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1 工 学 設 計 および 技 術 シリーズ SolidWorks Motion を 使 った モーション 解 析 アプリケーション 入 門 教 師 用 ガイド Dassault Systemes SolidWorks Corporation 300 Baker Avenue Concord, Massachusetts USA 電 話 番 号 : 米 国 外 : ファックス: 電 子 メール: info@solidworks.com ウェブ:

2 , Dassault Systemes SolidWorks Corporation, a Dassault Systemes S.A. company, 300 Baker Avenue, Concord, Mass USA. All rights reserved. 本 ドキュメントに 記 載 されている 情 報 とソフトウェア は 予 告 なしに 変 更 されることがあり Dassault Systemes SolidWorks Corporation (DS SolidWorks) の 保 証 事 項 ではありません この 製 品 を DS SolidWorks の 書 面 上 の 許 可 なしにその 目 的 方 法 に 関 わりなく 複 製 頒 布 はできません 本 ドキュメントに 記 載 されているソフトウェアは 使 用 許 諾 に 基 づくものであり 当 該 使 用 許 諾 の 条 件 の 下 での み 使 用 あるいは 複 製 が 許 可 されています DS SolidWorks がソフトウェアとドキュメントに 関 して 付 与 するすべ ての 保 証 は 使 用 許 諾 契 約 に 規 定 されてお り 本 ド キュメントまたはその 内 容 に 記 載 あるいは 黙 示 され ているいかなる 事 項 も 保 証 を 含 め 使 用 許 諾 契 約 のい かなる 条 件 の 変 更 あるいは 補 完 を 意 味 する ものでは ありません 特 許 に 関 する 注 記 SolidWorks 3D mechanical CAD software is protected by U.S. Patents 5,815,154; 6,219,049; 6,219,055; 6,611,725; 6,844,877; 6,898,560; 6,906,712; 7,079,990; 7,477,262; 7,558,705; 7,571,079; 7,590,497; 7,643,027; 7,672,822; 7,688,318; 7,694,238; 7,853,940; and foreign patents, (e.g., EP 1,116,190 and JP 3,517,643). edrawingsr software is protected by U.S. Patent 7,184,044; U.S. Patent 7,502,027; and Canadian Patent 2,318,706. U.S. and foreign patents pending. SolidWorks の 製 品 およびサービスの 商 標 と 製 品 名 SolidWorks 3D PartStream.NET 3D ContentCentral edrawings edrawings のロゴは SolidWorks の 登 録 商 標 です FeatureManager は SolidWorks が 共 同 所 有 する 登 録 商 標 です CircuitWorks Feature Palette FloXpress PhotoWorks TolAnalyst XchangeWorks は DS SolidWorks の 商 標 です FeatureWorks は Geometric Software Solutions Ltd. の 登 録 商 標 です SolidWorks 2011 SolidWorks Enterprise PDM SolidWorks Simulation SolidWorks Flow Simulation edrawings Professional は DS SolidWorks の 製 品 名 です その 他 記 載 されているブランド 名 製 品 名 は 各 社 の 商 標 および 登 録 商 標 です COMMERCIAL COMPUTER SOFTWARE - PROPRIETARY U.S. Government Restricted Rights. Use, duplication, or disclosure by the government is subject to restrictions as set forth in FAR (Commercial Computer Software - Restricted Rights), DFARS (Commercial Computer Software and Commercial Computer Software Documentation), and in the license agreement, as applicable. Contractor/Manufacturer: Dassault Systemes SolidWorks Corporation, 300 Baker Avenue, Concord, Massachusetts USA SolidWorks Standard Premium Professional Education 製 品 の 著 作 権 情 報 Portions of this software Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. All rights reserved. Portions of this software Siemens Industry Software Limited. All rights reserved. Portions of this software Geometric Ltd. Portions of this software Microsoft Corporation. All rights reserved. Portions of this software incorporate PhysX by NVIDIA Portions of this software Luxology, Inc. All rights reserved, Patents Pending. Portions of this software DriveWorks Ltd. Copyright Adobe Systems Inc. and its licensors. All rights reserved. Protected by U.S. Patents 5,929,866; 5,943,063; 6,289,364; 6,563,502; 6,639,593; 6,754,382; Patents Pending. Adobe Adobe のロゴ Acrobat Adobe PDF のロゴ Distiller および Reader は 米 国 およびその 他 の 国 にお いて Adobe Systems Inc. の 登 録 商 標 または 商 標 です その 他 の 知 的 財 産 情 報 については ヘルプ > バージョ ン 情 報 をご 覧 ください SolidWorks Simulation 製 品 の 著 作 権 情 報 Portions of this software 2008 Solversoft Corporation. PCGLSS Computational Applications and System Integration, Inc. All rights reserved. Enterprise PDM 製 品 の 著 作 権 情 報 Outside In Viewer Technology, Copyright , Oracle Copyright , Oracle. All rights reserved. Portions of this software Microsoft Corporation. All rights reserved. edrawings 製 品 の 著 作 権 情 報 Portions of this software Tech Soft 3D. Portions of this software Jean-Loup Gailly and Mark Adler. Portions of this software Dconnexion. Portions of this software Open Design Alliance. All rights reserved. Portions of this software Spatial Corporation. This software is based in part on the work of the Independent JPEG Group 文 書 番 号 : PME0319-JPN

