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1 コクリエイト ユーザ会 2010 Spring Meeting 2010/03/3, 5 テクファ ジャパン ( 株 ) 香取英男 Mathcad との連携で CoCreate Modleing による 設計作業の効率化をさらに進める 柔軟かつ強力な機能をもつ CoCreate Modleing と 高度な計算 文書作成の機能をもつ Mathcad を併用して 設計作業の品質を高め 効率化をさらに進めることの試み 1

2 弊社 紹介 会社名テクファ ジャパン ( 株 ) URL:// com/ 所在地 埼玉県日高市武蔵台 IP Phone Phone FAX 代表者代表取締役社長香取英男 創立 営業品目 1997 年 6 月創立 1 カムおよびカムギア ( 非円形歯車 一般歯車 ) の設計 製作 販売 2 カムおよびカムギア ( 非円形歯車 一般歯車 ) の応用機構装置の設計 製作 販売 3 機械系 CAD/CAM/CAE システムの販売 PTC 社製 3 次元 CADシステム CoCreate Modeling PTC 社製 2 次元 CADシステム CoCreate Drafting PTC 社製 Mathcad 4 機械設計支援ソフトウェアの開発 販売 PTC 社製 3 次元 CADシステム / 2 次元 CADシステム用マクロプログラム ( 例 : 歯車 カム リンク機構などの設計 製作用 ) 5 上記 1~6 項に関する技術コンサルティング 2

3 CoCreate Modeling を用いて作成した機構要素の例 共役カム 円筒カム ローラギアカム ( 揺動形 ) 平面カムおよびローラギアカム ( インデックス形 ) による複合カム ボールタイプギアカム 3

4 立体カムのモデリングのプロセス フォロア タレット このモデル化手法は日本図学会第 3 回 (2009 年 5 月 ) デジタルモデリングコンテストで最優秀賞を受賞 カム曲線は 変形正弦 ( Modeified Sine ) (deg) タレットのの揺動回転角 立体カムの回転角 (deg) 立体カム 4

5 CoCreate Modeling を用いて作成した機構要素の例 平歯車 はすば歯車 球面インボリュート歯形を用いた直交軸歯車 斜交軸用歯車 カムギア ( 非円形歯車 ) 5

6 機能的な曲面をもつ機構部品の例 ねじ ボルト ナット ウォームなどのねじ曲面 歯車 スプロケット スプライン セレーションなどの 空力学的 流体力学的な条件に基づいて形状定義される 航空機翼 ターボチャージャ コンプレッサ ポンプなどの 機構学的 運動学的な条件に基づいて形状定義される 歯形曲面 カム曲面 羽根状曲面 これらはいずれも CAD 上での手作業的な操作では形状を生成しにくい 機能的 解析的な ( 数式表現の ) 曲面をもつ形状をもつ部品のため 拘束 ( ヒストリー機能 ) 条件を持たない 柔軟かつ強力な機能をもつ CoCreate Modeling ならば カスタマイズ機能を利用することで これらのモデリングが可能である 6

7 支援ツールおよびマクロと 3D CAD システムとの関係 問題向き処理 支援ツール 曲面生成プログラム (CAD マクロプログラム ) 曲面データ 3 次元 CAD システム CoCreate Modeling 7

8 歯車のモデリングのプロセス 8

9 歯車のモデリングのプロセス 9

10 歯車のモデリングのプロセス 10

11 歯車のモデリングのプロセス 11

12 CoCreate Modeling の有用性はわかったが これまでのいくつかの例から CoCreate C Modeling は その特性を把握して カスタマイズ機能を利用すれば強力なモデリング機能を発揮できる ここで示した例では 機能的な曲面をもつ機構要素部品の生成に限定しているが 一般的な設計事例においても 十分効果を出すことの可能性を示している ゆえに 3Dモデリングのツールとしては CoCreate Modeling は 十分な機能を備えていると思われる モデリングの生産性は解決できよう そこで さらに革新的な設計作業の改善をねらうために つぎに何を考えるべきか? 簡単な例から 少し考えてみよう 12

