や工作機械の主軸など）については、剛性解析を通じて変形を制御しなければならない。振動や不安定化を防ぐために、部品の剛性を制御する必要もあります。また、バネのように、特定の機能を確実にするためには、その剛性を適切な値に制御する必要がある。剛性基準とは、部品が荷重を受けた際の弾性変形量が許容される弾性変形量を超えないことを要求するものです。剛性基準の式は（3–17）であり、yはたわみや縦方向の伸び（縮み）などの弾性変形量、Δはそれぞれの許容弾性変形量である。部品の弾性変形量は理論計算または実験によって求めることができ、許容変形量は部品の用途に応じて理論解析や経験に基づいて決定される。 3. 耐熱性基準 摩擦などの理由により、機械が動作している間、部品や潤滑剤の温度は一般的に上昇する。過度に高い作業温度は潤滑効果の低下を引き起こし、同時に部品の熱変形や硬度・強度の低下、さらには破損にもつながります。高温時には、金属製の機械部品が接着したり、固着したりする可能性があります；プラスチックなどの非金属製の機械部品は軟化したり、溶融したりすることがあり、場合によっては熱応力を引き起こすこともある。耐熱性の基準としては、部品が正常に動作するために、その作業温度が許容値を超えないように制御することが一般的であり、その式は（3–18）です。放熱性能を向上させ、温度上昇を抑えるために、必要に応じて水冷や空冷などの措置を講じることができます。 4. 振動安定性の基準 激励周波数が物体の固有周波数と等しくなると、物体の振幅は最大となり、激励周波数と固有周波数の差が大きくなるほど、物体の振幅は小さくなる。励起の周波数が物体の固有周波数に近づくと、強制振動の振幅は非常に大きくなります。この現象を共鳴と呼びます。振動安定性とは、機械が動作している際に共鳴を起こさないようにする機械部品の性能を指します。 機械の寿命を延ばし、軸や機械の損傷を避けるためには、特に高速機械の軸において、その振動安定性を検証する必要がある。振動安定性の基準では、機械部品の固有振動数が励起周波数とずれていることが求められ、共鳴が発生しないようにする。 機械内で励起を受ける部品の固有振動数をf、励起力の周波数をfpとすると、一般的にfp < 0.85fまたはfp > 1.15f（3–19）が求められる。機械部品の剛性や質量を変えることで、その固有振動数を変えることができる。機械部品の剛性を高め、質量を低減し、固有振動数を向上させる；機械部品の剛性を下げ、質量を増やすと、その固有振動数は低下する。時々、機械が動作している際に共鳴を防ぐために回転速度を調整する必要があります。 軸が共振を起こす主な原因は、材料内部の質量が不均一であり、さらに製造や取り付け時の誤差によって質心と回転中心にずれが生じるためです。軸が回転すると慣性力が発生し、この慣性力がローターを強制振動させます。軸が共鳴を引き起こすときの速度を臨界速度と呼ぶ。臨界速度において、この慣性力の周波数は回転子の固有周波数と等しくなるか、それの数倍となるため、共鳴が起こる。 5. 寿命基準 機械が一定の寿命期間中に正常に動作することを保証するため、機械部品を設計する際には、その部品の寿命について要求を設ける必要がある。なお、機械の寿命期間中には部品を交換することができ、つまり一部の機械部品の寿命は機械自体の寿命よりも短くなる可能性がある。機械部品の寿命は、主に材料の疲労、摩耗、腐食の影響を受けます。 部品の疲労による故障、例えば疲労破壊を防ぐためには、機械部品の寿命に対応する疲労限に基づいて疲労強度を算出しなければならない。つまり、寿命の要求に基づき、部品の回転速度などの具体的な状況を考慮して、式（3-6）により応力繰返し回数がNのときの疲労限界を算出し、さらに強度条件式に代入して疲労強度を計算する。疲労強度が満たされていれば、機械部品が破壊する前に達成できる応力繰り返し回数が寿命要件を満たすことが保証される。 摩耗は一般的に避けられないものです。一定の条件下では、橋梁の構造部品や地中に埋設された鋼製パイプの腐食など、腐食も避けられない。設計時には、主に機械部品が使用寿命の間、過度な摩耗や腐食が起こらないようにすることが求められます。摩耗が発生するメカニズムはまだ完全には解明されておらず、摩耗に影響を与える要因も多い。