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例題集 / 機械 / 機械力学(V-A-3 力学) / * 危険速度
直径$d=25\,\rm{mm}$,スパン$l=600\,\rm{mm}$の中央に質量$m=30\,\rm{kg}$である鋼製(縦弾性係数$E=206\,\rm{GPa}$, 密度$\rho=7.8 \times 10^3 \,\rm{kg/m^3}$)の回転軸がある.
$(a)$
軸のばね定数
$ : k= \frac{48EI}{l^3}$
$(b)$
軸の質量の$50 \%$を質量に換算して加えた場合の固有振動数
$(c)$
危険速度
を求めよ.
解答例・解説
$(a)$
\[
\begin{align}
軸のばね定数 : k
&= \frac{48EI}{l^3} \\
&=\frac{48 \times 206 \times 10^9 \,\rm{Pa} \times \frac{\pi}{64} \times (0.025\,\rm{m})^4}{(0.6\,\rm{m})^3} \\
&=8.777 \times 10^5 \,\rm{N/m}
\end{align}
\]
\[
\therefore
k=8.78 \times 10^5 \,\rm{N/m}
\]
$(b)$
\[
\begin{align}
軸の質量 : m_b
&=\rho A l \\
&=7.8 \times 10^3 \,\rm{kg/m^3} \times \frac{\pi}{4} \times (0.025\,\rm{m})^2 \times 0.6 \,\rm{m} \\
&=2.297 \,\rm{kg} \\
\end{align}
\]
\[
\begin{align}
w_n&=\sqrt{\frac{k}{m+0.5m_b}} \\
&=\sqrt{\frac{8.777 \times 10^5 \,\rm{N/m} }{30\,\rm{kg} +0.5\times 2.297\,\rm{kg}}} \\
&=167.8 \,\rm{rad/s}
\end{align}
\]
\[
\therefore
w_n=168 \ \,\rm{rad/s}
\]
\[
\begin{align}
f_n&=\frac{w_n}{2 \pi} \\
&=\frac{167.8 \,\rm{rad/s} }{2 \pi} \\
&=26.70 \,\rm{Hz}
\end{align}
\]
\[
\therefore
f_n=26.7 \ \,\rm{Hz}
\]
$(c)$
\[\begin{align}
N_c &= \frac{60}{2\pi}w_n \\
&=\frac{60}{2 \pi}\times 167.8\,\rm{rad/s} \\
&=1602\,\rm{rpm}\\
\\
または、\\
N_c&=60 f_n \\
&=60 \times 26.70 \,\rm{Hz}\\
&=1602\,\rm{rpm}
\end{align}\]
\[
\therefore
N_c=1600\,\rm{rpm}
\]