例題集

一自由度系の振動(7)

知識・記憶レベル   難易度:
回転軸まわりの慣性モーメントが$2\,\rm{kg\cdot m^2}$の円板に$5\,\rm{kN\cdot m}$の定トルクをかけたら軸が$3^\circ$ねじれた. $(1)$ 軸のねじりばね定数を求めよ. $(2)$ 運動方程式に基づいて,固有振動数を求めよ.
$(1)$ \[\begin{align} k_1=\frac{T}{\theta} &=\frac{5000\,\rm{N\cdot m}}{\left\{3\,\rm{deg}\cdot \frac{\pi\,\rm{rad}}{180\,\rm{deg}} \right\}}\\ &=\frac{5000\,\rm{N\cdot m}}{0.05235\,\rm{rad}}\\ &=95490\,\rm{N\cdot m/rad}\\ &= 95.5\,\rm{kN\cdot m/rad} \end{align}\] $(2)$ \[\begin{align} \omega_n=\sqrt{\frac{k_t}{J}} &=\sqrt{\frac{95490\,\rm{N\cdot m/rad}}{2\,\rm{kg\cdot m^2}}}\\ &=\sqrt{\frac{95490\,\rm{kg\cdot m\cdot m/s^2\cdot rad}}{2\,\rm{kgm^2}}}\\ &=218.5 \,\rm{rad/s}\\ &= 219 \,\rm{rad/s}\\\end{align}\] \[ f_n =\frac{\omega_n}{2\pi} =\frac{218.5 \,\rm{rad/s}}{2\pi\,\rm{rad}}= 34.77\,\rm{Hz} = 34.8\,\rm{Hz} \]