2016 Fiscal Year Research-status Report
転動体の接触剛性を考慮した工作機械送り駆動機構の高度動解析システムの開発
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16K21036
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
酒井 康徳 東京工業大学, 科学技術創成研究院, JSPS特別研究員 (70774769)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 工作機械 / 転がり機械要素 / 機械力学・制御 / シミュレーション / 接触減衰 / Hertz接触 / 非線形振動 / 周波数応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来技術では，転がり案内の転動体接触部における剛性・減衰パラメータを理論的に決定できないため，有限要素シミュレーションを用いて送り駆動系の周波数応答を高精度に予測することが困難であった．そこで，本研究では，転がり案内の転動体接触部近傍でのダイナミクスを実験的に解明し，その知見を基にした転動体接触部の有限要素モデルを構築し，転がり案内が組み込まれた工作機械送り駆動系の周波数応答を高精度に予測可能な技術を開発する．
本年度は，転動体荷重や接触部近傍における剛性・減衰特性を直接測定するために不可欠な，実験装置及び測定システムの確立を年次目標として研究を推進した．
具体的には，予圧荷重や接触角などの転がり案内において重要な設計パラメータを独立に変えることが可能な，転がり案内を模した接触部特性評価装置を試作した．また，転がり案内の剛性・減衰や寿命計算に不可欠な転動体荷重を測定・評価するために，転動体内部に光ファイバ式ひずみセンサを組み込んだ「転動体センサ」を試作し，静的な荷重試験によってその感度校正を行った．
校正済みの転動体センサを試作した評価装置に組み込み，静的な転動体荷重を測定したところ，理論的に導出した転動体荷重とよく一致する結果が得られた．さらに，複数個の転動体センサを試作し，同時に多点での転動体荷重測定を可能にしたことで，これまでは困難であった転がり案内の転動体荷重分布を直接計測できるシステムを構築できた．次年度以降は，今年度構築した装置・計測システムを用いて転動体接触部のダイナミクスを実験的・理論的に解明していく．
本年度の研究成果は，学会の学術講演会で発表した他，学術論文として公表する準備をしているところである．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初通りの計画に沿って研究を遂行しており，兼ね計画通りに成果を上げている．また，関連する研究成果を定期的に学会で発表しており，成果を広く世の中へ公開することもできている．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに，転がり案内を模した試験装置を試作し，「転動体センサ」を用いた転動体接触部で生じる静的なひずみを測定できることも確認している．
次年度以降は，キャリッジを衝撃加振し，そのときに接触部で生じる動的なひずみ変動を検出することで，転動体荷重や接触部近傍での固有振動数と減衰比を評価する．また，接触部近傍の固有振動特性とキャリッジ全体の固有振動特性を比較することで，両者の相関性を明らかにする． また，転動体形状や接触角などの転がり機械要素設計において重要な設計パラメータが，転動体接触部近傍の動特性に及ぼす影響を実験的に検討する予定である．
さらに，これらの知見をもとにして，有限要素シミュレーションに不可欠な接触部のモデル化とその接触部剛性・減衰パラメータの理論的な導出方法について検討する．
最終的には，ミクロな転動体のダイナミクスから，転がり案内単体やそれが組み込まれた工作機械送り駆動系などのマクロなダイナミクス（周波数応答や時刻歴応答など）を定量的に予測可能な設計シミュレーション技術の構築を目指す．
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| Causes of Carryover |
実験装置の試作段階であったため，光ファイバひずみセンサの測定子の購入個数を当初計画よりも少なくした．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度の研究によって測定システムを確立することができたため，来年度の研究期間内に当初予定していた個数の光ファイバひずみセンサの測定子を購入する予定である．
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Research Products
(5 results)
