【PMD2018】基礎学習3回目<ひずみゲージブリッジ組み方>

●ここ2年半の経緯
①力センシング開発は、当初HX711と中華ロードセルの組み合わせで6CHの6分力計を作ってMFT2017へ出展しました。

②2018年になって、6分力計をロードセルも3Dプリンタで自作して6軸力覚センサを開発しました。
これは、相当苦労したのですが何とかMFT2018に出展することができました。この開発で今までグレイボックスだったひずみゲージブリッジの組み方のノウハウを得ることが出来ました。


③2018年9月からはロードバイクパワーマネジメントメーター開発の一環として、ロードバイクペだリング運動中にフレームに加えられる各種分力を測定していく方向で準備をしてますが、サーバー攻撃事件があって中断してますが、何年かかっても絶対にやり遂げるつもりでやってきてますので、こつこつと進めていきます。

 

●基礎学習のポイント
大学の工学部機械・材料系なら材料力学を1,2年のときに学べるのですが、世の中に機械材料系の学生さんはそんなに多くありません。私は材料系でしたが学生時代はサイクリングばかりしていて授業も適当にしか受けてませんでしたので、卒業してから社会人として材料力学と構造力学を独学したしだいです。
その学習のなかで自分で理解を進められたポイントがあります。

①静力学での力のつりあいが理解できていること(静定・不静定)
②材料力学でのはりのモーメントとせん断力の分布が理解していること
③応力とモーメント、せん断力の関係を理解していること
独習しやすいサイトリンクを下記にあげておきます。大学の学生用のHPが多いです。

●近畿大学建築学科様の静定力学講義資料がわかりやすいです
http://www.archi.hiro.kindai.ac.jp/lecdocument/seiteirikigaku/top.htm

①何故構造力学が必要か
http://www.archi.hiro.kindai.ac.jp/lecdocument/seiteirikigaku/seitei_1.pdf
②力のつりあい
特に15ページのバリニオンの定理を理解しておくといいです。
http://www.archi.hiro.kindai.ac.jp/lecdocument/seiteirikigaku/seitei_2.pdf
③反力の計算
ここでは、9ページをしっかり理解すると力のつり合いの計算ができるようになりますので、何でもござれになれます。
http://www.archi.hiro.kindai.ac.jp/lecdocument/seiteirikigaku/seitei_3.pdf
④ラーメンの反力の計算
これは、①②の応用として理解できます。
http://www.archi.hiro.kindai.ac.jp/lecdocument/seiteirikigaku/seitei_4.pdf
⑤応力の計算
これは、材料力学と重複しますが、一般の材料力学の教科書より相当理解しやすい資料だと思います。
http://www.archi.hiro.kindai.ac.jp/lecdocument/seiteirikigaku/seitei_5.pdf

⑥静定ラーメンの解き方(応力計算)
④と⑤の応用としてこれが出来ます。フレーム構造などを理解するにはここは必要です。
http://www.archi.hiro.kindai.ac.jp/lecdocument/seiteirikigaku/seitei_6.pdf

⑦静定トラスの応力計算
トラスは、ラーメンがわかれば大丈夫だと思います。
構造を構想するときトラスとラーメンが基礎となるので
頭にイメージが浮かぶようにしておいたほうがいいです。
http://www.archi.hiro.kindai.ac.jp/lecdocument/seiteirikigaku/seitei_7.pdf

他にも詳しい東北大学の先生の構造力学解説があります=>http://hc2.seikyou.ne.jp/home/Tetsuo.Iwakuma

●はりのモーメント図
このページは1ページだけでだいたいわかるようになってます。
http://kousyoudesignco.dip.jp/ZAIRIKI7.html

適当な図面がなかったので自分で書きました

 

●実際にブリッジを組む時の資料
共和電業の資料です。http://www.kyowa-ei.com/jpn/download/technical/notes/bridge/pdf_index_001.pdf

代表例
上の片持ちはりのモーメント分布を見ながらひずみゲージの伸縮と比較してみます。
7,8は2ゲージなので、信州MAKERSでは通常は使いませんなぜならダミーゲージの端子台
が必要だからです。

4ゲージブリッジはメインで使いますので10,11,14は理解して記憶する必要があります。

●ブリッジの出力設計するための簡略式
クロスビームでの曲げ分力抽出の設計
覚えるのは、(r1+r3)-(r2+r4)だけでブリッジは設計できます

 

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