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ショックアブソーバの選定（吸収エネルギー・等価質量・時間あたりのエネルギー）

衝突の形（水平・下降・上昇のシリンダ駆動、コンベア、自由落下、揺動）ごとに、運動エネルギーと推力エネルギーから吸収エネルギー・等価質量・1 時間（1 分）あたりのエネルギーを求めます。カタログの最大吸収エネルギー・最大等価質量・時間あたりの最大エネルギー・最大使用頻度を入れると判定します。

入力

m v S
求めたいもの

吸収エネルギー・等価質量・時間あたりのエネルギーを求めます。

ぶつかる物がどう動かされているか。推力・重さがストロークの間もかかり続けると、そのエネルギーも吸収します。

ぶつかる側の動く部分すべての質量。例：15 kg

ぶつかる瞬間の速度。エアシリンダでは平均の速度より速いことが多く、出典は実測、または平均の速度の 1.5〜2 倍を目安にしています。例：0.2 m/s

ストロークの間も押し続ける推力（理論の推力 = 受圧面積 × 使用圧力。エアシリンダの推力の計算で求められます）。例：φ32・0.5 MPa → 402 N

コンベアと荷の間の動摩擦係数。荷を押す力は μ·m·g です。例：0.4

落ち始めからショックアブソーバに当たるまでの高さ。例：100 mm

回転の中心まわりの慣性モーメント（慣性モーメントの計算で求められます）。例：125.5 kg·m²

当たる瞬間の角速度。例：1.8 rad/s

ショックアブソーバが当たる点までの半径。メーカーの最小の設置半径以上にします。例：1.25 m

ストロークの間もかかり続けるトルク（ないときは 0）。例：68.6 N·m

仮に選んだ機種のカタログの吸収ストローク。推力・重さのエネルギーはこのストロークの間にかかります。例：12 mm

1 分あたりに当たる回数。入れると 1 時間・1 分あたりのエネルギーを求めます。時間あたりの最大エネルギーか最大使用頻度を入れたときは必須。例：20 回/min

機種のカタログの値。入れると吸収エネルギーと比べます。例：16.6 J

機種のカタログの等価質量の上限（衝突速度で変わるときは、この衝突速度での値）。例：264 kg

カタログの 1 時間（または 1 分）あたりの吸収エネルギーの上限。単位を合わせて入れます。例：33,000 J/h

カタログの 1 分あたりの最大の使用回数。例：60 回/min

結果

計算すると、ここに結果を図で示します。

入力すると、ここに結果が出ます。

参考

  • University Physics Volume 1「10.4 Moment of Inertia and Rotational Kinetic Energy」・OpenStax（ライス大学）・並進の運動エネルギー ½mv² と回転の運動エネルギー ½Iω²（Table 10.4）・資料を開く
    運動エネルギーの部分だけで、推力のエネルギーや機種選定は載っていません。
  • オイル式ショックアブソーバ −概要−・ミスミ・2-409 選定手順・選定計算例 6 つ・資料を開く

参考先は MechOwl が独自に選んだもので、参考先が推奨・保証するものではありません。

解説

ショックアブソーバは、ぶつかる物の運動エネルギーに加えて、ストロークの間も押し続ける推力・重さ・トルクのエネルギー（推力エネルギー）も吸収します。合計の吸収エネルギー E を、推力のない衝突に置き換えたときの質量が等価質量 Me = 2E/v² です。機種は、1 回の吸収エネルギーが最大吸収エネルギー以下、等価質量がその衝突速度での最大等価質量以下、使用頻度と時間あたりのエネルギーがカタログの範囲内であることで選びます。

使い方

衝突の形を選び、質量・衝突速度（揺動は慣性モーメント・角速度・半径・トルク、自由落下は高さ）と、推力や摩擦係数、仮に選んだ機種のストロークを入れます。使用頻度を入れると時間あたりのエネルギーを出します。その機種のカタログの最大吸収エネルギー・最大等価質量・時間あたりの最大エネルギー・最大使用頻度を入れると判定します。ストロークは機種で決まるので、機種を変えたらストロークも変えて計算し直します。

例題（手計算）

  1. 例題 1：単純水平衝突・25 kg・0.6 m/s・30 回/min（出典の計算例）

    MISUMI 2-409 の純慣性衝突の例。E₁ = ½ × 25 × 0.6² = 4.5 J、E₂ = 0、E = 4.5 J、Me = 2 × 4.5 / 0.6² = 25 kg、1 分あたり 4.5 × 30 = 135 J/min（出典 135 J/min）、1 時間あたり 8,100 J/h。定格が未入力なので「必要性能のみ算出」。

  2. 例題 2：シリンダ駆動（水平）・15 kg・0.2 m/s・φ32 0.5 MPa（402.1 N）・12 mm・20 回/min・定格 16.6 J／264 kg／33,000 J/h（出典の選定例）

    SMC RB-OEM カタログの選定例（RB-LROEM0.35M を仮選定、ストローク 12 mm）。推力 = π/4 × 32² × 0.5 = 402.1 N。E₁ = ½ × 15 × 0.2² = 0.3 J、E₂ = 402.1 × 0.012 = 4.825 J（出典 4.82 J）、E = 5.125 J（出典 5.12 J）、Me = 2 × 5.125 / 0.2² = 256.3 kg（出典 256 kg）、1 時間あたり 5.125 × 20 × 60 = 6,151 J/h（出典は 5.12 × 20 × 60 = 6,144）。定格は同じカタログの値（最大吸収エネルギー 16.6 J、0.2 m/s での等価質量の上限 264 kg、33,000 J/h）で、すべて以下なので「入力条件内で条件を満たす」。

