天アキ25mm

4 編 機械要素・トライボロジー
企画・編集

執 筆 者

有 浦 泰

常久 保 愛 三

田 中 裕 久

田 中 正

人

平 田 昌

邦

舟 橋 宏 明森 脇 一 郎

山 本 隆

司

赤 堀 広

文

赤 松 良 信足 立 幸 志

荒 牧 宏

敏

有 浦 泰

常

井 上 知 昭岩 井 善 郎

岩 渕

明

内 山

弘

梅 澤 栄 記大 塚 二 郎

大 前 伸夫

大 山 忠夫

岡 田 勝 蔵岡 田 美津雄

岡 本裕

小 澤豊

小 田哲

小 野 京 右小 野 茂之小 野肇

加賀谷 峰 夫

笠 原 又 一梶 谷 郊

二加 藤 康司

加 藤 昭 悟加 藤 正 名兼 田宏

金 平誠

金 光 陽 一川久保 洋 一川 邑 正男

菅 野 隆

夫

吉 柳 健 二久 納 孝 彦

久 保 愛

三

熊 田 喜

生

小 西徹

小 山 富 夫

坂 本亨

笹 島 和

幸

笹 原 政 勝佐 藤 恭 一

篠 田 博

行

志 摩 政

幸

清 水 茂 夫

白 井 武 樹杉 村 丈

一杉 本 浩一関 口勇滝晨 彦

瀧 口 雅章

竹 内 彰

敏

竹 内澄

竹 島 茂 樹

田 中 章

浩

田 中 直

行

田 中 裕 久田 中 正 人

中 原 綱

光

中 村 研

八

永 村 和 照

西 坂

野呂瀬

進

橋 本

巨畑

一 志

服 部 敏 雄濵 谷 安道林

強洋次

原 田 正 躬平 田 昌 邦広 中 清一郎北 條 春夫

堀切川 一 男

堀 江 三喜男

松 本

將

丸 山 一

男

三 科 博 司水 谷 嘉 之三 留 謙

一三 宅 正二郎

宮 崎 旭 史宮 本森淳

暢森之森 田 信 義

森 脇 一 郎矢 田 恒二矢 部

寛山 本 康 一

山 本 隆 司山 本 雄

二吉 江 耕也

吉 岡 武 雄

吉 田

吉 野 英

弘

渡 辺 真太郎

渡 辺 誠 一綿 貫 啓 一誠

目明

彰次

機械設計と機械要素・トライボロジー
機械研究の歴史と機械要素 …………………………1

機械の設計と設計者の心構え ………………………1

機械を取り巻く学問 …………………………………1

展望 ……………………………………………………2

ii

第部

目

次機械

要素第 1 章 機械の機能と機械要素
1・1 機械の構造と機械要素 ………………………5
1・2 機械要素の機能 ………………………………5

1・3 機械要素への要求 ……………………………6第 2章 締 結 要 素
2・1 ねじ ……………………………………………82・1・1 ねじの用途………………………………82・1・2 ねじに関するおもな用語とその意

2・5・1 溶接継手 ………………………………20
2・5・2 接着継手 ………………………………21

味…………………………………………82・6 リベット………………………………………23
2・6・1 リベットの種類 ………………………23

2・1・3 ねじの力学………………………………82・6・2 リベット継手の種類 …………………23

2・1・4 トルク法によるねじの締付け ………102・6・3 リベット継手の設計 …………………232・1・5 ねじの緩み ……………………………112・7 焼きばめ，冷やしばめ………………………252・7・1 締結力 …………………………………252・1・6 ねじの強度設計 ………………………122・1・7 ねじ締結体の強度設計 ………………132・7・2 締結体の強度 …………………………262・1・8 ねじの強度区分 ………………………142・8 スナップフィット……………………………262・8・1 スナップフィット ……………………262・2 キー，スプライン……………………………142・2・1 キー ……………………………………142・8・2 スナップフィットの利点 ……………262・2・2 スプライン ……………………………162・8・3 スナップフィットの材質 ……………27

2・3 止め輪…………………………………………172・4 ピン，コッタ…………………………………192・8・4 スナップフィットの形状 ……………272・4・1 ピン ……………………………………19