3 i 概 要 Instructor の 皆 さんへ 本 書 は SolidWorks ユーザーを SolidWorks Motion Simulation の 剛 体 キネマティック 解 析 およびダイ ナミック 解 析 ソフトウェア パッケージを 紹 介 するものです このレッスンには 以 下 のような 特 定 の 目 的 があります : 1 剛 体 キネマティックスとダイナミック 解 析 の 基 本 概 念 およびそのメリットを 紹 介 する 2 使 いやすさ およびこれらの 解 析 を 実 行 する 簡 潔 なプロセスを 説 明 する 3 剛 体 キネマティックおよびダイナミック 解 析 の 基 本 ルールを 紹 介 する このドキュメントは SolidWorks Instructor Guide のレッスンと 同 様 に 構 築 されています このレッ スンには SolidWorks Motion Simulation Student Workbook に 対 応 するページがあります 注 記 : このレッスンは SolidWorks Motion Simulation のすべての 機 能 を 教 えるためのものではありません あくまでも 剛 体 キネマ ティック 解 析 およびダイナミック 解 析 の 基 本 的 な 考 え 方 お よびそれらのメリットを 紹 介 し 使 いやすさ および 実 行 す る 場 合 の 簡 潔 なプロセスを 説 明 することです Education Edition Curriculum and Courseware DVD このコースには Education Edition Curriculum and Courseware DVD が 付 属 します DVD をインストールすることにより SolidWorks Curriculum_and_Courseware_2011 フォルダが 作 成 されます このフォルダにはこのコースに 対 応 するディレクトリおよび 他 にいく つかのディレクトリが 含 まれます 学 生 用 のコース 資 料 は SolidWorks からダウンロードすることも 可 能 で す タスクパネルの SolidWorks リソース タブをクリックし Student Curriculum を 選 択 します ダウンロードしたいコースをダブルクリックします Ctrl キーを 押 しながらコースを 選 択 し ZIP ファイルをダウンロードします Lessons ファイルには レッスンを 実 行 するために 必 要 な 部 品 が 含 まれています Student Guide にはコースの PDF ファイルが 含 まれています SolidWorks Motion Simulation 教 師 用 ガイド 1

4 概 要 教 師 用 コース 資 料 も SolidWorks の Web サイトからダウンロードできます タスクパネルの SolidWorks リソース タブをクリックし Instructors Curriculum を 選 択 します これにより 以 下 の Educator Resources ページが 表 示 されます SolidWorks Motion Simulation 教 師 用 ガイド 2

5 概 要 SolidWorks Simulation 製 品 ライン このコースでは SolidWorks Motion Simulation を 使 った 剛 体 キネマティクスの 概 要 に 重 点 を 置 い ていますが この 製 品 ライン 全 体 では 幅 広 い 解 析 分 野 に 対 応 しています 以 下 に SolidWorks Simulation パッケージおよびモジュールによってできる 事 柄 を 示 します 静 解 析 スタディは 静 的 な 荷 重 をかけた 部 品 およびアセンブリの 線 形 応 力 解 析 ツールを 提 供 します このスタディタイプで 調 べるこ とのできる 代 表 的 な 問 題 は 次 のようなものです: 通 常 の 動 作 時 の 荷 重 の 下 で 部 品 が 破 損 しないか? モデルは 過 剰 設 計 されていないか? 設 計 を 変 更 することにより 安 全 率 を 向 上 できるか? 座 屈 解 析 は 薄 い 部 品 が 圧 縮 荷 重 を 受 けた 際 の 振 る 舞 いを 解 析 しま す このスタディタイプで 調 べることのできる 代 表 的 な 問 題 は 次 のようなものです: 容 器 の 脚 は 降 伏 によって 破 壊 しない 強 度 を 持 っている しかし 安 定 性 を 失 って 崩 壊 し ない 強 度 を 備 えているか? 設 計 を 変 更 することによりアセンブリに 含 まれる 薄 い 部 品 の 安 定 性 を 確 保 できるか? 固 有 値 スタディは 固 有 値 モード 固 有 振 動 数 の 解 析 ツールを 提 供 し ます これは 静 的 動 的 に 荷 重 を 受 ける 多 くの 部 品 の 設 計 において 重 要 な 機 能 です このスタディタイプで 調 べることのできる 代 表 的 な 問 題 は 次 のようなものです: 通 常 の 動 作 時 の 荷 重 の 下 で 部 品 が 共 振 しないか? 想 定 している 用 途 に 対 して 部 品 の 振 動 特 性 は 適 切 だろうか? 設 計 を 変 更 することにより 振 動 特 性 を 向 上 できるか? 熱 伝 達 スタディでは 伝 導 対 流 輻 射 による 熱 伝 達 の 解 析 ツー ルを 提 供 します このスタディタイプで 調 べることのできる 代 表 的 な 問 題 は 次 のようなものです: 温 度 変 化 はモデルに 影 響 するだろうか? 温 度 が 変 動 する 環 境 でモデルは 正 しく 動 作 するだろうか? モデルが 冷 却 される または 過 熱 するまでにかかる 時 間 は? 温 度 変 化 によりモデルは 膨 張 するか? 温 度 変 化 による 応 力 によって 製 品 が 壊 れないか?( 静 解 析 と 熱 解 析 の 組 み 合 わせによりこの 問 題 を 調 べることができます) SolidWorks Motion Simulation 教 師 用 ガイド 3