一般的には、摩擦学の設計原理に基づいて摩擦対の耐摩耗性を向上させる。主な対策は、摩擦対材料の適切な選定です；潤滑剤と添加剤の適切な選定；圧力、滑り速度、温度上昇など、摩擦対の作動条件を制御する。 これまでのところ、実用的で有効な腐食寿命計算方法は存在せず、通常は材料の選定や防食処理によって対策が講じられている。耐腐食性のある材料を使用する場合は、表面めっきやスプレー塗装、リン酸処理などを施します。 6. 信頼性基準 信頼性とは、製品が規定された条件および期間内に、規定された機能を果たす能力のことである。製品の品質には、一般的に性能指標と信頼性指標が含まれるべきである。機械製品の性能指標とは、製品が持つ技術的な指標のことで、例えば機械の出力、トルク、作業力、作業速度などがこれにあたります。性能指標だけで信頼性指標がなければ、製品の性能指標も保証されません。例えば、技術的に高度な航空機であっても、信頼性が低ければ頻繁に故障が発生し、通常の飛行に支障をきたしたり保守費用が増加したり、深刻な事故を引き起こす可能性さえある。製品の信頼性は信頼度R（t）で評価されます。信頼度の定義は、製品が規定された条件のもと、規定された時間内に規定された機能を果たす確率です。信頼度は時間の関数である。数量がnの同じ製品があり、t=0の時に動作を開始する。時間が経つにつれて、故障する製品の数no(t)は増加し、正常に動作する製品の数ni(t)は減少する。任意の時刻tにおける製品の信頼度は（3–20）で表される。もしある製品が3000時間動作した時の信頼度R(t)が0.96であれば、それは96％の製品が3000時間以上正常に動作できることを意味し、個々の製品について言えば、3000時間動作する確率は96％である。 故障率とは、製品が時間tまで動作した後の次の期間において、単位時間あたりに故障が発生する確率を指す。その数学的表現は（3–21）であり、変数を分離して両辺を積分すると（3–22）が得られる。部品の故障率と時間の関係は、一般的に図3-13のようになる。実験的な方法で得失効率曲線を求めることができる。故障率曲線は、製品の全寿命期間における故障率の状況を示しています。破壊曲線からわかるように、破壊は大きく3つの段階に分けられる。 図3-15 第Ⅰ段階は早期故障段階で、曲線は減少型である。製品が使用され始めた初期には、故障率が高く、急速に低下する。その原因は主に、設計、製造、保管、輸送などによって生じる欠陥、および調整、走行試験、起動の不適切さといった人的要因によるものです。これらの先天的な欠陥に起因する故障が発生した後、装置の動作が徐々に正常に戻ると、故障率は安定する傾向にある。部品の早期故障をできるだけ避け、不良率や早期故障が発生するまでの時間t0を短縮すべきである。 第II段階は偶発的故障段階であり、その故障率はゆっくりと増加する。故障は主に、予期しない過負荷、誤操作、偶発的な自然災害などの偶発的要因によって引き起こされます。故障の原因はほとんどが偶発的なため、偶発故障段階と呼ばれる。偶発的な故障が起こるまでの期間の故障率を下げることで、有効寿命を延ばすことができる。したがって、製品の品質を向上させ、丁寧に使用・メンテナンスを行うことが重要である。 第Ⅲ段階は損傷故障段階であり、その故障率は増加型である。t1以降、故障率は顕著に上昇する。これは、製品が老朽化し、疲労や摩耗、クリープ、腐食といったいわゆる消耗要因によって引き起こされるため、消耗寿命と呼ばれます。この段階での故障原因に対しては、点検や監視などに注意し、事前に修理を行うことで、故障率が上昇しないようにする必要がある。 7. 精度基準 高精度な機械部品、機構、または装置においては、その動きの誤差が許容値を下回ることが求められる。例えば精密機械においては、ガイドレールの直線性誤差、主軸の半径方向の振れ誤差、歯車伝動の回転角誤差など、一定の精度が求められます。機械や部品の機能要件に応じて、適切な公差と組合せを選定し、精度設計を行うことができ、それを図面に正しく記載することも可能である。また、部品図に示された公差値から機構の誤差を算出し、要求される機構精度と比較することもできる

1. 強度基準 2. 刚性基準 3. 耐熱性基準 4. 振動安定性基準 5. 寿命基準 6. 信頼性基準 7. 精度基準

