機構学とは動力源から発生した回転運動や直動運動を所望の運動に変換する仕掛を調べる学問である。授業では、そのうちでも基本的で多用されるインボリュート平歯車とリンク機構を主に学習する。
□設計仕様を満足するようなインボリュート平歯車の設計諸元を計算できる。
□遊星歯車を理解できて、減速比などを計算できる。
□リンクと対偶を理解できて，リンクの瞬間中心を作図できる。
□リンク上の点の速度を作図できる。
概要:
歯車は回転軸の回転数とトルクを所望のものに変換するための基本的な伝動機構である。授業では、設計仕様を満足するようなインボリュート平歯車の設計諸元を理解し計算できるようにする。一方、リンク機構はロボットなどのように複数の剛体リンクを関節で連結した機構である。リンク機構は複雑な運動を高剛性に実現できるので、自動組立機械や産業用ロボットに多用され、最近では多軸マシニングセンタにも応用されている。授業では、レシプロエンジンやコンプレッサで使用されるスライダクランク機構と４節回転リンク機構を中心にして、それらの運動を解析できるようにする。
授業の進め方・方法:
時間前半で教科書や配布プリントなどを説明し、後半で演習の小テストを実施する。主な学習項目は以下のとおりである。
（歯車）速比，インボリュート歯形，ラック，モジュール，ピッチ円，歯車創成，転位歯車，中心距離，バックラッシ，切下げ，歯先，歯底，かみあい率，とがり
（リンク機構）リンクと対偶，自由度，瞬間中心，図形解法，変位，速度
注意点:
ポケコン、製図器具（定規とコンパス）を使用する。
三角関数、連立方程式、ベクトルの外積、剛体の運動などを復習しておくことが望ましい。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
インボリュート歯車（１） |
一対の歯車の回転数の比（速比）と歯数、かみあいピッチ円半径の関係を説明できる。
周速度、角速度、回転速度の意味を理解し、計算できる。
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| 2週 |
インボリュート歯車（２） |
歯形のうちで最も基本的なインボリュート歯形において、基礎円、法線ピッチ、インボリュート平歯車を説明できる。
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| 3週 |
インボリュート歯車（３） |
歯形のうちで最も基本的なインボリュート歯形において、基礎円、法線ピッチ、インボリュート平歯車を説明できる。
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| 4週 |
インボリュート歯車（４） |
歯形のうちで最も基本的なインボリュート歯形において、基礎円、法線ピッチ、インボリュート平歯車を説明できる。
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| 5週 |
歯車創成法と転位歯車（１） |
標準平歯車と転位歯車の違いを説明できる。
歯切ラックを用いて歯車を創成する方法を説明できる。
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| 6週 |
歯車創成法と転位歯車（２） |
歯車の種類、各部の名称、歯型曲線、歯の大きさの表しかたを説明できる。基準ラック、モジュール、基準ピッチ線、基準圧力角、法線ピッチ、モジュールを説明できる。
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| 7週 |
歯車創成法と転位歯車（３） |
基準ラック、モジュール、基準ピッチ線、基準圧力角、法線ピッチ、モジュールを説明できる。
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| 8週 |
中間試験 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
inv aの逆関数の計算（１） |
インボリュート関数inv aを計算できる。
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| 10週 |
inv aの逆関数の計算（２） |
インボリュート関数inv aの値を与えたときに 、Newton法を用いて角度 aを求める方法を理解し、aを求めることができる。
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| 11週 |
接触点の移動速度、法線バックラッシ、中心距離（１）
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一対の歯車をかみあわせたときの歯車どうしの接触点が一対の基礎円の共通接線（作用線という）上を移動する速度を求めることができる。
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| 12週 |
接触点の移動速度、法線バックラッシ、中心距離（２）
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一対の歯車をかみあわせたとき、歯面どうしのすきま（法線
バックラッシという）と軸間距離（中心距離という）を求めることができる。
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| 13週 |
転位歯車の利用（１）
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転位歯車を利用して、中心距離を調整できる。
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| 14週 |
転位歯車の利用（２）
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転位歯車を利用して、中心距離を変更せずに、歯数を変更できる。転位歯車を利用して、切下げを防止できる。
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| 15週 |
テスト返却 |
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| 16週 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
歯先円と歯底円、かみあい長さ、かみあい率、歯先とがり防止条件（１） |
転位歯車の歯先円と歯底円の半径を導き、一対の歯車の作用線上で歯面どうしが接触している長さ（かみあい長さという）を計算でき、かみあい率を説明できる。
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| 2週 |
歯先円と歯底円、かみあい長さ、かみあい率、歯先とがり防止条件（２） |
転位歯車の歯先円と歯底円の半径を導き、一対の歯車の作用線上で歯面どうしが接触している長さ（かみあい長さという）を計算でき、かみあい率を説明できる。
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| 3週 |
歯先円と歯底円、かみあい長さ、かみあい率、歯先とがり防止条件（３） |
歯車を正転位させたときに歯先がとがらないための条件を計算できる。
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| 4週 |
遊星歯車、差動歯車、遊星歯車のはめこみ条件、差動ねじ（１）