6 概 要 落 下 試 験 解 析 は 動 く 部 品 やアセンブリが 障 害 物 に 衝 突 する 際 の 応 力 を 解 析 するのに 使 用 します このスタディタイプで 調 べ ることのできる 代 表 的 な 問 題 は 次 のようなものです: 製 品 が 輸 送 中 に 乱 雑 に 扱 われたり 落 とされたりしたらどうな るか? 製 品 がフローリング カーペット コンクリートなどの 上 に 落 とされたらどうなるか? 最 適 化 スタディは 最 大 応 力 重 量 最 適 な 周 波 数 等 選 択 され た 基 準 セットに 基 づいて 設 計 を 改 良 ( 最 適 化 )するために 適 用 されます この スタディタイプで 調 べることのできる 代 表 的 な 問 題 は 次 のようなものです: 設 計 意 図 を 保 ったまま モデルの 形 状 を 変 更 することはできるだろうか? 強 度 や 性 能 を 損 なうことなく 設 計 を 軽 く 小 さく 安 価 にすることはできる だろうか? 疲 労 解 析 スタディは 長 い 期 間 に 渡 り 繰 り 返 し 荷 重 を 受 ける 部 品 およびアセンブリの 耐 久 性 を 解 析 します このスタディタイプで 調 べることのできる 代 表 的 な 問 題 は 次 のようなものです: 製 品 寿 命 を 正 確 に 予 測 することはできるか? 現 在 の 設 計 を 変 更 することで 製 品 寿 命 を 延 ばすことはできるか? 長 い 期 間 に 渡 って 変 動 する 力 や 温 度 荷 重 にさらされた 場 合 モデ ルは 安 全 性 を 保 てるか? モデルを 再 設 計 することにより 力 や 温 度 の 変 化 による 損 傷 を 最 小 化 できるか? 非 線 形 スタディは 著 しい 荷 重 および/または 大 きな 変 形 を 経 験 する 部 品 およ びアセンブリの 応 力 を 解 析 するツールを 提 供 します このスタディタイプで 調 べることのできる 代 表 的 な 問 題 は 次 のようなものです: 与 えられた 荷 重 の 下 で ゴム(O リングなど)やフォームで 作 られた 部 品 はう まく 動 作 するか? 通 常 の 使 用 条 件 下 で モデルに 過 剰 な 曲 げが 発 生 しないか? ダイナミック 解 析 は 荷 重 により 力 を 加 えられたオブジェクトの 時 間 変 化 を 解 析 します 代 表 的 な 例 は 車 両 に 搭 載 される 部 品 へのショック 荷 重 振 動 荷 重 を 受 けるタービン ランダムに 荷 重 を 受 ける 航 空 機 の 部 品 等 が あげられます 線 形 解 析 ( 構 造 的 変 形 が 小 さい 基 本 材 料 モデル)および 非 線 形 解 析 ( 構 造 的 変 形 が 大 きい 荷 重 条 件 が 厳 しい 高 度 な 材 料 )の 両 方 があります このスタディタイプで 調 べることのできる 代 表 的 な 問 題 は 次 のようなものです: 設 計 したマウント 部 品 は 車 両 が 大 きな 穴 の 上 を 通 った 場 合 のショック 荷 重 に 耐 える 安 全 性 を 持 っているか? そのような 条 件 でどの 程 度 変 形 するか? SolidWorks Motion Simulation 教 師 用 ガイド 4

7 概 要 Flow Simulation は 部 品 またはアセンブリの 内 部 または 周 囲 を 移 動 する 流 体 の 振 る 舞 いおよび 効 果 を 解 析 するものです 流 体 および 固 体 内 の 熱 伝 達 も 考 慮 されま す 圧 力 と 温 度 はその 後 SolidWorks Simulation スタディに 渡 すことにより 応 力 解 析 に 使 用 できます このモジュールで 調 べることのできる 代 表 的 な 問 題 は 次 のよ うなものです: 流 体 の 動 きが 速 すぎて 設 計 に 問 題 を 起 こさないか? 流 体 が 熱 すぎる 冷 たすぎることはないか? 製 品 内 の 熱 伝 達 は 効 果 的 か? 改 良 することはできるか? 現 在 の 設 計 はシステム 内 で 効 果 的 に 流 体 を 動 かすことができるか? 複 合 モジュールでは 積 層 複 合 材 料 で 作 成 されたストラクチャの シミュレーションを 行 うことができます このモジュールで 調 べることのできる 代 表 的 な 問 題 は 次 のような ものです: 与 えられた 荷 重 で 複 合 材 料 のモデルが 破 壊 しないか? 強 度 と 安 全 性 を 損 なうことなく 複 合 材 料 を 使 ってストラクチャ を 軽 くすることができるか? 積 層 複 合 材 料 が 剥 離 しないか? SolidWorks Motion Simulation 教 師 用 ガイド 5

8 1 SolidWorks Motion の 基 本 機 能 このレッスンの 目 的 SolidWorks を 使 用 して 3D モデリングを 補 完 するツールとして キネマティック 解 析 とダイナ ミック 解 析 を 紹 介 します このレッスンを 終 了 すると 受 講 者 は メカニズム 動 作 の 基 本 的 な 考 え 方 また 速 度 加 速 度 力 モーメントなど SolidWorks Motion の 重 要 な 設 計 パラメータの 決 定 方 法 を 理 解 できるようになります 受 講 者 は 設 計 プロセスにおける 3D モデリングとメカニ ズム 解 析 の 統 合 した 能 力 を 理 解 できるようになります 学 習 課 題 を 用 い メカニズム 解 析 を 紹 介 します このレッスンの 学 習 課 題 は 受 講 者 に 初 めの 手 順 を 少 し 教 えながら この 課 題 をすべて 終 了 するように 導 くことを 目 的 としています このコン セプトを 背 景 に これらの 手 順 は 最 小 の 説 明 で 実 行 されます SolidWorks Motion を 使 って 設 計 されたメカニズムを 正 確 にシミュレーションする 適 切 な 方 法 を 受 講 者 に 説 明 します SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-1

9 概 要 ディスカッション 学 習 課 題 - 4 バー メカニズムのモーション 解 析 4Bar.SLDASM ドキュメントを 開 く SolidWorks Motion メニューのチェック モデルの 説 明 SolidWorks Motion manager に 切 り 替 える 固 定 および 可 動 構 成 部 品 を 指 定 する SolidWorks アセンブリ 合 致 によりモーションを 駆 動 モーション 入 力 を 指 定 する シミュレーションを 実 行 する 結 果 を 表 示 する 軌 跡 を 作 成 する 5 分 間 テスト ディスカッション - モーションを 生 成 するのに 必 要 なトルクを 計 算 する 追 加 課 題 - 形 状 を 変 更 する 課 題 とプロジェクト - 考 察 レッスンのまとめ SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-2

