機械設計
ミスミフレームズ
CADから自動設計、すごい
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「機械設計工学」
４つの内容
1 設計とは何か
2 材料と加工法
3 代表的な機械要素
4 人間に考慮する
1章 設計とは
機能、挙動、構造に分けて考える
概念設計→実態設計→詳細設計
例：空き容器選別システム
選別システム
ふるい選別：粒子径
風力選別：見かけの比重
磁気選別：磁性
渦電流選別：導電性
光学選別：光の反射など
2章 設計と材料・加工法
3章 運動の伝達1：軸の設計
4章 運動の伝達2：軸受けの設計
5章 運動の伝達3：歯車による伝達
6章 動力・運動の伝達4：接続
7章 結合
8章 機械システム設計
9章 人と機械の適合
10章 信頼性設計
11章 最適設計・ロバスト設計
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もの作りのための機械設計工学
問題解くの良いかも
1章 機械設計の概要
機械設計とは
実際の機械の構造や形状を考える発想、そして形状を考える設計、そして製図、制作がある
また性能評価も行う必要がある
構造やボルトの位置、ボルトの寸法や本数、軸受けの型式、材料の選定などがある
製図はコミュニケーション手段
概念設計→基本設計→詳細設計という流れ
機械設計の要点
設計コンセプトの明確化
加工の知識も必要である
常に作りやすさを考えて形状、寸法を決定する
トレードオフを考えてバランスの良い設計を考える
参考にする
機械の設計例
スターリングエンジン
模型ボート
実験用魚ロボット
2章 機械の強度と材料
材料強度の基礎知識
許容応力と安全率
応力集中
繰り返し荷重
クリープ
座屈
機械材料
鉄鋼：S45C(炭素0.45%)やSS400(ひっぱり強さ)、FC200（ひっぱり強さ）安価で溶接性に優れる、熱処理ができる
アルミニウム：Al2017(ジュラルミン)、A2011(切削合金)、軽量、柔らかい、加工性が良い
ステンレス鋼：SUS304強度が高い、熱に強い、さびない、熱に強い
銅合金：導電性に優れる
チタン合金
材料の形状
切削加工と丸材の寸法
非金属材料
ゴム材料
樹脂材料
材料の特徴を活かした設計
3章 機械加工と設計
機械加工の種類と特徴
切削加工、付加加工、塑性加工に分けられる
切削が最も基本
塑性加工は延性などを利用する
大量生産ではプレス加工
旋盤加工と設計
右片刃バイトで加工できる形状は望ましい
旋盤はいずれにせよ丸い形状しか作れない
工房にあるやつ
フライス加工と設計
エンドミルを使う
工房にある
ドリル加工と設計
穴あけ加工
溶接加工と設計
金属材料同士の接合部を高温の熱によって溶かして接合する
加工精度と設計
基準寸法と寸法交差
はめあい
はめあいでは許容寸法が厳しい
表面粗さ
機械加工と基準面
基準面を間違えると加工誤差が積み重ねられる
機械加工を考えた設計
設計者は常に作りやすさを考え、適切な寸法精度を考える必要がある
4章 ねじを使う設計技術
ねじの種類
部品の固定、配管の結合、長さの測定、運動・動力伝達など
ねじ山
三角ねじ、角ねじ、台形ねじがある
おねじとめねじは角度とピッチが等しい必要がある
ねじ切り加工
タップとダイス
旋盤
転造
平行ねじとテーパねじ
普通は平行ねじ
右ねじと左ねじ
一般には右ねじ
ねじの規格
機械にはメートルねじが使われる
メートル並目ねじ
メートルねじは山の角度が60°のねじである
Mとおねじの外径で表される
下穴径
最初に適当な直径の下穴を開け、タップによりねじ切り加工を行う
実際に使用するねじ部品
六角ボルト
六角穴付きボルト、座繰り穴
小ネジ
皿ネジ
六角穴つきとめねじ
六角なっと
平座がね
バネざがね
ねじの強度
軸方向のひっぱり荷重
ねじ山のせん断荷重
ネジへのせん断荷重
