三重大学ウェブシラバス


シラバス表示

 シラバスの詳細な内容を表示します。

→ シラバスの一覧にもどる

シラバス基本情報

開講年度 2008 年度
授業科目名称 機械設計
よみがな きかいせっけい
英語表記 Design Engineering
対象学生・科目区分 工学部機械工学科・専門教育・・3年次
開講学期・単位数等 前期・選択科目・2単位
開放科目 開放しない
担当教員 鈴木実平(工学部機械工学科)

授業内容・授業計画

授業形態 講義
キーワード・テーマ JABEE基本キーワード:材料の強度と許容応力、設計法
授業の目的・概要 設計とは、仮定を”設”けて現実を”計”ることである。優れた機械を全体設計するためには、あらゆる状況を想定して機械工学の全分野の知識を動員して行わなければならず、豊富な経験が必要である。豊富な経験を持つ設計者に成る第一歩として、機械を構成する基本的な共通部品(機械要素)の設計について、強度設計、精度設計、信頼性設計という3つの観点から設計法の基礎を学習する。
  
学生の到達目標 ねじ,軸,軸受,歯車などの機械要素の基礎的な設計方法を身に着ける.
受講要件 特に無し.
予め履修が望ましい科目 基礎教育科目になっている数学や力学が基礎であるが、強度設計に関しては材料力学及び演習、機械運動学が密接に関連する。複雑形状の部品設計や機械振動などが主要な問題となる設計では計算機援用工学、機械力学及び演習が重要になる。
 機械要素の大部分は金属製品であるから、設計には機械材料学及び演習、金属材料学で学ぶ材料の破壊強度やその他の特性に関する知識が要求される。また機械要素は機械加工されるものが多いため、それらの精度や信頼性を理解するためには機械加工学で学ぶ加工に関する知識が必要とされる。
教科書、参考書 参考書: 機械設計(吉本勇、丸善)、機械要素(吉本勇、丸善)、機械設計製図便覧(大西清、理工学社)、
成績評価方法と基準 期末試験(100点満点)得点の1/10の値の小数点以下を四捨五入して成績評価とする.
ただし,出席およびレポート提出を期末試験受験の条件とする.
オフィスアワー 毎週火曜日10:30~13:00 2412室(機械棟4階)
E-mailによる質問も受け付けます.jsuzuki@mach.mie-u.ac.jp
授業改善への工夫
教育方法の工夫: 講義で取り上げるテーマを限定して、学生諸君が充分理解し、知識を消化できるように努める。ただし、設計者の優劣は機械要素全体に関する知識量によって左右される面も強いから、調査型課題にも十分な時間を使い、学生諸君自身が社会へ出て設計者として活動する時に、出発点を一歩でも進めておくことを期待する。
これまでの改善点: プリントを配布して学生諸君が様々な機械要素の名称や形状に触れるように努めているが、さらに調査型課題の達成によって機械要素の特徴や使用方法などにも知識を拡げていくことを期待する。
 学生諸君が機械設計を身近に感じ,興味を持つように幾つかの実例を取り入れる.
その他 「考える力」=100%
授業計画・学習の内容と課題
学習内容 学習課題(予習・復習)
第1週 機械設計の流れ
  古くは「親方」から「弟子」に伝授するという形で、人類が蓄積してきた設計に関する豊富な経験を次代に継承してきた。近代になって機械文明が高度に複雑化した結果、個人的な活動だけでは設計技術を継承できなくなり、技術者が集団となって設計を担う時代に至っている。これらの経緯と将来的な展望について述べる。
第2週 機械要素の種類と分類
  システムおよびアイテムという用語は理解できたようでいて、厳密には定義しにくい言葉である。これらの用語に対する概念を形成するために、機械要素(アイテム)を大分類することを試みる。また調査型課題の全体について説明する。
第3週 伝達動力の復習
  軸、歯車などの回転運動を使ったエネルギーの伝達として、動力(仕事率)、回転数、回転トルクなどの力学的概念を復習する。
第4週 ねじの規格と設計