10 ディスカッション 近 くにあるメカニズムを 指 定 し それがどのように 作 動 するかを 受 講 者 に 質 問 してください モーション シミューレーション ソフトウェアがエンジニアにどのように 有 益 かを 受 講 者 に 質 問 してください 受 講 者 は 4 バーのリンクについて 説 明 することができます 答 え モーション シミューレーション ソフトウェアは 可 動 構 成 部 品 上 の 変 位 速 度 加 速 度 につい て 調 べます 例 えば 4 バーのリンクをシミュレーションすることによって 受 講 者 は 各 リン クのパラメータを 調 べることができます また モーション シミュレーション ソフトウェアは さらに 各 合 致 に 作 用 する 反 作 用 力 / モー メントを 提 供 します この 情 報 は エンジニアが 4 バーのメカニズムを 駆 動 するために 必 要 なト ルク 量 を 知 るために 役 立 ちます 各 構 成 部 品 に 作 用 する 反 作 用 力 と 実 質 に 働 く 力 は SolidWorks Simulation の 応 力 解 析 にエクス ポート 可 能 であり 構 成 部 品 に 対 するそれらの 影 響 ( 変 形 と 応 力 )を 解 析 することができます モーションシ ミューレーション ソフトウェアは メカニズムの 機 能 に 必 要 なスプリング ダン パおよびカムの 設 計 に 役 立 ちます また メカニズムのモーションの 駆 動 に 必 要 なモータとアク チュエータの 大 きさを 決 定 することができます 追 加 課 題 構 造 分 析 に 関 して 特 定 のオブジェクト ( その 応 力 は SolidWorks Simulation で 解 析 ) に 作 用 する 力 はどのように 決 まるか 受 講 者 に 尋 ねてください その 力 は 常 に 分 かっていますか それとも 方 程 式 から 推 測 された 力 ですか? 答 え メカニズムに 関 する 問 題 では これらのロードは 既 知 であるかあるいは 無 視 することができま す 4 バーのリンク メカニズムの 例 では 回 転 の 角 速 度 が 小 さい 場 合 リンクに 作 用 する 実 質 に 働 く 力 は 小 さく 無 視 することができます ただし エンジンのシリンダやピストンのような 高 速 動 作 するメカニズムでは 力 は 大 きくなり 無 視 することができません これらの 力 を 決 定 するた めに SolidWorks Simulation のシミュレーションを 使 い これらの 力 を SolidWorks Simulation の 応 力 解 析 にエクスポートし 構 成 部 品 の 構 造 的 完 成 度 を 調 べます SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-3

11 学 習 課 題 - 4 バー メカニズムのモーション 解 析 SolidWorks Simulation を 使 用 して 下 に 表 示 された 4Bar.SLDASM アセンブリのモーション 解 析 を 実 行 します 緑 のリンクは 時 計 回 り 方 向 で 1 秒 で 45 度 の 角 変 位 が 与 えられています 次 に 時 間 の 関 数 として 他 のリンクの 角 速 度 および 加 速 度 の 決 定 が 必 要 となります ディスカッショ ンの 課 題 として このモーションを 引 き 起 こすために 必 要 とされるトルクを 計 算 します 以 下 の 手 順 に 従 ってください 4Bar.SLDASM ドキュメントを 開 く 1 ファイル (File) 新 規 (Open) をクリックする 開 くダイアログボックスで SolidWorks Curriculum_and_Courseware_2011 フォルダのサブフォルダにある 4Bar.SLDASM を 選 択 し 開 くをクリックします(または 部 品 をダブルクリック) SolidWorks Motion アドインをチェック SolidWorks Motion アドインがアクティブであることを 確 認 してください 手 順 : 1 ツール (Tools) アドイン (Add-Ins) をクリックします アドイン (Add-Ins) ダイアログ ボックス が 表 示 されます 2 SolidWorks Motion の 横 にあるチェックボックスがチェックされていることを 確 認 します 3 OK をクリックします SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-4

12 モデルの 説 明 このモデルは 代 表 的 な 4 バーのリンク メカニズムを 表 わしています ベース 部 品 は 固 定 され 移 動 することができません 常 に 水 平 に 位 置 し 実 際 には グラウンドへ 固 定 されます 他 の 3 つのリンクは 互 いに 接 続 されており さらにピンでベースとも 接 続 されています リンクは 同 じ 平 面 をピンで 動 くことができ 平 面 モーション 以 外 は 許 されていません SolidWorks でこの メカニズムをモデリングする 場 合 は 適 所 に 部 品 を 置 くための 合 致 を 作 成 します SolidWorks Motion はこれらの 合 致 を 内 部 ジョイントに 変 換 します 各 合 致 には 関 連 付 けるための 自 由 度 が あります 例 えば 同 心 円 合 致 には 2 つの 自 由 度 ( 並 進 と 軸 を 中 心 とする 回 転 )しかありませ ん 合 致 と 自 由 度 に 関 する 詳 細 については SolidWorks Motion Simulation のオンラインヘルプを 参 照 してください リンク 合 致 駆 動 の ジョイント ベース SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-5

13 SolidWorks Motion Manager に 切 り 替 える 左 下 にあるアニメーション 1 タブをクリックし SolidWorks Motion に 切 り 替 えます SolidWorks Motion は SolidWorks Animator を 最 大 限 に 活 用 しており SolidWorks MotionManager のルックアンドフィールは SolidWorks Animator のそれと 非 常 に 近 いものと なっています 固 定 および 可 動 構 成 部 品 を 指 定 する SolidWorks Motion では 固 定 構 成 部 品 と 可 動 構 成 部 品 の 識 別 が それ らの 構 成 部 品 の SolidWorks モデル 内 における 固 定 / 非 固 定 ステータ スにより 行 われます 今 回 の 例 では Base 構 成 部 品 が 固 定 され 他 の 3 つのリンクが 可 動 状 態 にあります SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-6

14 SolidWorks アセンブリ 合 致 から 内 部 ジョイントを 自 動 作 成 する 機 構 のモーションは SolidWorks 合 致 により 完 全 に 定 義 されています モーション 入 力 を 指 定 する 次 に モーションを リンクの 1 つに 定 義 します この 例 では Base を 中 心 に Link2 を 45 度 右 回 りに 回 転 します これを 実 現 するために Base とのピン 結 合 を 擬 似 する 同 心 円 合 致 の 位 置 で Link2 に 対 して 回 転 モーションを 適 用 します 角 変 位 は 1 秒 で 完 了 する 必 要 があります ス テップ 関 数 を 使 用 して Link2 が 0 度 から 45 度 まで 円 滑 に 回 転 するように 設 定 します モーター(Motor)アイコン を 右 クリックし モーター(Motor)ダイアログを 開 きます モーター タイプ (Motor Type)で 回 転 モーター(Rotary Motor)を 選 択 します 構 成 部 品 / 方 向 (Component/ Direction)で Base にピン 結 合 され た Link2 の 円 筒 面 ( 図 を 参 照 )を モーター 方 向 (Motor Direction)と モーター 位 置 (Motor Location) フィールドに 指 定 します モーター は 選 択 された 円 筒 面 の 中 央 に 配 置 さ れます モーション(Motion)で 方 程 式 (Expression)を 選 択 し Function Builder ウィンドウを 開 きます: SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-7

