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クロスボウの改良(必要なトルク及びモーターの選定)

競技用のクロスボウを改良しようと思っています。
弓の強さが100ポンド近くあり、毎回引くだけで相当な体力を消耗してしまい、競技どころではありません。そこで、弓を引く作業をモーターにやらせるようにしたいと考えます。

ただ、電気工作の経験が皆無の為、どの程度のモーターが必要になるかを計算する術が分かりません。どなたか計算方法をご教授下さい。

弓の引くときの重さが50kg、弓の引き尺は15cmです。
15cmを0.3秒程度で引っぱれるモーターを探してます。
必要があれば、ギヤも使用します。

1.まず、速度を計算するんですよね?
V=0.15m/0.3s
V=0.5m/s

2.その次は確かエネルギー量を計算するんでしたっけ
J=1/2MV2
=1/2*50*0.5*0.5
=6.25J

3.必要なトルクは????
。。。既に自分で考えていて意味不明に陥っています。
正直文系出身で物理は苦手で、電子工作もしたことが無いので、全く分かりません。
お忙しい中大変恐縮ですが、どうか宜しくご教授下さい。

投稿日時 - 2007-03-06 14:51:00

QNo.2807812

困ってます

質問者が選んだベストアンサー

#1です。
#1回答内に誤りがあったので訂正します。

誤:・引っ張る速さは、(滑車半径)×(円周率)×(回転数)
正:・引っ張る速さは、(滑車直径)×(円周率)×(回転数)

計算結果の方(239rmp・kg・m)は間違いないはずです、多分。


> 計算あっているでしょうか?

9割方あっていますが、1箇所だけ致命的な間違いがあります。

「mN・m」は「ミリニュートン・メートル」ですので、答えが1000倍違っています。
したがって、このモーターでは力不足で、更に約15倍強力なモーターが必要です。


ところで、50kg・mで0.5m/sというと「感覚的」にはどのくらいの力なのでしょうか?
掃除機・換気扇・ミシン・電動ドリルなどの身近な回転物で、力の大きさが近そうな物を探してみると・・・ピッタリ(で、かつ感覚的に分かりやすい)の物がありました。

「登り坂で、立ち漕ぎをしている自転車(のペダルに掛かる力と速さ)」です。

つまり目標達成のためには、電動自転車並みのモーター、ギヤ(小径化は可能だが、同等の強度は必要)、軸受等が必要になるはずです。
これをボウガンに組み込むのは、素人にはかなり困難なレベルだと思うのですが、如何でしょうか。
(私だったら早々に白旗を揚げてしまいます)

投稿日時 - 2007-03-09 14:03:27

お礼

ご回答ありがとうございます。

素人私には到底無理ですね。
簡単に可能ならば、確かに商品化されてるはずですものね…

私も白旗を揚げます。
気合でコッキングします。
体を鍛えます。

勉強になりました。
この度はご指導ありがとうございました。

投稿日時 - 2007-03-14 00:18:48

ANo.2

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回答(2)

ANo.1

トルクだけ求めようとしても無理です。
回転数も一緒に考える必要があります。

考え方は・・・仮に、モーターに半径1mの滑車をつけて、ロープで弓を引っ張るとします。すると

・引っ張る力は、(モーターのトルク)÷(滑車半径)
・引っ張る速さは、(滑車半径)×(円周率)×(回転数)

となります。
したがって、50kgで引っ張りたければトルク50kg・m、0.5m/sで引っ張りたければ回転数4.78rpm、と求められます。

ところで、滑車半径を1/10の10cmにすると、トルク5kg・mで回転数47.8rpmとなります。
滑車半径を変えずに、ギヤで速度を1/10に減速しても同じです。

つまり、モーターの回転数とトルクの積さえ同じなら、適当に減速すれば同じように引っ張れる、ということです。

ご質問のケースでは、回転数とトルクの積が239(rmp×kg・m)以上であれば要件を満たします。

投稿日時 - 2007-03-07 11:14:22

お礼

回答ありがとうございました。
モーターは何とかなるかもしれません
例えばマブチの模型用のモーターRS-380SHでは

http://www.mabuchi-motor.co.jp/cgi-bin/catalog/catalog.cgi?CAT_ID=rs_380sh

MAXで
r/min=14060 mN・m=10.9
1 メートル重量キログラム(m kgf) = 9.80665 Nm

14,060×1.11=15,628 だからスペックを満たしてる様な気がします。
(カタログスペックの見方も良く分からないので全く、自信がありませんが…)

ただ、強度的に耐えられるギアを探すのが難しそうですね。
弓の中に機構を収納しようと思っているのでR=1mの滑車を仕込むのは無理ですね・・・。(直径で6cmが限度です)

JT190様から教わったとおり、回転数×トルクをモータースペック表から計算してみました。計算あっているでしょうか?基本的な単位すら理解してません。どなたか、ご助言下さい

投稿日時 - 2007-03-09 00:08:07

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