  締結用機械要素の代表例としてねじについて解説する。締結用ねじは部品の確実な固定と同時に取り外すことも考慮された機械要素であり、ねじ自体の部品交換に際して規格化が強く望まれた。
 ねじの規格について解説し、ねじの太さや長さを決定する初歩的な方法を例にして許容応力や安全率の概念を述べる。
第5週 ねじ締結体
  ねじを使って他の部品を締め付けている状況をねじ締結体と呼ぶ。ねじ自体には引張り力が作用し、部品には圧縮力が作用する。このねじ締結体にさらに外力が作用すると各部に作用していた力が変化する。繰り返し荷重が作用するねじ固定部や密閉が要求されるフランジ部品の固定などの使用状況では、ねじ単独の強度設計では不足であることを説明し、内力係数について解説する。
第6週 軸の設計
  軸は回転を利用した機械機構には必須の機械要素である。軸の設計では軸に課せられた役割によって設計基準が異なることを説明し、強度基準の設計の他にたわみやねじれに基づく設計を紹介する。また軸を例にして機械設計や機械要素の規格に用いられている標準数について述べる。
第7週 歯車の設計
  歯車は2本の軸の間で動力を確実に伝達できる機械要素である。使用目的に応じて製造されている各種の歯車を解説する。円滑な機械の運転には歯車が等角速度比で回転運動を伝達しなければならない。歯車の歯は個々に独立しているから、歯形に特別な形状を用いる必要がある。現在最も一般的なインボリュート曲線がその特性を持つことを解説する。
第8週 精度設計と信頼性設計の基礎
  実際の部品には寸法や形状のばらつきや強度のばらつきが存在する。これらのばらつきの程度を定量的に把握し、設計に反映させるための基礎として、統計・確率論の初歩を概説する。離散型分布および連続型分布のn次モーメントを定義し、1次モーメントが分布の平均値であり、1次と2次のモーメントから分布の分散が求められることを説明する。また、二つの分布の和や差の分布を推定する平均値や分散の法則、チェビシェフの定理、マルコフの定理について述べる。
  上の理論は一般の確率密度分布に対して成立する。実際的には分布を正規分布(ガウス分布)と考えることが多い。正規分布の性質、正規分布の計算方法(確率積分表の使い方)を説明する。
第9週 寸法公差、はめあい、幾何公差
  各種の公差の意義を解説し、簡単な例について動的公差線図を用いて考察する。
第10週 信頼性設計1
  アイテムの信頼度(定性的な概念である信頼性を基準を定めて定量化した値)がシステム全体の信頼度におよぼす影響について解説する。
第11週 信頼性設計2
  ワイブル分布について解説し、玉軸受の寿命試験結果を例にして、実際に故障の確率密度関数を求める。対数計算、指数計算のできる電卓を各自準備すること。
第12週 転がり軸受の設計
  回転軸を支える軸受の種類を紹介し、転がり軸受の仕様書に示されている各種の定格荷重や等価荷重の意味と利用方法を解説する。
第13週 すべり軸受
  すべり軸受の初歩を概説し、軸受材料に求められる特徴について解説する。
第14週 特別な環境下での材料強度
  繰り返し負荷によって材料は疲労破壊を生じる。疲労破壊の実験には長時間を要し、また繰り返し負荷の形態は様々であるため、実際の使用状況に応じた材料実験値は得られないことが多い。このような場合の疲労強度を、完全両振りの疲労試験と引張試験との結果から推定する方法として、ゾーダーベルク線図を説明する。
  また高温下で機械装置を運転する場合に問題となるクリープ特性や材質変化を解説し、特殊環境下における設計の問題点を指摘する。
第15週 定期試験
ネジ、軸、軸受、歯車などの最も基本的な機械要素については、数多くの形式や大きさの要素が規格化されており、設計者はそれら既存の機械要素を有効に利用することが要求される。有効利用のためには一つでも多くの機械要素の知識が必要である。講義でこれらの機械要素の各論を網羅することは困難なため、調査型課題として学生諸君の努力を望む。課題の具体的内容については講義時に指示する.

Copyright (c) Mie University