15 注 記 : 構 成 部 品 / 方 向 プロパティダイアログの 最 後 のフィールドで 相 対 的 なモーションの 入 力 を 行 うための 参 照 構 成 部 品 を 指 定 できます ここでは Link2 を 固 定 された Base に 対 して 移 動 するため このフィールドは 空 にしておきます 最 後 のプロパティ ダイアログ 詳 細 オプション(More Options)では SolidWorks Simulation 応 力 解 析 ソフトウェアに 転 送 するモーション 荷 重 を 受 ける 面 およびエッジを 指 定 することができます Function Builder ウィンドウで 値 (y) に 対 して 変 位 (deg) を 選 択 し Expression Defnition フィールドに STEP(TIME,0,0D,1,45D) と 入 力 します 注 記 : Function Builder ウィンドウの 右 側 にある 利 用 可 能 な 関 数 のリストから STEP(x,h0,x1,h1) をダブルクリックすることもできます Function Builder ウィンドウの 下 部 に 表 示 されるグラフに 変 位 速 度 加 速 度 加 加 速 度 のバ リエーションが 表 示 されます OK を 2 回 クリックして Function Builder ウィンドウとモーター PropertyManager を 閉 じます SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-8

16 モーション 解 析 のタイプ SolidWorks では 3 種 類 のアセンブリ モーション シミュレーションが 提 供 されます: 1 アニメーション(Animation)は 構 成 部 品 の 慣 性 プロパティ 接 触 集 中 荷 重 等 を 無 視 した 単 純 なモーション シミュレーションです このシミュレーションは 合 致 の 妥 当 性 やベー シックなアニメーションの 検 証 等 に 適 しています 2 ベーシック モーション(Basic Motion)では 構 成 部 品 の 慣 性 プロパティ 等 を 考 慮 したより 現 実 的 なシミュレーションを 提 供 します ただし 外 部 的 に 適 用 された 集 中 荷 重 は 認 識 されませ ん 3 モーション 解 析 は 最 も 高 度 なモーション 解 析 ツールであり 慣 性 プロパティ 外 部 集 中 荷 重 接 触 合 致 衝 突 等 のあらゆる 解 析 要 素 を 反 映 するものです SolidWorksMotionManager の 左 側 にあるスタ ディのタイプ(Type of Study)でモーション 解 析 を 選 択 します シミュレーション 時 間 モーション シミュレーションのシミュレーション 時 間 は SolidWorksMotionManager の 最 上 部 に あるタイムラインにより 決 定 されます SolidWorksMotionManager はデフォルトの 解 析 時 間 を 5 秒 に 設 定 しているため このパラメータは 変 更 する 必 要 があります 最 上 部 タイムラインのエ ンド 時 間 キーを 5 秒 から 1 秒 の 位 置 に 移 動 してく ださい シミュレーションを 実 行 する SolidWorksMotionManager で 計 算 (Calculate)アイコン 計 算 中 のモーション シミュレーションに 注 意 してください 結 果 を 表 示 する 注 記 : ズームキー によりタイムラインをズームイン ズームアウトすることが できます タイムライン キーを 右 クリックすることにより 希 望 のシミュレーション 時 間 を 指 定 できます 全 体 座 標 系 での 絶 対 値 結 果 最 初 に Link1 の 角 速 度 と 角 加 速 度 をプロットします をクリックします 結 果 とプロット(Results and Plots)アイコン ます をクリックし 結 果 (Results)ダイアログを 開 き SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-9

17 結 果 (Results)において 変 位 / 速 度 / 加 速 度 (Displacement/Velocity/Acceleration) 角 速 度 (Angular Velocity) および Z 成 分 (Z Component)を 選 択 しま す 同 様 に 結 果 (Results)において Link1 を 選 択 します XYZ 方 向 を 定 義 する 構 成 部 品 (オプション) (Component to define XYZ directions(optional)) フィールドは 他 の 可 動 構 成 部 品 の 局 所 座 標 系 に 対 す るプロット 結 果 を 参 照 するために 使 用 します 図 のよ うなデフォルトの 座 標 系 による 結 果 をプロットするに は このフィールドを 空 白 のままにします OK をクリックしプロットを 表 示 します このプロットは Link1 に 対 する 質 量 の 中 心 の 角 速 度 の 変 動 を 時 間 に 対 して 示 し たものです 前 述 の 手 順 を 繰 り 返 し Link1 の 質 量 の 中 心 に 対 する 角 加 速 度 (Angular Acceleration)の Z 成 分 をプロットしま す 全 体 座 標 系 で この 結 果 から 最 大 の 角 速 度 である 6 deg/sec および 最 大 の 角 加 速 度 である 38 deg/sec^2 が 確 認 できます 同 様 に Link2 と Link3 の 質 量 の 中 心 における 角 速 度 と 角 加 速 度 の Z 成 分 プ ロットも 作 成 してください SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-10