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歯車列の速度伝達比を計算できる。遊星歯車や差動歯車の各歯車の回転を作表法を用いて調べることができる。
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| 5週 |
遊星歯車、差動歯車、遊星歯車のはめこみ条件、差動ねじ（２）
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遊星歯車や差動歯車の各歯車の回転を作表法を用いて調べることができる。
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| 6週 |
遊星歯車、差動歯車、遊星歯車のはめこみ条件、差動ねじ（３）
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太陽歯車の周囲に等角度で遊星歯車をはめこむことができる。
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| 7週 |
遊星歯車、差動歯車、遊星歯車のはめこみ条件、差動ねじ（４）
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作表法を応用して差動ねじの運動を調べることができる。
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| 8週 |
中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
リンクと対偶、リンクの瞬間中心（１）
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周速度、角速度、回転速度の意味を理解し、計算できる。リンク機構といろいろな対偶を理解し、対偶の自由度とリンク機構全体の自由度を理解できる。
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| 10週 |
リンクと対偶、リンクの瞬間中心（２）
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任意の３リンク間の３つの瞬間中心に関するKennedyの定理を説明できる。
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| 11週 |
リンクと対偶、リンクの瞬間中心（３）
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４節回転リンク機構を例にして、リンクの瞬間中心を定義し、任意の３リンク間の３つの瞬間中心に関するKennedyの定理を使うことができる。
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| 12週 |
リンクと対偶、リンクの瞬間中心（４）
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スライダクランク機構を例にして、リンクの瞬間中心を定義し、任意の３リンク間の３つの瞬間中心に関するKennedyの定理を使うことができる。
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| 13週 |
速度等の図形解法（１）
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リンク上の任意の点の速度を、図形解法である移送法と連節法を用いて作図できる。
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| 14週 |
速度等の図形解法（２）
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リンク上の任意の点の速度を、図形解法である分解法を用いて作図できる。
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| 15週 |
テスト返却
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| 16週 |
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| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 機械設計 | 歯車の種類、各部の名称、歯型曲線、歯の大きさの表し方を説明できる。 | 4 | 前6 |
| すべり率、歯の切下げ、かみあい率を説明できる。 | 4 | 前15,後1,後2,後3 |
| 標準平歯車と転位歯車の違いを説明できる。 | 4 | 前5 |
| 歯車列の速度伝達比を計算できる。 | 4 | 前6,後4 |
| リンク装置の機構を理解し、その運動を説明できる。 | 4 | |
| 代表的なリンク装置の、変位、速度、加速度を求めることができる。 | 4 | |
| カム装置の機構を理解し、その運動を説明できる。 | 4 | |
| 主な基礎曲線のカム線図を求めることができる。 | 4 | |
| 力学 | 力は、大きさ、向き、作用する点によって表されることを理解し、適用できる。 | 4 | |
| 一点に作用する力の合成と分解を図で表現でき、合力と分力を計算できる。 | 4 | |
| 一点に作用する力のつりあい条件を説明できる。 | 4 | |
| 力のモーメントの意味を理解し、計算できる。 | 4 | |
| 偶力の意味を理解し、偶力のモーメントを計算できる。 | 4 | |
| 着力点が異なる力のつりあい条件を説明できる。 | 4 | |
| 周速度、角速度、回転速度の意味を理解し、計算できる。 | 4 | 前1 |
| 荷重が作用した時の材料の変形を説明できる。 | 4 | |
| 応力とひずみを説明できる。 | 4 | |
| フックの法則を理解し、弾性係数を説明できる。 | 4 | |
| 許容応力と安全率を説明できる。 | 4 | |
| 両端固定棒や組合せ棒などの不静定問題について、応力を計算できる。 | 4 | |
| 線膨張係数の意味を理解し、熱応力を計算できる。 | 4 | |
| 引張荷重や圧縮荷重が作用する棒の応力や変形を計算できる。 | 4 | |
| ねじりを受ける丸棒のせん断ひずみとせん断応力を計算できる。 | 4 | |
| 丸棒および中空丸棒について、断面二次極モーメントと極断面係数を計算できる。 | 4 | |
| 軸のねじり剛性の意味を理解し、軸のねじれ角を計算できる。 | 4 | |
| はりの定義や種類、はりに加わる荷重の種類を説明できる。 | 4 | |
| はりに作用する力のつりあい、せん断力および曲げモーメントを計算できる。 | 4 | |
| 各種の荷重が作用するはりのせん断力線図と曲げモーメント線図を作成できる。 | 4 | |
| 曲げモーメントによって生じる曲げ応力およびその分布を計算できる。 | 4 | |
| 各種断面の図心、断面二次モーメントおよび断面係数を理解し、曲げの問題に適用できる。 | 4 | |
| 各種のはりについて、たわみ角とたわみを計算できる。 | 4 | |
| 多軸応力の意味を説明できる。 | 4 | |
| 二軸応力について、任意の斜面上に作用する応力、主応力と主せん断応力をモールの応力円を用いて計算できる。 | 4 | |
| 部材が引張や圧縮を受ける場合のひずみエネルギーを計算できる。 | 4 | |
| 部材が曲げやねじりを受ける場合のひずみエネルギーを計算できる。 | 4 | |
| カスティリアノの定理を理解し、不静定はりの問題などに適用できる。 | 4 | |