2・8・5 スナップフィットの分類 ……………27
2・8・6 スナップフィット形状設計の要領

2・4・2 コッタ …………………………………20…………………………………………28

2・5 溶接継手，接着継手…………………………20

2・8・7 スナップフィットの形状設計 ………29

第 3章 軸・軸受要素
3・1 軸………………………………………………31
3・1・1 軸の材料 ………………………………31

3・3・2 回転用転がり軸受 ……………………48

3・1・2 軸の応力 ………………………………31

3・4 案内……………………………………………54
3・4・1 滑り案内 ………………………………54

3・1・3 軸の変形 ………………………………31

3・3・3 直動玉軸受 ……………………………52

3・1・4 軸の設計式 ……………………………31

3・4・2 転がり案内 ……………………………55

3・1・5 キー溝付き軸の設計 …………………33
3・1・6 軸の危険速度 …………………………33

3・5 シール…………………………………………57
3・5・1 シールの種類と選択 …………………57

3・1・7 各種の軸 ………………………………34

3・5・2 静止シール ……………………………57

3・2 滑り軸受………………………………………36
3・2・1 滑り軸受の種類と選定 ………………363・5・3 接触式運動用シール …………………573・2・2 静荷重用動圧滑り軸受 ………………363・2・3 動荷重用動圧滑り軸受 ………………413・6 軸継手…………………………………………673・6・1 軸継手の種類 …………………………673・2・4 静圧軸受 ………………………………433・6・2 フランジ形固定軸継手 ………………673・2・5 気体軸受 ………………………………443・6・3 フランジ形たわみ軸継手 ……………683・2・6 磁気軸受 ………………………………453・6・4 オールダム軸継手 ……………………683・2・7 そのほかの軸受 ………………………463・6・5 歯車形軸継手 …………………………68

3・3 転がり軸受……………………………………48
3・3・1 転がり軸受の種類と選択 ……………48

3・6・6 ローラチェーン軸継手 ………………68

3・5・4 非接触式シール ………………………65

3・6・7 ゴム軸継手 ……………………………69

天アキ
25mm
目

次iii

3・6・8 金属ばね軸継手 ………………………69

3・6・11 こま形自在軸継手……………………70

3・6・9 摩擦締結軸継手 ………………………69

3・6・12 等速形自在軸継手……………………70

3・6・10 フック形自在軸継手…………………69

第 4章 伝 動 要 素
4・1 歯車……………………………………………72
4・1・1 歯車の種類 ……………………………72

4・5・3 乾式複合ベルトテンションドライ4・1・2 インボリュート円筒歯車 ……………72

4・5・4 スチールベルトコンプレッション

ブ………………………………………104

4・1・3 かさ歯車，ハイポイドギヤ …………78

ドライブ………………………………104

4・1・4 ウォームギヤ …………………………79

4・5・5 トラクションドライブ………………105

4・1・5 その他の歯車 …………………………81

4・6 トラクションドライブ式変速機 …………107
4・6・1 遊星ローラ変速機……………………107

4・2 歯車伝動装置…………………………………82
4・2・1 平行軸歯車装置 ………………………82
4・2・2 遊星歯車装置 …………………………89

4・6・2 ウェッジローラ減速機………………107

4・2・3 かさ歯車装置 …………………………91

4・7 ねじ伝動装置 ………………………………1084・7・1 送りねじの一般的特徴………………1084・2・4 ウォーム減速装置 ……………………924・7・2 各種ねじ伝動装置……………………1084・2・5 内接式遊星歯車減速機 ………………934・2・6 波動歯車装置 …………………………944・8 クラッチ ……………………………………1104・8・1 クラッチの種類………………………1104・2・7 歯車装置の潤滑 ………………………944・8・2 かみあいクラッチ……………………1114・3 ベルト伝動装置………………………………954・3・1 平ベルト伝動 …………………………964・8・3 摩擦クラッチ…………………………1114・3・2 V ベルト伝動 …………………………974・3・3 歯付ベルト伝動 ………………………994・9 ブレーキ ……………………………………114
4・9・1 ブレーキの種類………………………114

