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例題集 / 機械 / 工業力学(V-A-3 力学) / 摩擦
ねじについて答えよ.
$(1)$
ねじを巻くのに必要な力$P$はいくらか.
水平方向の力のつり合い式を用いて求めよ.
$(2)$
ねじに働く軸力$Q$はいくらか.
垂直方向の力のつり合い式を用いて求めよ.
$(3)$
摩擦角$\lambda$を図中に示せ.
$(4)$
ねじを巻くのに必要な力$P$が以下の式で表せることを証明せよ.
\[
P=Q\cdot \tan(\alpha + \lambda)
\]
%=image:/media/2015/01/22/142185995129200300.png:
解答例・解説
$(1)$
\[
P-F\cos\alpha-N\sin\alpha=0\\
\therefore
P=F\cos\alpha+N\sin\alpha
\hspace{10pt}\cdots(1)'
\]
$(2)$
\[
Q+F\sin\alpha-N\cos\alpha=0\\
\therefore
Q=-F\sin\alpha+N\cos\alpha
\hspace{10pt}\cdots(2)'
\]
$(3)$
%=image:/media/2015/01/22/142186061670686900.png:
$(4)$
\[
\tan\lambda = \frac{F}{N} \ より \ F=N\cdot \tan\lambda\\
\]
式$(1)'\cdot(2)'$に代入すると,
\[\begin{align}
P
&=N \tan\lambda\cdot \cos\alpha+N\sin\alpha\\
&=N\left( \tan\lambda \cdot \cos\alpha +\sin\alpha \right)\cdots(1)' '\\
\end{align}
\]
\[\begin{align}
Q
&=-N \tan\lambda\cdot \sin\alpha+N \cos\alpha\\
&=N\left( \cos\alpha - \tan\lambda \cdot \sin\alpha \right)\cdots(2)' '\\
\end{align}\]
式$(2)' '$より,
\[
N=\frac{Q}{\cos\alpha-\tan\lambda\cdot \sin\alpha}
\]
式$(1)' '$に代入すると,
\[\begin{align}
P&=\frac{Q\left(\tan\lambda \cdot \cos\alpha +\sin\alpha \right)}{\cos\alpha - \tan\lambda\cdot \sin\alpha}\\
&=Q\frac{\tan\lambda+\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}}{1-\tan\lambda\cdot\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}}\\
&=Q\frac{\\tan\lambda+\tan\alpha}{1-\tan\lambda\cdot \tan\alpha}\\
&=Q\cdot \tan\left( \alpha + \lambda \right)
\end{align}\]
\[
\therefore
P=Q \tan\left( \alpha + \lambda \right)
\]