18 結 果 プロットの 格 納 と 編 集 生 成 された 結 果 プロット フィーチャーは SolidWorksMotionManager 内 に 新 たに 作 成 される 結 果 フォル ダに 格 納 されます 任 意 のプロット フィーチャーを 右 クリックすると プロット の 非 表 示 と 表 示 および 設 定 の 編 集 が 可 能 です 結 果 をさらに 確 認 全 体 座 標 的 の 相 対 的 結 果 Link1 の Link3 に 対 する 相 対 角 速 度 の Z 成 分 をプロットし てみます 結 果 フォルダを 展 開 します Plot2 が 表 示 されていることを 確 認 します Plot2 を 右 クリックしてフィーチャーの 編 集 (Edit Feature)を 選 択 します 結 果 を 作 成 する 面 を 指 定 するフィールド の 2 番 目 の 要 素 として Link3 を 選 択 し ます OK をクリックしプロットを 表 示 します プロットは Link1(の 重 心 )の Link3 ( 部 品 の 座 標 系 )に 対 する 加 速 度 の 大 き さを 表 示 します 最 大 相 対 加 速 度 は 負 の Z 回 転 方 向 に 対 して 139 deg/sec^2 で す 前 述 の Link1 だけに 対 する 絶 対 値 の 加 速 度 結 果 と 比 較 して 加 速 度 の 変 化 が 大 き い 点 に 注 意 してください 注 記 : 正 の 回 転 方 向 は 右 手 の 法 則 で 判 断 できます 右 手 の 親 指 を 軸 の 方 向 (このケースでは Z 軸 )に 向 けます 残 りの 指 の 方 向 が 回 転 の Z 成 分 の 正 方 向 を 示 します SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-11

19 局 所 座 標 系 の 相 対 的 結 果 Link1 の 絶 対 加 速 度 の Z 成 分 を Link2 の 局 所 座 標 系 に 変 換 してみます Plot2 を 編 集 し Link3 を 図 に 示 すリストから 削 除 します その 後 XYZ 方 向 を 定 義 する 構 成 部 品 のフィールドに Link2 を 選 択 します OK をクリックしプロットを 表 示 し ます 注 記 : Link2 構 成 部 品 上 のトライアドは 出 力 局 所 座 標 系 を 示 します 固 定 されている 全 体 座 標 系 と 異 なり 局 所 座 標 系 は 回 転 できます この 例 の 場 合 Link2 構 成 部 品 が 機 構 の 動 きに 応 じて 回 転 するため 局 所 座 標 系 も 回 転 します Link2 の 局 所 座 標 系 の Link2 の 絶 対 加 速 度 の Z 成 分 は 負 の Z 回 転 方 向 に 対 して 38 deg/sec^2 です この 局 所 座 標 系 の 絶 対 結 果 を 全 体 座 標 系 の 絶 対 加 速 度 と 比 較 した 結 果 同 じであ ることが 確 認 できます これは 両 方 の Z 軸 が 整 列 しているためです 上 記 の 手 順 を 様 々な 構 成 部 品 および 局 所 座 標 系 の 組 み 合 わせで 試 してみてくださ い 軌 跡 を 作 成 する SolidWorks Motion では 可 動 パーツの 様 々な 点 がトレースするパスをグラフィカルに 表 示 できま す これは 軌 跡 と 呼 ばれます 任 意 の 固 定 部 品 を 参 照 したり あるいはアセンブリ 内 にある 任 意 の 可 動 構 成 部 品 を 参 照 して 軌 跡 を 作 成 することができます ここでは Link1 構 成 部 品 の 点 に 対 する 軌 跡 を 作 成 します 軌 跡 を 作 成 するには 結 果 とプロット(Results and Plots)アイコンをクリックします SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-12

20 結 果 (Results)ダイアログにおいて 変 位 / 速 度 / 加 速 度 (Displacement/Velocity/Acceleration)と 軌 跡 (Trace Path)を 選 択 します 最 初 の 選 択 フィールドにおいて Link1 の 円 形 エッジを 選 択 することで 円 の 中 心 点 を 特 定 し ます 球 により 円 の 中 心 がグラフィカルに 示 さ れます Show vector in graphics window チェック ボックスを 選 択 します パスが 画 面 上 に 黒 い 曲 線 で 表 示 されます 注 記 : 軌 跡 はデフォルトで 固 定 されたグラウンドに 対 して 表 示 されます 他 の 可 動 構 成 部 品 に 対 する 軌 跡 を 表 示 するには 同 じ 選 択 フィールドで 参 照 する 構 成 部 品 を 第 2 のア イテムとして 選 択 する 必 要 があります OK をクリックし 結 果 (Results)ダイアログを 閉 じます ズームアウトしてモデル 全 体 を 表 示 し シミュレーションを 再 生 します ここまでで SolidWorks Motion による 最 初 のシミュレーションは 終 了 です SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-13

21 5 分 間 テスト - 答 え 1. SolidWorks Motion セッションを 開 始 するにはどうしたらいいですか? 答 え: Windows タスクバーで スタート (Start) プログラム (Programs) SolidWorks SolidWorks アプリケーション (SolidWorks Application) をクリックします SolidWorks アプリケー ションが 開 始 されます SolidWorks のドキュメント ウィンドウの 下 方 にある SolidWorks Motion Manager タブ(デフォルトの 名 前 はアニメーション 1)をクリックします 2. SolidWorks Motion アドインのアクティブ 化 はどのように 行 いますか? 答 え: ツール (Tools) メニューからアドイン (Add-Ins) をクリックし SolidWorks Motion を チェックした 後 OK をクリックします 3. SolidWorks で 利 用 可 能 なモーション シミュレーションの 種 類 を 挙 げてください 答 え: SolidWorks では 次 の 3 種 類 のモーション シミュレーションが 提 供 されます: アニメーショ ン ベーシック モーション モーション 解 析 です 4. 解 析 とは 何 ですか? 答 え: 解 析 とは 実 際 に 設 計 がどのように 実 行 されるかをシミュレーションするプロセスです 5. 解 析 はなぜ 重 要 ですか? 答 え: 解 析 によって 高 品 質 の 製 品 を 安 価 にまた 安 全 に 設 計 することができます 従 来 の 費 用 がかかる 設 計 サイクルを 短 くすることにより 時 間 と 費 用 の 節 約 ができます 6. SolidWorks Motion で 何 を 計 算 することができますか? 答 え: モデルが 動 く 際 の 変 位 速 度 加 速 度 および 反 力 を 計 算 します 7. SolidWorks Motion は 部 品 を 剛 体 として 仮 定 しますか それともフレキシブルとして 仮 定 しま すか? 答 え: SolidWorks Motion は 剛 体 のみの 解 析 を 行 いますので すべての 部 品 を 剛 体 として 仮 定 し ます 8. モーション 解 析 は なぜ 重 要 ですか? 答 え: モーション 解 析 によって 設 計 内 容 の 動 作 条 件 下 における 安 全 性 経 済 性 が 分 かります 9. モーション 解 析 を 実 行 する 際 の 主 要 なステップは 何 ですか? 答 え: 主 要 なステップは 以 下 のとおりです : SolidWorks におけるメカニズムの 作 成 ( 合 致 の 作 成 ) 駆 動 部 品 に 対 するモーションの 適 用 シミュレーションの 実 行 および 結 果 の 表 示 10. 軌 跡 とは 何 ですか? 答 え: 軌 跡 とは 可 動 パーツの 任 意 の 点 がトレースするパスまたは 軌 道 です 11. SolidWorks の 合 致 は SolidWorks Motion のモデル 内 で 使 用 されますか? 答 え: はい SolidWorks Motion では 内 部 ジョイントの 自 動 生 成 に SolidWorks の 合 致 が 使 用 され ます すなわち 合 致 によりシミュレーション 対 象 となるメカニズムが 定 義 されます SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-14