4・3・4 そのほかのベルトによる伝動………1014・9・2 摩擦ブレーキ…………………………114

4・4 チェーン伝動装置 …………………………1014・4・1 ローラチェーン伝動…………………101

4・9・3 そのほかの制動装置…………………1154・4・2 サイレントチェーン伝動……………104

4・8・4 自動クラッチ…………………………1134・10 フライホイール……………………………116
4・10・1 フライホイールの機能 ……………1164・5 機械式無段変速機 …………………………104
4・5・1 エラストマベルトテンションドラ

4・10・2 エネルギー貯蔵用フライホイー

イブ……………………………………104

4・10・3 回転軸系の平滑化に用いるフラ4・5・2 チェーンテンションドライブ………104ル ……………………………………116イホイール …………………………116
4・10・4 フライホールの強度 ………………117

第 5章 運動変換要素
5・1 リンク機構 …………………………………1195・1・1 リンク機構の構成……………………1195・2・5 カムの設計と加工……………………127

5・1・2 剛体の運動の表現……………………119…………………………………………129

5・1・3 剛体の速度と加速度…………………119
5・1・4 機構の解析……………………………1205・3 間欠運動機構 ………………………………129
5・3・1 間欠運動の概要………………………129

5・1・5 機構の総合……………………………122

5・3・2 ゼネバ機構……………………………1295・2 カム機構 ……………………………………123
5・2・1 カム概説………………………………123

5・3・3 間欠歯車装置…………………………130

5・2・2 カムの種類と用途……………………123

5・3・5 つめ車…………………………………131

5・2・3 カム曲線………………………………123

5・3・6 リンクによる間欠運動装置…………131

5・2・4 カムの特性値とその計算……………126

5・4 不等速比歯車 ………………………………132

5・2・6 動特性を考慮したカム機構の設計

5・3・4 カムによる間欠運動装置……………130

第 6 章 緩衝・制振要素
6・1 ばね …………………………………………133

6・2 緩衝器およびダンパ ………………………135

目iv

次6・2・1 緩衝器とダンパの機能………………135

6・2・5 油圧ダンパ……………………………136

6・2・2 油圧緩衝器……………………………135

6・2・6 粘性ダンパ……………………………136

6・2・3 摩擦緩衝器……………………………136

6・2・7 摩擦ダンパ……………………………137

6・2・4 ばね緩衝器……………………………136

6・2・8 電磁ダンパ……………………………137

第 7章 配 管 要 素
7・1 管と配管 ……………………………………138
7・1・1 管の種類………………………………138

7・2・3 メカニカル式管継手（くい込み式，パッキン式）……………………139

7・1・2 鋼管の外径寸法と肉厚………………139

7・2・4 フランジ式管継手……………………140

7・1・3 配管……………………………………139

7・3 弁およびコック ……………………………140
7・3・1 弁の種類………………………………140

7・2 管継手 ………………………………………139
7・2・1 管継手の種類…………………………139
7・2・2 ねじ込み式管継手……………………139

第部

7・3・2 弁の材質………………………………141
7・4 超高圧用配管と弁 …………………………142

トライボロジー

第 1 章 トライボロジーの基礎
1・1 接触面の機能と発生する事象 ……………143
1・1・1 接触面の機能…………………………143

1・4・1 レイノルズ方程式……………………150

1・1・2 接触面の特徴…………………………143論………………………………………151

1・1・3 固体接触………………………………143

1・4・2 動圧ジャーナル軸受の流体潤滑理
1・4・3 動圧スラスト軸受の流体潤滑理論

1・1・4 摩擦と表面損傷………………………143…………………………………………153

1・1・5 潤滑と潤滑モード……………………143

1・4・4 静圧軸受の流体潤滑理論……………154

1・2 トライボ設計 ………………………………144
1・2・1 トライボ設計と潤滑モード…………144

1・4・5 気体軸受の流体潤滑理論……………155

1・2・2 設計項目と設計ツール………………144

1・4・7 熱流体潤滑理論………………………158

1・2・3 流体潤滑モードにおけるトライボ

1・4・8 弾性流体潤滑理論……………………160

設計……………………………………144

1・4・6 乱流流体潤滑理論……………………157

1・4・9 表面粗さを考慮した流体潤滑理論

1・2・4 そのほかの潤滑モードにおけるトライボ設計……………………………145
1・3 固体接触論 …………………………………145
1・3・1 表面形状モデル………………………145…………………………………………160
1・5 混合潤滑，境界潤滑 ………………………162
1・5・1 潤滑モード……………………………162
1・5・2 接触モデル……………………………162