1、強度基準。機械部品の動的応力σは、許容応力を超えてはならない。 2. 刚性基準。機械部品は荷重を受けると弾性変形を起こし、剛性とは外力に作用された材料、機械部品、または構造が変形に抵抗する能力である。材料の剛性は、単位変形を生じさせるのに必要な外力の大きさによって測定される。 3. 耐熱性基準。摩擦などのため、機械が動作しているとき、部品や潤滑剤の温度は一般的に上昇します。過度に高い作業温度は潤滑効果の低下を引き起こし、同時に部品の熱変形や硬度・強度の低下、さらには破損にもつながります。高温時には、金属製の機械部品が接着したり、固着したりする可能性があります；プラスチックなどの非金属製の機械部品は軟化したり、溶融したりすることがあり、場合によっては熱応力を引き起こすこともある。耐熱性の基準とは、部品が正常に動作するために、その作業温度が許容値を超えないように制御するものです。放熱性能を向上させ、温度上昇を抑制するために、必要に応じて水冷や空冷などの措置を講じることができる。 4. 振動安定性基準。励起周波数が物体の固有周波数と等しくなると、物体の振幅は最大となり、励起周波数と固有周波数の差が大きくなるほど、物体の振幅は小さくなる。励起の周波数が物体の固有周波数に近づくと、強制振動の振幅は非常に大きくなります。この現象を共鳴と呼びます。振動安定性とは、機械が動作している際に共鳴を起こさないようにする機械部品の性能を指します。 5.寿命基準。機械が一定の寿命期間中に正常に動作するために、機械部品を設計する際には、その部品の寿命について要求を設ける必要がある。なお、機械の寿命期間中には部品を交換することができ、つまり一部の機械部品の寿命は機械自体の寿命よりも短くなる可能性がある。機械部品の寿命は、主に材料の疲労、摩耗、腐食の影響を受けます。 6. 信頼性基準。信頼性とは、製品が規定された条件のもと、規定された時間内に規定された機能を果たす能力のことです。製品の品質には、一般的に性能指標と信頼性指標が含まれるべきである。機械製品の性能指標とは、製品が持つ技術的な指標のことで、例えば機械の出力、トルク、作業力、作業速度などがこれにあたります。性能指標だけで信頼性指標がなければ、製品の性能指標も保証されません。 7. 正確度基準。高精度な機械部品、機構、または装置においては、その動きの誤差が許容値以下であることが求められます。例えば精密機械においては、ガイドレールの直線性誤差、主軸の半径方向の振れ誤差、歯車伝動の回転角誤差など、一定の精度が求められます。機械や部品の機能要件に応じて、適切な公差と組合せを選定し、精度設計を行うことができ、それを図面に正しく記載することも可能である。また、部品図に示された公差値から機構の誤差を算出し、要求される機構精度と比較することもできる。

1、強度基準とは、機械部品の作用応力σが許容応力を超えないことを要求するものである。その典型的な計算式は、http://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image002.gif（3-16）である。σlimとは限界応力のことで、静的応力が作用する脆性材料の場合は強度限界を、静的応力が作用する塑性材料の場合は降伏限界を、変動応力が作用する場合は疲労限界を用いる。 S——安全係数。 2. 刚性基準　機械部品は荷重を受けると弾性的に変形するが、剛性とは外力を受けた材料、機械部品、または構造物が変形に抵抗する能力である。材料の剛性は、単位変形を生じさせるのに必要な外力の大きさによって測定される。機械部品の剛性は、その弾性率Eまたはせん断率G、幾何学的形状と寸法、そして外力の作用形態などによって決まります。機械部品の剛性を分析することは、機械設計における重要な作業です。変形を厳しく制限する必要がある部品（例えば翼や工作機械の主軸など）については、剛性解析を通じて変形を制御しなければならない。振動や不安定化を防ぐために、部品の剛性を制御する必要もあります。また、バネのように、特定の機能を確実にするためには、その剛性を適切な値に制御する必要がある。剛性基準とは、部品が荷重を受けた際の弾性変形量が許容される弾性変形量を超えないことを要求するものです。