  3. 例題 3：シリンダ駆動（下降）・15 kg・0.2 m/s・245.4 N・12 mm・10 回/min（出典の計算例）

    MISUMI 2-409 のシリンダ下降時のソフト停止の例（再計算の S = 12 mm）。E₁ = 0.3 J、E₂ = (245.4 + 15 × 9.80665) × 0.012 = 4.710 J（出典 4.71 J、g 9.8）、E = 5.010 J（出典 5.01 J）、Me = 2 × 5.010 / 0.2² = 250.5 kg（出典 250 kg）、1 分あたり 5.010 × 10 = 50.10 J/min（出典 50.1 J/min）。

  4. 例題 4：揺動・125.5 kg·m²・1.8 rad/s・1.25 m・68.6 N·m・50 mm・6 回/min（出典の計算例）

    MISUMI 2-409 のトルクが加わる水平回転衝突の例。v = 1.25 × 1.8 = 2.25 m/s、E₁ = ½ × 125.5 × 1.8² = 203.31 J、E₂ = 68.6 / 1.25 × 0.05 = 2.744 J（出典 2.74 J）、E = 206.05 J、Me = 2 × 206.05 / 2.25² = 81.40 kg（出典 81.4 kg）、1 分あたり 206.05 × 6 = 1,236.3 J/min。

  5. 例題 5：自由落下・2 kg・100 mm・10 mm（入力は自前の値）

    入力は出典のものでなく自前の値（式は SMC の自由落下衝突）。v = √(2 × 9.80665 × 0.1) = 1.4005 m/s、E₁ = 2 × 9.80665 × 0.1 = 1.9613 J、E₂ = 2 × 9.80665 × 0.01 = 0.19613 J、E = 2.1575 J、Me = 2 × 2.1575 / 1.4005² = 2.2 kg（= m·(h + S)/h）。

  6. 例題 6：単純水平衝突・25 kg・0.6 m/s・最大吸収エネルギーがちょうど 4.5 J

    E = ½ × 25 × 0.6² = 4.5 J が最大吸収エネルギー 4.5 J（自前の値）ちょうど。上限ちょうどは含むので「入力条件内で条件を満たす」（出典は 20〜40 % の余裕を勧めている。余裕は 1.00 と出る）。

  7. 例題 7：シリンダ駆動（下降）・最大等価質量 200 kg（不足）

    下降の例と同じ条件で、定格は自前の値。E = 5.010 J ≤ 20 J だが、Me = 250.5 kg ＞ 200 kg なので「入力条件内で不足」。

  8. 例題 8：シリンダ駆動（上昇）・10 kg・0.1 m/s・推力 50 N・50 mm（推力が重さ以下：適用範囲外）

    E₁ = ½ × 10 × 0.1² = 0.05 J、E₂ = (50 − 10 × 9.80665) × 0.05 = −2.403 J、推力 50 N が重さ 98.07 N 以下なので「適用範囲外」（AI の見直しの第1回の指摘で、推力 ≦ 重さ の全体を適用範囲外にした。実際の吸収は式の値より大きくなりうる）。

よくある間違い

  • 運動エネルギーだけで選ぶ：シリンダで押し続けるときは、推力 × ストロークのエネルギーの方が大きいことがよくあります。
  • 平均の速度を衝突速度にする：エアシリンダはストロークの終わりで速くなることが多く、出典は実測か平均の速度の 1.5〜2 倍を目安にしています。
  • 下降で重さの分を忘れる：下降の推力エネルギーは F·S に m·g·S を足します。
  • 最大等価質量を速度によらない値と考える：カタログでは衝突速度ごとに上限が変わることがあります。この衝突速度での値と比べます。

よくある質問

余裕はどれくらい見るか。
出典（ミスミ）は、使ううちに吸収の能力が落ちることを見込み、最大吸収エネルギーに対して 20〜40 % 以上の余裕を勧めています。このページは入れた定格とそのまま比べ、余裕は数で出します。
吸収エネルギーがとても小さいときは。
出典（SMC）は、衝突エネルギーが最大吸収エネルギーの 5 % より小さいときは、ひとクラス下の機種を勧めています（ショックが取り切れないことがあるため、機種のカタログで確かめます）。

適用範囲

一定の推力・重さ・トルクがかかる直線・自由落下・揺動の衝突で、1 本のショックアブソーバが吸収するエネルギー・等価質量・時間あたりのエネルギーと、入れたカタログの定格との比較。

この計算で扱わないこと：

  • 衝突速度の範囲・最大推進力・周囲温度・取付けの偏角（機種のカタログで確かめる）
  • 複数本を並べて使うときの分担
  • 斜面の上の衝突、位置で変わる推力（ばね・シリンダの背圧の変化）
  • 抗力・減速度の時間の変化（吸収特性・オリフィスの形の選び方）
  • ゴム・ばね・エアのクッションによる緩衝

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