1・3・2 ヘルツ接触モデル……………………145

1・5・3 境界膜…………………………………162

1・3・3 粗面の接触モデル……………………147

1・5・4 有機吸着分子膜のレオロジー特性

1・3・4 固体摩擦理論…………………………148…………………………………………163

1・3・5 摩耗理論………………………………149

1・5・5 境界潤滑理論…………………………163

1・3・6 摩擦面温度上昇………………………150

1・5・6 混合潤滑理論…………………………163

1・4 流体潤滑 ……………………………………150

第 2章 潤滑剤2・1 潤滑剤の種類と選択 ………………………165
2・1・1 潤滑剤の種類…………………………165

2・3 グリース ……………………………………171
2・3・1 グリースの組成と性能………………171

2・1・2 潤滑剤の性能と選定基準……………165

2・3・2 グリースの種類と用途………………172

2・2 潤滑油 ………………………………………166
2・2・1 種類と特徴……………………………166

2・4 固体潤滑剤 …………………………………172
2・4・1 固体潤滑剤の種類と特徴……………172

2・2・2 用途別潤滑油…………………………167

2・4・2 固体潤滑剤の使用例…………………173

天アキ
25mm
目

次v

2・5 潤滑法 ………………………………………174
2・5・1 潤滑の目的と潤滑法…………………1742・6・2 強制循環給油装置……………………177

2・5・2 油潤滑法と潤滑系……………………174
2・5・3 グリース潤滑と潤滑系………………174

2・7 潤滑管理 ……………………………………180
2・7・1 異常の検出……………………………180

2・5・4 固体潤滑と潤滑系……………………175

2・7・2 潤滑系の管理とメンテナンス………181

2・6 潤滑装置 ……………………………………176
2・6・1 集中潤滑装置…………………………176

2・7・3 潤滑油の劣化と診断…………………181

2・6・3 噴霧給油装置…………………………179

2・7・4 グリースの劣化と診断法……………182

第 3章 表 面 損 傷
3・1 損傷の種類 …………………………………184
3・1・1 摩耗……………………………………184

3・3・3 臨界摩擦損失，臨界摩擦損失密度
条件……………………………………188

3・1・2 焼付き…………………………………184

3・3・4 熱的不安定条件………………………188

3・1・3 疲労損傷………………………………184

3・4 疲労損傷 ……………………………………189
3・4・1 滑り接触における疲れ………………189

3・1・4 キャビテーションエロージョン……184
3・1・5 電食……………………………………184

3・4・2 転がり接触における疲れ……………190

3・1・6 そのほかの損傷………………………184

3・5 キャビテーションエロージョン …………192
3・5・1 軸受におけるキャビテーション……192

3・2 摩耗 …………………………………………184
3・2・1 凝着摩耗………………………………184

3・5・2 そのほかの機械要素におけるキャ3・2・2 アブレシブ摩耗………………………185

ビテーション…………………………192

3・2・3 腐食摩耗………………………………185

3・6 電食 …………………………………………192
3・6・1 軸受における電食……………………192

3・2・4 フレッチング…………………………186
3・2・5 摩耗の評価方法および摩耗遷移……187

3・6・2 そのほかの機械要素における電食

3・2・6 油潤滑下の摩耗………………………188…………………………………………193

3・3 焼付き ………………………………………188
3・3・1 臨界膜厚条件…………………………188

3・7 損傷の検出と診断 …………………………193
3・7・1 フェログラフィー……………………193

3・3・2 臨界温度条件…………………………188

3・7・2 非破壊検査……………………………194
3・7・3 故障予知技術…………………………194

第 4章 トライボ材料
4・1 トライボ材料の種類と選定 ………………196
4・1・1 トライボ材料の選定基準……………196

4・3 軟質材料 ……………………………………198
4・3・1 金属材料………………………………198

4・1・2 接触条件による選定…………………196

4・3・2 非金属材料……………………………198

4・1・3 使用環境による選定…………………197

4・4 表面処理 ……………………………………199
4・4・1 物理的表面処理………………………199