強度計算
おねじとめねじが同じ材料の時はおねじの方が壊れやすい
ねじへのせん断荷重
実際の設計
ねじ頭部の干渉
通しボルトとねじ込みボルト
ねじとバカ穴
部品の固定とねじの本数
フランジのシールとネジの本数
とめネジ
ネジ部を垂直に組み立てる方法
緩みどめ
二重なっと
座金
機械的固定
接着剤
5章 軸と軸受けの設計
軸の設計技術
軸の種類と用途
伝動軸
機械軸
車軸
軸の強度設計
ねじれ荷重
曲げ荷重
軸を設計する際の要点
軸の直径
軸の長さ
軸の加工精度、表面粗さ、硬度
カップリング
カップリング（軸継手）は軸と軸をつなぐために使われる要素部品
カップリングの種類と特徴
フランジ形軸継手：軸の衝撃や振動を吸収できる
ゴム・樹脂カップリング
金属カップリング
ユニバーサルジョイント
カップリングの強度
カップリング選定の要点
許容トルク
軸との固定方法
トルク変動
回転角度の精度
軸の位置精度
大きさと形状の制限
軸と回転体の固定
とめネジ
テーパによる固定
キーによる固定
スプライン
フリクションジョイント
軸受けの利用技術
普通は台座と回転軸の間に軸受けと呼ばれる要素部品を使用する
転がり軸受
ラジアル玉軸受けとスラスト玉軸受け
玉軸受けところ軸受け
深溝玉軸受けの強度：寿命計算
軸受けの固定方法
回転体との衝突
軸受けの位置
軸系の設計例
スターリングエンジン
6章 歯車機構の設計
歯車の種類
平歯車
かさ歯車
はすば歯車
ウォームギア
内歯車
ラック
やまば歯車
平歯車の構造と特徴
歯数と減速比
歯車各部の名称
基準ピッチ円直径
モジュール
バックラッシュ
歯車の騒音
歯車の強度
カタログで許容伝達力をみよ
はの曲げ強さ
は面つよさ
焼き付け強さ
歯車機構の設計例
人力ボート
車椅子
スターリングエンジン
7章 シール装置の設計技術
シール装置の概要
静的シールと動的シール
流体の種類、圧力、温度
シール材料
シート状ガスケット
シート状ガスケット
均等な締め付け
組み立て精度
Oリング
ゴムっぽいリング
溝の寸法
傷の防止
表面あらさ
オイルシート
軸芯
ハウジング穴の寸法
シール装置の使用例
スターリングエンジン
8章 市販部品を利用する設計
電気モータ
直流モータと交流モータ
ステッピングモータ
サーボモータ
種類やトルク、電源
メカトロニクス
荷重せんさ
圧力センサ
位置センサ
回転かくどセンサ
変位センサ
温度センサ
マイコン
回転運動伝達部品
チェーン
ベルト
クラッチとブレーキ
トルクリミッタ
直線運動伝達部品
直動軸受
リニアアクチュエータ
カムフォロア
ロッドエンド
ばね
コイルバネ
いたばね
市販部品を組み合わせる設計
計測用車椅子
9章 機械システム設計
システム設計とは
概念設計、基本設計、詳細設計
機械力学、熱力学、流体力学、材料力学、機構学、計測、制御、機械材料、機械加工学
小型スターリングエンジンの設計
エネルギーの流れ
出力計算
基本設計
構成要素の設計
性能評価
人力水中翼船の設計
設計と性能
旋回性能実験用魚ロボットの設計
旋回方法
高速化を目指した魚ロボットの設計
水の流れ
風力エネルギー利用船の概念設計
性能試算
10章 機械設計の高度化
機械の高性能化
性能評価
情報伝達
最適化
信頼性
やさしさのある機械設計
操作性
バリアフリー
ユニバーサルデザイン
リサイクル
もの作りのための機械設計を目指して
考える機械設計
迅速な設計
手作り機械の勧め
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機械設計エンジニアの基礎知識
機械設計の基礎
設計とはアイディアを形にすること
実務を通して知識をつけながら設計者になるのが良い
設計に必要な知識
4力学
製図
機会要素
加工
材料
金属材料
プラスチック
組み立て
生産
設計を覚えるコツは先輩の設計者を真似すること
機械設計のプロセス
