可動部品

機械には固定部分と可動部分の両方が含まれます。可動部分は制御された動きと制約された動きをします。^{[1] [2]}

可動部品とは、燃料、冷却剤、油圧液などの可動流体を除いた機械部品です。^{[要出典]可動部品には、機械的な}ロック、スイッチ、ナット、ボルト、ボトルのねじキャップなども含まれません。可動部品のないシステムは、「ソリッド ステート」と呼ばれます^[要出典]。

機械の可動部品の量は、機械効率の要因です。可動部品の数が多いほど、部品間の摩擦によって熱として失われるエネルギーの量が多くなります。 ^[3]たとえば、現代の自動車エンジンでは、エンジンの燃料を燃焼させて得られる総電力の約7％が、エンジンの可動部品間の摩擦によって失われています。^[4]

逆に、可動部品の数が少ないほど、効率は高くなります。可動部品がまったくない機械は非常に効率的です。たとえば、電気変圧器には可動部品がなく、その機械効率は一般に90％を超えています。（変圧器の残りの電力損失は、銅巻線の電気抵抗による損失や鉄心のヒステリシス損失や渦電流損失など、他の原因によるものです。） ^[5]

可動部品間の摩擦によって生じる効率の低下を克服するために、2 つの手段が用いられます。1 つ目は、可動部品に潤滑油を塗ることです。2 つ目は、機械の可動部品が互いに接触しにくくなるように設計することです。後者は、2 つのアプローチから構成されます。機械のサイズを小さくすることで、可動部品同士が擦れ合う面積を減らすことができます。また、個々の部品の設計を変更して、形状や構造を変え、互いの接触を減らすか回避することもできます。^[4]

潤滑剤の使用や適切な材料の使用も摩耗を減らす。可動部品が摩耗すると、機械の精度に影響する可能性がある。したがって、設計者はこの要素を考慮して可動部品を設計し、機械の寿命全体にわたる精度が最も重要である場合は、摩耗を考慮し、可能であれば最小限に抑えるようにする必要がある。（この簡単な例として、単純な一輪手押し車の設計がある。車軸が手押し車のアームに固定され、車輪がその周りを回転する設計は摩耗しやすく、すぐにぐらつきが生じるが、車輪に取り付けられ、アームのベアリング上で回転する回転車軸は、車軸がアームを摩耗してもぐらつき始めない。）^[6]

可動部品の潤滑、摩擦、摩耗を扱う科学および工学分野はトライボロジーであり、材料科学、機械工学、化学、力学を網羅する学際的な分野である。^[7]

前述のように、摩耗は機械の可動部品にとって懸念事項です。^[8] 故障につながるその他の懸念事項としては、腐食、 ^[8] 浸食、^[8] 熱応力と発熱、^[8] 振動、^[8]疲労荷重、^[8]キャビテーションなどがあります。

疲労は大きな慣性力に関係しており、可動部品の運動の種類によって影響を受けます。均一な回転運動をする可動部品は、前後に振動する可動部品よりも疲労が少なくなります。機械の動作の強制周波数が回転シャフトなどの 1 つ以上の可動部品の共振周波数に達すると、振動によって故障が発生します。設計者は、設計時に部品の固有周波数を計算し、部品を変更して共振を制限または排除することで、これらの問題を回避します。

可動部品の故障につながるさらなる要因としては、機械の冷却システムや潤滑システムの故障などが挙げられます。^[8]

可動部品の故障に関連する最後の、特別な要因は運動エネルギーです。機械の可動部品の運動エネルギーが突然解放されると、可動部品の動きが異物によって妨げられると、過度のストレスによる故障が発生します。たとえば、ファンやプロペラのブレードに石が引っかかった場合や、いわゆる「作業中のスパナ/モンキーレンチ」を考えてみましょう。 ^[8] (これに関する詳しい説明については、異物による損傷を参照してください。)

機械の運動エネルギーは、個々の可動部品の運動エネルギーの合計です。可動部品を持つ機械は、数学的には、運動エネルギーが単純に合計される連結された物体のシステムとして扱うことができます。個々の運動エネルギーは、可動部品の軸の周りの並進運動と回転運動の運動エネルギーから決定されます。^[9]

可動部品の回転運動エネルギーは、可動部品のこのようなシステムはすべて、瞬間軸の周りを回転する接続された物体の集合に還元できることに注目することで決定できます。これらの物体は、毎秒 回転する半径のリングまたは理想的なリングの一部を形成します。この理想的なリングは等価フライホイールとして知られ、その半径は回転半径です。リングのすべての部分の半径の二乗をそれらの質量 に関して積分すると、リングが離散粒子の集合としてモデル化される場合、それらの質量とそれらの半径の二乗の積の合計として表すことができます。リングの慣性モーメント は、 と表記されます。可動部品のシステム全体の回転運動エネルギーは で、 は慣性モーメントと同じ軸の周りの可動部品の角速度 です。^{[9] [10]}${\displaystyle a}$${\displaystyle n}$ ${\displaystyle \int a^{2}dm}$${\displaystyle \sum _{k=0}^{n}m_{k}\times a_{k}^{2}}$${\displaystyle I}$${\displaystyle {\frac {1}{2}}私\オメガ ^{2}}$${\displaystyle \omega}$

可動部分の運動エネルギーはであり、 は総質量、 は速度の大きさである。これにより、機械の可動部分の総運動エネルギーの式はとなる。^{[9] [10]}${\displaystyle {\frac {1}{2}}mv^{2}}$${\displaystyle m}$${\displaystyle v}$${\displaystyle {\frac {1}{2}}I\オメガ ^{2}+{\frac {1}{2}}mv^{2}}$

製図では、可動部品は通常、主位置または初期位置にある部品の実線アウトラインを描き、二次的な移動位置にある部品のアウトラインを仮想線（2つの短い線分と1つの長い線分の「点-点-破線」のシーケンスで構成された線）で描くことによって指定されます。^{[11] [12] [13]}これらの慣習は、1979年に発行されたASME Y14.2Mを含む、米国規格協会と米国機械学会の いくつかの規格に定められています。 ^[14]

近年、アニメーションは可動部品の動きを示す技術図や工学図において、より実用的かつ普及してきました。アニメーションは可動部品をより明確に表現し、可動部品とその動きをより容易に視覚化することができます。^[15] さらに、コンピュータ支援設計ツールを使用すると可動部品の動きをシミュレートできるため、機械設計者は、数値解析を直接実行するのではなく、（アニメーション化された）コンピュータモデルを視覚的に検査するだけで、特定の設計における可動部品が互いの動きを妨げたり衝突したりするかどうかを判断できます。^{[16] [17]}

• キネティックアート— 動く部分を含む彫刻
• ムーブメント（時計仕掛け） — 時計や腕時計の可動部品の具体的な名称

• 「線の規則とレタリング」。ニューヨーク：アメリカ規格協会。1979 年。ANSI/ASME Y14.2M。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です
• 「可動部品の流体制御の図解方法」。全米流体動力協会および米国規格協会。1976 年。ANSI/NFPA T3.28.9-1976。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です