4・2 硬質材料 ……………………………………197
4・2・1 金属材料………………………………197
4・2・2 非金属材料……………………………198

4・4・2 化学的表面処理………………………199
4・4・3 そのほかの表面改質…………………200

第 5 章 マイクロトライボロジー
5・1 マイクロ/ナノトライボロジー……………201
5・2 極表面の物理・化学的同定 ………………201

5・3・3 ダイヤモンド表面の摩擦現象のシ

5・2・1 表面状態解析の必要性………………201

5・3・4 スティックスリップ現象のシミュ

5・2・2 物理的同定法…………………………202

ミュレーション………………………203
レーション……………………………203

5・2・3 化学的同定法…………………………202

5・3・5 固体間に挟まれた液体分子のパッ5・3 コンピュータシミュレーション …………202
5・3・1 分子動力学法…………………………202

5・3・6 せん断場における潤滑剤のシミュ

5・3・2 原子間力顕微鏡のシミュレーショ
ン………………………………………203

キング構造……………………………203
レーション……………………………203

目vi

第部

次機械要素設計の基礎と製図
第 1章

標準化とはめあい

1・1 標準化 ………………………………………205
1・1・1 工業規格………………………………205

1・2 寸法公差 ……………………………………205
1・3 はめあい ……………………………………206

1・1・2 標準数…………………………………205

第 2章 製 図 と 図 面
2・1 製図の目的と基本条件 ……………………208
2・1・1 製図の目的……………………………208
2・1・2 図面が具備しなければならない基2・5・4 寸法の許容限界記入方法……………217
2・6 幾何公差 ……………………………………218
2・6・1 形体とデータム………………………218

本要件…………………………………208

2・6・2 幾何公差の種類とその記号…………218

2・2 製図規格 ……………………………………2082・3 製図に用いる用紙，尺度，線および文2・6・3 幾何公差の図示法……………………218字 ……………………………………………2082・6・4 データム………………………………2192・6・5 幾何公差の適用を限定する図示方

2・3・1 製図用紙の大きさと様式……………208法………………………………………2202・3・2 製図に用いる尺度……………………2092・6・6 理論的に正確な寸法の図示方法……2202・3・3 製図に用いる線………………………2092・6・7 寸法と幾何特性の相互依存性………2202・3・4 製図に用いる文字……………………2092・7 表面性状 ……………………………………2212・7・1 表面性状の指示事項…………………2212・4 製図における図形の表し方 ………………2102・4・1 製図に用いる投影法…………………2102・4・2 投影図の表し方………………………2102・7・2 表面性状の図示方法…………………2212・4・3 図形の省略……………………………2102・8 ねじ，歯車，転がり軸受の図示法 ………2232・8・1 ねじ製図………………………………2232・4・4 断面図の示し方………………………2122・8・2 歯車製図………………………………2252・4・5 特別な図示法…………………………2132・8・3 ばね製図………………………………2252・5 寸法および寸法の許容限界の記入方法………………………………………………2142・8・4 転がり軸受製図………………………2272・5・1 寸法および寸法の許容限界…………2142・9 溶接部の図示法 ……………………………227
2・9・1 溶接記号………………………………227

2・5・2 寸法記入方法…………………………214

2・9・2 記号表示例……………………………228

2・5・3 特別な形体の寸法記入方法…………215

第 3 章 機械材料の標準形状と素材例
3・1 機械材料の標準形状 ………………………229
3・2 鉄鋼材料 ……………………………………229

3・3 非鉄金属 ……………………………………230
3・3・1 非鉄金属記号の表し方………………230

3・2・1 炭素鋼と合金鋼………………………229

3・3・2 銅と銅合金……………………………231

3・2・2 ステンレス鋼…………………………229

3・3・3 アルミニウムとアルミニウム合金

3・2・3 軸受鋼，浸炭用鋼，耐熱鋼…………229…………………………………………232

3・2・4 鋳鉄……………………………………230

3・3・4 鉛と鉛合金……………………………232

索引（日本語・英語）………………………………………………………………………………………………巻末