構想設計、基本設計、詳細設計の３つに別れる
構想設計で仕様が決まるとCADで設計してデザインレビューして製図にする
プロトタイプができたら性能を評価する
QCD(クオリティ、コスト、納期)を大切に
製図の基礎
設計ができるまでのステップ
ステップ1 図面が読める
ステップ2 図面が書ける
ステップ3 設計ができるようになる
図面は情報伝達をするために必要
印鑑のない図面は正式なものではない
投影には第一角法と第三角法がある
第三角ほうがわかりやすい
特徴がない部品は主観で正面図を決める
3DCADの基礎
このセクションではCADの操作についての解説はしない
というのも、CADの操作を覚えるよりもCADで形状を作るときのアプローチや考え方を身につける方が何倍も重要であると思うから
3DCADで作る計上データには設計の意図を十分に入れることができる
3DCADの応用
グランドコックを題材に、トップダウン設計とはどのようなものであるかを学習する
材料力学の基礎
感覚的に物体にかかる力をとらえるセンスが大切

熱力学の基礎
熱が力学的な仕事を行う
流体力学の基礎
流体が運動している学問
機械力学の基礎
機械の動作により生じる力を扱う学問のこと
金型の基礎
設計を行うためには必ず金型の知識が必要になる
なぜなら設計図によっては金型が作成できないものは複雑となって金型費用が高くなる場合があるため
主に5種類ある
1 プラスチック用金型
2 プレス金型
3 ダイカスト金型
4 鋳造型
5 鍛造型
金型の実践
金型の詳細な見積もりをするためには製品形状を示す図面が必要
製品図がない場合の手順としては
1 製品寸法を示す3角法の寸法入りの図面
2 製品の材質や製作数量
3 寸法の要求精度
金型操作の５つのポイント
特に考慮すべき点として、ショット数と金型材質
機械加工の基礎
設計士はどのような加工方法があるのかを理解した上で設計を行い、必要に応じて図面に指示する必要がある
機械要素の基礎を学ぶ
ねじ、歯車、バネ、クラッチ、ベアリングなど
CAE解析の基礎を学ぶ
CAE解析を使えば実物を作らなくても設計評価が行える
場面として
1 設計過程における形状検討、形状の改善、最適化
2 設計完了後の性能の確認
3 製品化後に発生する問題の原因追及

3Dプリンタ基礎を学ぶ
3DCADのモデルから印刷できる
生産工学の基礎を学ぶ
金属材料の基礎を学ぶ
材料には機械的特性、物理的特性、化学的特性がありこれを理解すべき
プラスチックの基礎を学ぶ
プラスチック製品を設計するために下記の３つの知識が最低限必要となる
1 プラスチックの基礎知識
2 金型の基礎知識
3 成形の基礎知識
切削設計の基礎を学ぶ
切削部品を設計する場合、旋盤やフライス盤などの加工機の作業者がどのように作成するのか知る必要がある
素材のどこを固定してどこを基準に加工して加工した部品はどのような測定器具を用いて検査するのかを考えながら設計することで低コストで良い設計が可能になる
表面処理の基礎を学ぶ
洗浄
えっちんぐ
メッキ
化成処理
着色
塗装
拡散浸透
電気の基礎を学ぶ
ここでは
1 回路の種類
2 回路を構成する回路記号
3 回路を構成する基本的なもの
を紹介する
公式・便利つーる
単位や計算ツールなど
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機械設計
- 設計とは
- ユーザの考慮
- 軸
- 材料と加工の基礎
- ねじ
- 信頼性・安全性
- 軸受
- ばね
- 運動・動力伝達（歯車など）
- 接続（キー，スプライン，セレーション）
- シール
- デザイン
- 設計の実際
動力・運動の伝達１（軸受け）
設計・構造・挙動・機能
軸・強度
安全設計・信頼性設計
ユーザのための設計・デザイン
機械システムの設計
接続・締結・密閉
材料・加工
最適設計・ロバスト設計
設計の実際