剛性基準の式はhttp://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image006.gif（3–17）であり、yはたわみや縦方向の伸び（縮み）などの弾性変形量で、それぞれの許容弾性変形量となる。部品の弾性変形量は理論計算または実験によって求めることができ、許容変形量は部品の用途に応じて理論解析や経験に基づいて決定される。 3. 耐熱性基準 摩擦などの理由により、機械が動作している間、部品や潤滑剤の温度は一般的に上昇する。過度に高い作業温度は潤滑効果の低下を引き起こし、同時に部品の熱変形や硬度・強度の低下、さらには破損にもつながります。高温時には、金属製の機械部品が接着したり、固着したりする可能性があります；プラスチックなどの非金属製の機械部品は軟化したり、溶融したりすることがあり、場合によっては熱応力を引き起こすこともある。耐熱性の基準としては、部品が正常に動作するために、その作業温度が許容値を超えないように制御することが一般的であり、その表現式はhttp://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image008.gif（3–18）です。放熱性能を向上させ、温度上昇を抑えるために、必要に応じて水冷や空冷といった措置を講じることができます。 4. 振動安定性の基準 激励周波数が物体の固有周波数と等しくなると、物体の振幅は最大となり、激励周波数と固有周波数の差が大きくなるほど、物体の振幅は小さくなる。励起の周波数が物体の固有周波数に近づくと、強制振動の振幅は非常に大きくなります。この現象を共鳴と呼びます。振動安定性とは、機械が動作している際に共鳴を起こさないようにする機械部品の性能を指します。 機械の寿命を延ばし、軸や機械の損傷を避けるためには、特に高速機械の軸において、その振動安定性を検証する必要がある。振動安定性の基準では、機械部品の固有振動数が励起周波数とずれていることが求められ、共鳴が発生しないようにする。 機械内で励起を受ける部品の固有振動数をf、励起力の周波数をfpとすると、一般的にfp < 0.85fまたはfp > 1.15f（3–19）が求められる。機械部品の剛性や質量を変えることで、その固有振動数を変えることができる。機械部品の剛性を高め、質量を低減し、固有振動数を向上させる；機械部品の剛性を下げ、質量を増やすと、その固有振動数は低下する。時々、機械が動作している際に共鳴を防ぐために回転速度を調整する必要があります。 軸が共振を起こす主な原因は、材料内部の質量が不均一であり、さらに製造や取り付け時の誤差によって質心と回転中心にずれが生じるためです。軸が回転すると慣性力が発生し、この慣性力がローターを強制振動させます。軸が共鳴を引き起こすときの速度を臨界速度と呼ぶ。臨界速度において、この慣性力の周波数は回転子の固有周波数と等しくなるか、それの数倍となるため、共鳴が起こる。 5. 寿命基準 機械が一定の寿命期間中に正常に動作することを保証するため、機械部品を設計する際には、その部品の寿命について要求を設ける必要がある。なお、機械の寿命期間中には部品を交換することができ、つまり一部の機械部品の寿命は機械自体の寿命よりも短くなる可能性がある。機械部品の寿命は、主に材料の疲労、摩耗、腐食の影響を受けます。 部品の疲労による故障、例えば疲労破壊を防ぐためには、機械部品の寿命に対応する疲労限に基づいて疲労強度を算出しなければならない。つまり、寿命の要求に基づき、部品の回転速度などの具体的な状況を考慮して、式（3-6）により応力繰返し回数がNのときの疲労限界を算出し、さらに強度条件式に代入して疲労強度を計算する。疲労強度が満たされていれば、機械部品が破壊する前に達成できる応力繰り返し回数が寿命要件を満たすことが保証される。 摩耗は一般的に避けられないものです。一定の条件下では、橋梁の構造部品や地中に埋設された鋼製パイプの腐食など、腐食も避けられない。設計時には、主に機械部品が使用寿命の間、過度な摩耗や腐食が起こらないようにすることが求められます。摩耗が発生するメカニズムはまだ完全には解明されておらず、摩耗に影響を与える要因も多い。一般的には、摩擦学の設計原理に基づいて摩擦対の耐摩耗性を向上させる。