2018 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, 工学院, 研究員 (70774769)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 転がり案内 / 送り駆動機構 / 工作機械 / 動解析 / 接触剛性 / 減衰 / 機械機能要素 / 摩擦 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度は，本研究の最終目標である転がり案内された送り駆動系の動特性を高精度予測するために，転動体と転送面との接触剛性・減衰モデルを組み込んだ有限要素解析モデルを構築し，それを用いた動解析手法を実現する．そのために，前年度に構築した転動体接触モデルを有限要素解析に適用しやすい複素ばねと非線形線形ばねで近似表現することを検討した．その結果，摩擦に起因する剛性・減衰と転動体と転送面との弾性接触部の剛性・減衰を考慮した解析が可能となった．
また，実用上は転動体と転送面との間に潤滑剤を塗布する場合が多く，それが接触剛性や減衰に影響を及ぼすと考えられる．そこで，潤滑剤の動粘度や硬度などの特性が接触剛性・減衰に及ぼす影響を検討し，それを有限要素モデルに組み込むことを試みた．潤滑剤による摩擦特性変化を微小変位領域でも摩擦-変位曲線の立ち上がり形状の差異としてとらえ，それを一つのパラメータで近似することで複素ばねモデルに組み込んだ．最終的に，潤滑剤の影響を考慮した摩擦特性のモデル化及び，摩擦が動特性に及ぼす影響を考慮した動解析に関しては，実験結果と定性的な傾向が一致するところまでは確認できた．
しかし，実際には潤滑剤の特性の時間依存性やばらつきに起因すると考えられる誤差が大きく，定量的に予測には至っていないのが現状である．潤滑剤による摩擦特性のばらつきを実験的により詳細に検討し，解析モデルを改良することが重要な課題であると考えている．これについては，平成31年度（令和元年）により詳細に検討することとした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
おおむね順調に進んでいたが，潤滑グリースを塗布した状態での摩擦特性や減衰比の評価実験や関連する数値計算において，実験のばらつきや再現性が問題となることがしばしばあった．この要因を明らかにし，精度の高い減衰評価を行うためには，追加実験が必要と考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度に行った潤滑グリースを塗布した状態での摩擦特性や減衰比の評価実験や関連する数値計算において，実験のばらつきや再現性が問題となることがしばしばあった．これは，グリースが有するチキソトロピー性や成分・特性のばらつきに起因すると考えられる．精緻かつ普遍的な研究成果を公表するためには，再現性を評価する追実験が必要と考えている．平成31年度（令和元年度）は，この追実験を行った後，成果を論文公表することを考えている．
本研究課題は，平成31年度で終了するが，その後は今回得られた知見を基盤として，下記のような研究へ発展させるとともに，産業基盤の発展に資する学術的な成果を継続的に示していく．
（１）今回得られた送り駆動系の非線形摩擦及び動特性の解析方法を応用して，ボールねじや軸受の転動体接触部における摩擦・振動挙動を解析するための基盤構築を目指す．これにより，種々の機械機能要素部品の動特性や接触部特性を考慮した汎用的な機械システムの動解析システムの構築に応用する．
（２）摺動面に設けた微細凹凸（テクスチャ）が，機械要素および送り駆動系の摩擦特性，潤滑油流れ，摩擦挙動に及ぼす影響を明らかにするとともに，それらに及ぼす動的負荷変動の影響を検討する．最終的に，摩擦特性や動特性を考慮した大規模摺動面用のテクスチャ設計手法の基盤を確立したい．
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| Causes of Carryover |
おおむね順調に進んでいたが，潤滑グリースを塗布した状態での摩擦特性や減衰比の評価実験や関連する数値計算において，実験のばらつきや再現性が問題となることがしばしばあった．この要因を明らかにし，精度の高い減衰評価を行うためには，追加実験が必要と考えている．
この追実験に係る実験消耗品のための予算並びに，成果発表（論文公表）のための予算として，次年度に繰り越すこととした．
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