静荷重と動荷重の違い【機械設計的解説】

皆さんは荷重に種類があることをご存じでしょうか。

荷重には静荷重と動荷重の2種類があり、両方を考慮して設計することが必要になります。

今回は静荷重と動荷重の違いについて解説していきたいと思います。

静荷重

静荷重とは、時間によって大きさが変わらない荷重のことを指します。

例えば、重力は代表的な静荷重になります。

他にもばねやゴムなどを押しつぶしたときに受ける反力も静荷重に含まれます。

設計での静荷重

時間によって荷重が変わらないため、計算や解析によって予測しやすいです。

重力による自重だけでなく、他の部品を乗せた時に受ける荷重の検討にも用いられます。

動荷重

動荷重とは、時間によって大きさが変わる荷重のことを指しています。

静荷重と異なり、動荷重には大きく3種類に分かれます。

インパルス荷重

インパルス荷重とは、瞬間的に発生する荷重のことを指します。

別名衝撃荷重と言われることもあります。

具体的には、装置を落下させたときにかかる荷重や、人や車がぶつかったときの荷重が例になります。

荷重を数式で表すと以下のようになります。

ステップ荷重

ステップ荷重は瞬間的に荷重がかかり、そのまま荷重がかかり続ける状態の荷重になります。

インパルス荷重から静荷重に移行するまでの期間を表しています。

具体例としては、扉が閉まる瞬間から閉まった後の状態が挙げられます。

数式で表すと以下のようになります。

繰り返し荷重

繰り返し荷重とは、名前の通り荷重がかかった状態とかからない状態が交互に繰り返される荷重のことを指します。

何回も周期的に荷重がかかることが想定される場合に用いられます。

具体的には、地震などの振動による荷重が挙げられます。

繰り返しの周期や荷重のかけ方にもよりますが、代表的なものを数式で表すと以下のようになります。

設計での動荷重

動荷重は静荷重と異なり、想定することが難しいです。

3Dモデルを用いたシミュレーションを使用して予測していますが、少し衝撃荷重の角度が違っただけで破損してしまう、ということもあり得ます。

そのため、静荷重の場合より大きめの安全率に設定して検討を行っています。

まとめ

いかがだったでしょうか。

今回は静荷重と動荷重について解説してきました。

まとめると以下のようになります。