主な対策は、摩擦対材料の適切な選定です；潤滑剤と添加剤の適切な選定；圧力、滑り速度、温度上昇など、摩擦対の作動条件を制御する。 これまでのところ、実用的で有効な腐食寿命計算方法は存在せず、通常は材料の選定や防食処理によって対策が講じられている。耐腐食性のある材料を使用する場合は、表面めっきやスプレー塗装、リン酸処理などを施します。 6. 信頼性基準 信頼性とは、製品が規定された条件および期間内に、規定された機能を果たす能力のことである。製品の品質には、一般的に性能指標と信頼性指標が含まれるべきである。機械製品の性能指標とは、製品が持つ技術的な指標のことで、例えば機械の出力、トルク、作業力、作業速度などがこれにあたります。性能指標だけで信頼性指標がなければ、製品の性能指標も保証されません。例えば、技術的に高度な航空機であっても、信頼性が低ければ頻繁に故障が発生し、通常の飛行に支障をきたしたり保守費用が増加したり、深刻な事故を引き起こす可能性さえある。製品の信頼性は信頼度R（t）で評価されます。信頼度の定義は、製品が規定された条件のもと、規定された時間内に規定された機能を果たす確率です。信頼度は時間の関数である。数がnの同じ製品があり、t=0の時に動作を開始する。時間が経つにつれて、故障する個数no(t)は増加し、正常に動作する個数ni(t)は減少する。任意の時刻tにおける製品の信頼度はhttp://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image010.gif（3–20）で表される。もしある製品が3000時間動作した時の信頼度R(t)が0.96であれば、96％の製品が3000時間以上正常に動作できることを意味し、個々の製品について言えば、3000時間動作する確率は96％である。 故障率とは、製品が時間tまで動作している間に、次の期間において単位時間あたりに故障が発生する確率を指す。その数学的表現は、http://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image016.gif（3–21）で与えられる。変数を分離し、両辺を積分すると、http://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image018.gifが得られ、さらにhttp://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image020.gif（3–22）が得られる。部品の故障率と時間との関係は、一般的に図3-13のようになる。実験的な方法で得失効率曲線を求めることができる。故障率曲線は、製品の全寿命期間における故障率の状況を示しています。破壊曲線からわかるように、破壊は大きく3つの段階に分けられる。 http://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image022.gif 図3-15 第I段階は早期故障段階で、曲線は減少型である。製品が使用され始めた初期には、故障率が高く、急速に低下する。その原因は主に、設計、製造、保管、輸送などによって生じる欠陥、および調整、走行試験、起動の不適切さといった人的要因によるものです。これらの先天的な欠陥に起因する故障が発生した後、装置の動作が徐々に正常に戻ると、故障率は安定する傾向にある。部品の早期故障をできるだけ避け、不良率や早期故障が発生するまでの時間t0を短縮すべきである。 第II段階は偶発的故障段階であり、その故障率はゆっくりと増加する。故障は主に、予期しない過負荷、誤操作、偶発的な自然災害などの偶発的要因によって引き起こされます。故障の原因はほとんどが偶発的なため、偶発故障段階と呼ばれる。偶発的な故障が起こるまでの期間の故障率を下げることで、有効寿命を延ばすことができる。したがって、製品の品質を向上させ、丁寧に使用・メンテナンスを行うことが重要である。 第Ⅲ段階は損傷故障段階であり、その故障率は増加型である。t1以降、故障率は顕著に上昇する。これは、製品が老朽化し、疲労や摩耗、クリープ、腐食といったいわゆる消耗要因によって引き起こされるため、消耗寿命と呼ばれます。