13 モデリングはできたが 軸径の選定は 適切に処理されているか? 強度やねじり剛性に問題ないか? 運動の伝達性 強度 耐久性などの点から歯車諸元の選定は 適切か? キーの大きさは 軸径により選定しているけど 強度に問題ないか? 与えられた設計仕様を満たす 機構要素を得るために 多くの技術的な重要な検討事項が存在する 実際の設計作業では これらの処理に多くの時間が費やされている このような部分を適切に処理できなければ 大幅な設計作業の効率の向上は望めないだろう 13

14 歯車の軸径を求めるプロセス たとえば 歯車軸を例に挙げて 軸の強度と剛性に関する問題少しを考えてみよう 1) 最大たわみ δ 2) 最大傾斜角 I 3) せん断強さ τ 4) ねじれ角 θ それぞれ許容できる中実軸の直径 d を求めたい 両端で転がり軸受で支持されたこのように 歯車軸を例場合によってはいくつかの条件から 軸の強さを検証する必要があるかもしれない 14

15 設計作業の効率化を図るために とても単純な軸径を求める例を取り上げただけでも 多くの設計の論理があることがわかる どのような考え方で求めるか どのような手順で求めるか その際 どのような資料を参照して求めるか このような設計作業について その品質を高め 効率を上げ かつその過程を再利用できるような 環境を構築すべきであろうと思われる その目的に 有用なツールのひとつと思われるのが Mathcad の活用である ここで 簡単な例を示そう 15

16 Mathcad を用いて軸径を求める設計例 下記の表示部は Mathcad のワークシートを印刷したものである 16

17 Mathcad を用いて軸径を求める設計の一例 下記の表示部は Mathcad のワークシートを印刷したものである 17

18 Mathcad を用いて軸径を求める設計の一例 下記の表示部は Mathcad のワークシートを印刷したものである 18

19 Mathcad の援用の効果 簡単でしかも限定的な例で恐縮であるが この例の結果から 採用した設計の考え方 設計計算の手順 参照した資料 ( 公開されている経験的なデータ 社内に蓄積されているデータ ) 設計諸元の値の特性の確認( グラフ表示 ) などを明示していくことができる 設計時に種々の計算機能を利用して 効率的に作業を進めることができるだけでなく それ以降 誰にでも理解しやすい形式で資料が残されることで 設計手法の再利用が可能になる 設計の標準化も自然に構築されていく 見掛け上 MS の (Word + Excel) を組み合わせてもできそうだが 種々の点で難があろう 19

20 Mathcad の特長 詳しくは Web カタログに記載されているが Mathcad の特長を挙げておく 1) テキストと計算式を混在した資料を簡単に作成できる 2) 参照したい各種の設計資料を貼り付けて 引用箇所を明示できる 3) 複雑な数式でも書きやすく しかも即その場で計算結果を出せる 4) 計算する際 単位をチェックするので 矛盾した計算結果を見出しやすい 5) ノンププログラミングのような形式で 計算できる 6) 数式処理 数値計算上の多くの関数 ソルバが用意されている 7) 計算結果を種々の形式でプロット ) できるので データの特性 傾向が見やすくなる 8) 結果をファイルに出力する アプリケーションで作成したデータを読み取る Windows の OLE 機能を利用などが可能なので他のアプリケーションプログラムとの高度かつ有機的な連携が図れる 20

21 まとめ 1) 柔軟かつ強力な機能を持つ CoCreate Modeling の特性を理解して うまく使おう 2)3Dモデリングは 重要なひとつの設計作業であり 設計の品質を高めよう さらに 革新的な設計作業の効率化を図るために 他の設計作業の領域の内容を検討しよう 3) 設計作業に多く費やされる内容をよく分析し その対処策を見出そう 4) その対処策のツールのひとつとして Mathcad の利用を検討されることをお勧めする 5)Mathcad は 設計作業を効率よく進めるだけでなく 設計の品質を高め さらには 設計手法の標準化の作成 確立にも大いに効果を発揮できよう 参考文献 ) 塚田 機械設計工学の基礎 数理工学社刊 (2008) ご清聴ありがとうございました 21