22 ディスカッション - 4 バー メカニズムの 駆 動 に 必 要 なトルクの 計 算 4 バー メカニズムの 駆 動 リンクに 角 運 動 がどのように 与 えられたかを 受 講 者 に 質 問 してくださ い 多 くの 場 合 そのようなメカニズムはモータによって 駆 動 されます モーターの 大 きさを 特 定 する 場 合 に 重 要 となるパラメータの 1 つはそこで 生 成 されるトルクであり この 値 は SolidWorks Motion の 標 準 的 な 出 力 の 1 つとして 確 認 できます このトルクを 特 定 すれば アプリ ケーションに 適 切 なモータを 選 択 する 際 に 役 立 ちます SolidWorks Motion から トルクはどのように 計 算 されますか? 答 え 結 果 とプロット(Results and Plots)アイコンをクリックし 結 果 (Results)ダイアログを 開 きま す 力 (Forces) モーター トルク(Motor Torque) 大 きさ(Magnitude) を 指 定 し メカニズム(この 例 では Link2 に 対 して 1 秒 で 45 度 の 角 速 度 を 与 えています)を 駆 動 する RotaryMotor1 フィーチャーを 選 択 します OK をクリックし プロットを 生 成 します 必 要 とされるトルクは 約 110 N-mm です SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-15

23 追 加 課 題 - 形 状 を 変 更 する 受 講 者 に 対 し 以 下 の 画 像 のような 4 バー メカニズムが 得 られるように Link3 の 形 状 を 変 更 さ せます SolidWorks Motion を 使 い このメカニズムを 駆 動 するために 必 要 とされる 新 しいトルク を 受 講 者 に 計 算 させます 角 速 度 には 同 じ 45 deg/sec の 一 定 な 入 力 を 使 用 します 新 しい 駆 動 トル クは 高 くなりますか それとも 低 くなりますか? また それはなぜですか? 答 え 1 SolidWorks ドキュメント ウィンドウの 下 方 にあるモデル (Model)タブをクリックします 2 部 品 Link3 を 開 きます 3 SolidWorks のフィーチャー ツリーで Extrude5 フィーチャーを 抑 制 解 除 (Unsuppress)します 4 Link3 を 保 存 し 部 品 を 閉 じます 5 次 回 4 バーのアセンブリを 開 くと アセンブリは 更 新 されています ( アセンブリを 更 新 する ように 求 められたら はい (Yes) を 選 択 してください ) 6 ここで SolidWorks Motion に 移 行 (SolidWorks ドキュメント ウィンドウの 下 方 にあるアニメー ション 1 タブをクリック)します すべての 合 致 が 保 持 されている 点 に 注 目 してください ま た Link2 の 角 運 動 が 同 じであることを 確 かめます 7 計 算 (Calculate)アイコンをクリックします 8 トルクをプロットして 新 たに 必 要 となる 大 きさを 決 定 します 必 要 な 駆 動 トルクは 大 きくなりました これは Link3 が 重 くなり メカニズムの 駆 動 により 大 きなトルクが 必 要 となるためです SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-16

24 課 題 とプロジェクト - スライダー クランク メカニズム ここでは SolidWorks Motion によるスライダー クランク メカニズムのシミュレーション 方 法 を 確 認 します 往 復 運 動 部 品 の 質 量 の 中 心 における 速 度 および 加 速 度 の 計 算 がゴールとなります 作 業 手 順 1 SolidWorks Curriculum_and_Courseware_2011 のサブフォルダにある SliderCrank.sldasm を 選 択 し 開 くをクリックします(または 部 品 をダブルクリックします) このモデルはクランクの 回 転 運 動 をスライダーの 往 復 運 動 に 変 換 するスライダー クランク メ カニズムに 対 応 するものです クランクは 1 秒 当 たり 360 度 の 一 定 速 度 で 回 転 します 2 アセンブリ 内 の 固 定 部 品 と 可 動 部 品 を 確 認 します 答 え: SolidWorks で 固 定 されている 部 品 は SolidWorks Motion においても 固 定 部 品 として 取 り 扱 われます 今 回 の 例 では Ground および BasePart が 固 定 され 残 りの 構 成 部 品 は 可 動 部 品 となります 3 Crank に 対 して 360 deg/sec の 一 定 な 回 転 速 度 を 設 定 します このモーションは BasePart/ Crank のピン 位 置 に 指 定 します (モーターの 速 度 フィールドには 360 deg/sec という 値 を 直 接 入 力 することが 可 能 です この 値 は SolidWorks Motion で RPM に 変 換 されます ) 答 え: 以 下 を 実 施 してください モーター(Motor)アイコンをクリックしモーター(Motor)ダイアログを 開 きます SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-17