この段階での故障原因に対しては、点検や監視などに注意し、事前に修理を行うことで、故障率が上昇しないようにする必要がある。 7. 精度基準 高精度な機械部品、機構、または装置においては、その動きの誤差が許容値を下回ることが求められる。例えば精密機械においては、ガイドレールの直線性誤差、主軸の半径方向の振れ誤差、歯車伝動の回転角誤差など、一定の精度が求められます。機械や部品の機能要件に応じて、適切な公差と組合せを選定し、精度設計を行うことができ、それを図面に正しく記載することも可能である。また、部品図に示された公差値から機構の誤差を算出し、要求される機構精度と比較することもできる。

うんざり、何を隠すんだよ。「機械部品の主要な設計基準」というテーマはあまりにも広範囲で、数言では済ませられないかもしれません。 大きな点としては、1.できるだけ標準化すること、2.部品の機械的性質および化学的性質が所定の要求を満たすことです。 3. 使用要件を満たす際には、加工要件をできるだけ減らすこと。 4. コストの考慮として、要件を満たす範囲で、できるだけ低コストな材料を使用する。待って

1、強度基準。機械部品の動的応力σは、許容応力を超えてはならない。 2. 刚性基準。機械部品は荷重を受けると弾性変形を起こし、剛性とは外力に作用された材料、機械部品、または構造が変形に抵抗する能力である。材料の剛性は、単位変形を生じさせるのに必要な外力の大きさによって測定される。 3. 耐熱性基準。摩擦などのため、機械が動作しているとき、部品や潤滑剤の温度は一般的に上昇します。過度に高い作業温度は潤滑効果の低下を引き起こし、同時に部品の熱変形や硬度・強度の低下、さらには破損にもつながります。高温時には、金属製の機械部品が接着したり、固着したりする可能性があります；プラスチックなどの非金属製の機械部品は軟化したり、溶融したりすることがあり、場合によっては熱応力を引き起こすこともある。耐熱性の基準とは、部品が正常に動作するために、その作業温度が許容値を超えないように制御するものです。放熱性能を向上させ、温度上昇を抑制するために、必要に応じて水冷や空冷などの措置を講じることができる。 4. 振動安定性基準。励起周波数が物体の固有周波数と等しくなると、物体の振幅は最大となり、励起周波数と固有周波数の差が大きくなるほど、物体の振幅は小さくなる。励起の周波数が物体の固有周波数に近づくと、強制振動の振幅は非常に大きくなります。この現象を共鳴と呼びます。振動安定性とは、機械が動作している際に共鳴を起こさないようにする機械部品の性能を指します。 5.寿命基準。機械が一定の寿命期間中に正常に動作するために、機械部品を設計する際には、その部品の寿命について要求を設ける必要がある。なお、機械の寿命期間中には部品を交換することができ、つまり一部の機械部品の寿命は機械自体の寿命よりも短くなる可能性がある。機械部品の寿命は、主に材料の疲労、摩耗、腐食の影響を受けます。 6. 信頼性基準。信頼性とは、製品が規定された条件のもと、規定された時間内に規定された機能を果たす能力のことです。製品の品質には、一般的に性能指標と信頼性指標が含まれるべきである。機械製品の性能指標とは、製品が持つ技術的な指標のことで、例えば機械の出力、トルク、作業力、作業速度などがこれにあたります。性能指標だけで信頼性指標がなければ、製品の性能指標も保証されません。 7. 正確度基準。高精度な機械部品、機構、または装置においては、その動きの誤差が許容値以下であることが求められます。例えば精密機械においては、ガイドレールの直線性誤差、主軸の半径方向の振れ誤差、歯車伝動の回転角誤差など、一定の精度が求められます。機械や部品の機能要件に応じて、適切な公差と組合せを選定し、精度設計を行うことができ、それを図面に正しく記載することも可能である。また、部品図に示された公差値から機構の誤差を算出し、要求される機構精度と比較することもできる。

この投稿は最後に、黒い金子によって2011年6月26日08:37に編集されました。1. 強度基準 2. 刚性基準 3. 耐熱性基準 4. 振動安定性基準 5. 寿命基準 6. 信頼性基準 7. 正確度基準

1. 静的強度基準、2. 疲労強度基準、3. 摩耗工学による設計、4. 刚性、5. 信頼性。