強度計算:サンプルケースの厚み変更における重さと強度検討。

サンプルショーケースの強度検討アイキャッチ画像

AtomicWorks合同会社の基本技術は機構・筐体など機械設計がベースです。
過去弊社が行った強度検討です。

強度検討資料

現状、5mm厚のアクリル板を使用したサンプルショーケースが持ち運びに重く
「もっと軽く出来ないでしょうか?」
というお客様の相談がありました。

軽くするのに有効なのが板厚変更です。
薄くすれば軽くなりますが、強度は下がってしまいます。
そこで板厚変更するにあたりサンプルショーケースの重さと強度を検討することにしました。

検討方法

サンプルショーケースの強度検討ヘッダー画像
サンプルショーケースのアクリル板の厚さは表.1によります。
表.1厚さの組合せ

ケース t 透明パネル t
現状 5.0 5.0
提案1 3.0 3.0
提案2 2.0 2.0
参考 アルミ2.0 アクリル2.0

※標準厚はアクリルで2.0、3.0、5.0アルミで1.5、2.0であるため上記の表の通りとした。

  • 単純モデルにてセットの重さを算出する。
  • たわみ量を1mmとし両端支持梁中心集中荷重として算出

検討結果

1.重さ
アクリルは、一般的な比重1.1~1.2の上限で計算した。
表1の組合せのセット重さは表2の通りである。
表2重さ計算値

重さ(kg)
現状 2.58
提案1 1.58
提案2 1.07
参考 1.82

2強度の検討
耐荷重は次の式より求められる。

P= 48 σ E I / L3

P:耐荷重(N)

σ:たわみ量(mm)

E:ヤング率(N/㎟)

I:断面二次モーメント(mm4)

両端支持梁中心集中荷重イメージ
たわみ量σを仮に1.0mmとして耐荷重を算出する。
表3ヤング率E

材質 ヤング率 E
アクリル 3000
アルミ 70600

ケースを中心で切った時の断面イメージ
U型形状の断面二次モーメントは次の通りである。
表4断面二次モーメント I

断面二次モーメント I(mm^4)
現状 36579.72
提案1 23608.36
提案2 16481.13
参考 16481.13

3重さと強度検討結果
重さと強度検討結果は表5の通りである。
表5重さと強度計算結果

ケース t 透明パネル t 重さ(kg) 耐荷重(N)
現状 5.0 5.0 2.58 112.90
提案1 3.0 3.0 1.58 70.49
提案2 2.0 2.0 1.07 48.41
参考 アルミ2.0 アクリル2.0 1.82 1139.17

考察

ケースの中に格納するサンプルの重さをケースの大きさより推察するとケースの変形(たわみ量σ=1.0以下と考えれば)必要以上に頑丈と思われる。

ケース重さ約2.5kg+サンプル重さ約11.5kg=13.5kg

結論

ケースの中に格納するサンプルの重さ次第であるがもしサンプルの合計重量が6.0kg以下であれば板厚は3.0以下でも可能と考えます。

アクリルt3.0mmの耐荷重70.49(N) (約7.19kg)

約6.0kg x1.2(安全率)=約7.19kg

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