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CORE LINKS · DESIGN GUIDES

動いている物を止める距離と力を知りたい

止める距離が短いほど、必要な力は大きくなります。ただし、平均の力が出ても最大の衝撃力まで分かったことにはなりません。

水平停止。接触開始の破線位置と圧縮後の停止位置、右向き初速度と左向き平均接触力。mvFavgs接触開始停止
水平移動体がストッパーに接触して止まる側面概念図です。破線が接触開始、右端が停止位置。sは接触後の停止距離。Favgは移動と逆向きの距離平均接触力の大きさです。

このガイドで分かること

  • 接触後の停止距離と制御遅れを分ける
  • エネルギーと距離平均力の関係
  • 平均力・最大力・部品定格を区別

青：入力条件の記号 ／ 赤：計算で求める量。図は概念図です。

  • m・v：接触時の質量と速さ
  • s：接触してから止まるまでの距離
  • Favg：距離で平均した接触力

下の数値は説明用の例です。各例のボタンから、数値・単位・モードを計算画面へ読み込めます。通常の計算リンクは入力例を読み込みません。

何を、どの速度から止めるか決める

水平移動か落下かを区別し、ストッパーに接触するときの速度を使います。回転体や継続する駆動力がある場合は、そのエネルギーや仕事も別に加える必要があります。

  • 動く全質量、接触速度、停止部材のストローク
  • 落下高さや重力の作用方向、残る駆動力

エネルギーから平均力を求める

水平で他の外力の仕事が無視できるなら、運動エネルギーを停止距離で割った値が距離平均接触力です。時間平均や最大力と同じとは限りません。

E=mv²/2、Favg=E/s（水平停止の限定モデル）

例：10 kg・1 m/sを20 mmで止める

入力する条件

  • 水平停止、m=10 kg、v=1 m/s
  • 接触後の停止距離s=20 mm

計算結果

  • 吸収エネルギーE=5 J
  • 距離平均接触力Favg=250 N
  • s=10 mmなら500 N（同じエネルギー）

250 Nは最大力ではありません。時間の参考値は一定減速度を仮定した場合のみ0.040 sです。部材の硬さ・変形・減衰・接触時間波形が不明なまま最大力を決めることはできません。

説明用の数値・単位・モードをまとめて読み込めます。開いた後で自分の条件に変更できます。

高さ100 mmも読み込みますが、この水平停止モードでは使いません。

停止距離だけ10 mmへ変更した比較例です。

制御が反応するまでに進む距離を足す

接触後の距離sと、センサー・制御・ブレーキが反応する前に進む距離を混同しません。遅れ中に速度が一定なら、遅れ距離はv×tdです。

  • 例：v=1 m/s、遅れ0.1 sだけで100 mm進む
  • 機器の応答・制動立上がり・実測停止距離を確認

一定の減速度aなら、停止距離=v td + v²/(2a)

力だけでなく繰返しエネルギーも確認する

1回に吸収できるエネルギー、時間当たりの発熱、最大力、ストローク、偏荷重を実際の部品仕様と照合します。この参考計算で機械の安全停止性能や安全距離を認証することはできません。

実務で確認を深める

落下モードは停止中にも重力が仕事をするため、接触時の運動エネルギー/sだけでは接触力になりません。継続推力、ばね力、回転エネルギー、床の傾き、弾性衝突などは条件に合わせて別の仕事・エネルギーとして扱います。

確認したことをメモする

確認漏れを減らすためのメモです。チェック数で安全・合格を判定するものではありません。内容は送信・保存しません。

ほかの目的も確認する

参考情報・参考計算です。設計への適合性・安全性を保証するものではありません。実際の材料、部品仕様、使用条件を確認してください。