25 モーター タイプ(Motor Type)で 回 転 モーター (Rotary Motor)を 選 択 します 構 成 部 品 / 方 向 でモーター 位 置 モーター 方 向 フィールドの 両 方 に 図 に 示 す 円 筒 面 を 選 択 しま す モーション(Motion)で 一 定 速 度 (Constant Speed)を 選 択 し 360 deg/sec を 入 力 します OK をクリックします 4 シミュレーションを 実 行 する 答 え: SolidWorks MotionManager で 計 算 (Calculate)アイコンをクリックします スタディ タ イプフィールドがモーション 解 析 に 設 定 されていることを 確 認 してください 5 MovingPart の 速 度 と 加 速 度 を 特 定 してください 答 え: 以 下 を 実 施 してください: 結 果 とプロット(Results and Plots)アイコンをクリックし 結 果 (Results)ダイアログを 開 きます 変 位 / 速 度 / 加 速 度 (Displacement/Velocity/ Acceleration) 線 形 速 度 (Linear Velocity) および X 成 分 (X Component) を 選 択 します MovingPart の 任 意 の 面 を 選 択 します OK をクリックし プロットを 生 成 しま す 加 速 度 の X 成 分 に 対 するプロットについても 同 様 にプロットします SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-18

26 Lesson 1 用 語 に 関 するワークシート - 答 え 名 前 クラス : 日 付 : 指 示 : 空 白 に 該 当 する 言 葉 を 記 載 してください 1. SolidWorks によりモデルを 作 成 し プロトタイプを 製 造 し その 内 容 をテストする 手 順 : 従 来 の 設 計 サイクル 2. SolidWorks Motion により 使 用 されるモーション 解 析 手 法 : 剛 体 キネマティック 解 析 とダイナ ミック 解 析 3. 2 つの 部 品 を 結 合 し 部 品 間 の 相 対 動 作 の 決 定 も 行 う 要 素 : 合 致 4. フリー ボディには 幾 つの 自 由 度 がありますか? : フリー ボディには 6 つの 自 由 度 (3 つの 並 進 3 つの 回 転 )があります 5. 同 心 円 合 致 には 幾 つの 自 由 度 がありますか? : 同 心 円 合 致 には 2 つの 自 由 度 ( 軸 を 中 心 とした 回 転 軸 に 沿 った 並 進 )があります 6. 固 定 部 品 には 幾 つの 自 由 度 がありますか? : 0 です 固 定 部 品 はいかなる 方 向 へも 回 転 や 移 動 を 行 えません 7. 可 動 部 品 上 の 任 意 の 点 が 描 くパス: 軌 跡 8. グラウンドに 対 して 往 復 運 動 を 行 うシリンダが 描 く 軌 跡 の 形 状 : 直 線 9. 同 心 円 合 致 に 対 して 与 えられるモーション タイプ: 角 変 位 並 進 変 位 角 速 度 並 進 速 度 角 加 速 度 並 進 加 速 度 10. SolidWorks Motion でギア 動 作 に 用 いることが 可 能 な 合 致 : ギア 合 致 11. 回 転 運 動 を 往 復 運 動 に 変 換 する 際 に 用 いるメカニズム: ラックおよびピニオン 合 致 12. ドライバで 必 要 とされる 必 要 入 力 トルクに 対 する 駆 動 されたリンクで 使 用 された 出 力 トルク の 割 合 : 機 械 的 倍 率 SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-19

27 Lesson 1 テスト - 答 え 名 前 : クラス : 日 付 : 指 示 : 以 下 の 質 問 に 対 し 正 しい 答 え ( 複 数 の 場 合 もあり ) を 記 入 しなさい 1. SolidWorks Motion Manager と SolidWorks Feature Manager の 切 り 替 えはどのように 行 いますか? 答 え: SolidWorks のドキュメント ウィンドウで 左 下 方 でモデ ル(Model)タブまたはアニメーション 1(Animation1)タブ をクリックします 2. SolidWorks Motion ではどのような 種 類 のモーション 解 析 が 行 えますか? 答 え: 剛 体 キネマティック 解 析 とダイナミック 解 析 3. SolidWorks Motion はどのようにして 内 部 ジョイントの 自 動 生 成 を 行 いますか? 答 え: SolidWorks Motion の 内 部 ジョイントは SolidWorks の 合 致 から 自 動 生 成 されます 4. 部 品 に 対 するモーションの 割 り 当 てはどのように 行 いますか? 答 え: モーター(Motor)アイコンをクリックし モーター(Motor)ダイアログを 開 きます ダイアログボックスで 変 位 速 度 および 加 速 度 を 部 品 に 対 して 指 定 することができます 5. 指 定 時 間 に 回 転 モーションを 部 品 へスムーズに 指 定 する 場 合 は どのようにモーションを 指 定 しなければなりませんか? 答 え: モーションは 指 定 時 間 でステップ 関 数 として 指 定 されます 6. 点 間 の 一 致 合 致 には 幾 つの 自 由 度 がありますか? 答 え: 点 間 の 一 致 合 致 には 3 つの 自 由 度 があります (X Y および Z 軸 を 中 心 とする 回 転 ) 7. 軌 跡 とは 何 ですか? 答 え: 可 動 パーツの 任 意 の 点 がトレースするパスまたは 軌 道 8. 軌 跡 の 使 用 例 を 1 つ 挙 げてください? 答 え: 軌 跡 は CAM 輪 郭 を 生 成 するために 使 用 することができます SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-20

28 レッスンのまとめ SolidWorks Motion は SolidWorks に 完 全 統 合 された 設 計 解 析 ソフトウェア ( キネマティックとダ イナミック ) です 設 計 解 析 によって 高 品 質 の 製 品 を 安 価 にまた 安 全 に 設 計 することができます SolidWorks Motion は すべての 構 成 部 品 を 剛 体 であると 仮 定 します SolidWorks Motion では SolidWorks 合 致 から 内 部 ジョイントを 自 動 的 に 作 成 します SolidWorks Motion は アセンブリの 他 のボディを 基 準 として 可 動 ボディの 任 意 の 点 に 軌 跡 を 作 成 することができます SolidWorks Motion で 解 析 を 実 行 する 手 順 : SolidWorks アセンブリを 作 成 する SolidWorks アセンブリ 内 でグラウンドとなる 部 品 を 固 定 する ジョイントは 合 致 から 自 動 的 に 作 成 される モーションを 部 品 に 適 用 する シミュレーションを 実 行 する 結 果 を 検 証 する SolidWorks Motion 教 師 用 ガイド 2-21