自由の翼で外遊び: 3DCAD

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2021年2月13日土曜日

2月13日＜HAM＞パドルVer4構想 3DCADで作ってみました

またまたエレキー用のパドルの話題です。

最終形の構想が固まってきましたので、3D CADでモデリングしてみました。

まずは金属でレンダリング。

材質は透明アクリルを予定していますので、クリスタルVer.。

アクリルの加工は難しいですね。無理すると割れますし、結構固いので、切るのも削るのも時間がかかります。ジグソーで切ったら溶けました。（苦笑）

加工の精度も上げないと。　直角度、平面度・・・・限られた工具では難しいです。

2020年9月17日木曜日

9月17日＜3D CAD＞フレームの捩り剛性比較 Diamond, Mixte, Sport, Staggered

先日、フレームの横剛性比較と縦剛性比較を行いましたが、やはりペダルからの入力によるフレームの捩り剛性を比較する必要があると思われましたので、モデルを作成し、計算してみました。

作成したBB、クランク、ペダルのモデルです。

BB、クランク、ペダル共に一体でΦ20の鋼製です。(笑)　

一応ベアリング相当のリングを付け、フレームに回転ジョイントしています。

荷重条件

片方のペダルを下死点にして、全体重(600N)をかけた状態にしました。

結果

Diamond

Mixte

Sport

Staggered

結果まとめ

BBの変位よりも、Pedal先端の変位が、一般のフレーム剛性のイメージに近いのかもしれません。

つまり、ペダルの片方に全体重をかけた時のBBの傾き、これがフレームの捩り剛性を代表する数値なのかもしれません。

ちなみに、正面から見ると、この様な変形状況です。

2020年9月15日火曜日

9月15日＜3D CAD＞フレームの縦剛性比較 Diamond, Mixte, Sport, Staggered

亡くなられたヒロセさんのYoutubeに影響され、先日の記事でMixteとDiamondフレームの横剛性を比較してみましたが、両者間にあまり差がなく、「横剛性より縦剛性の方が差が出るのではないか？」とか、Youtubeで言われている「MixteとSportの差」が気になりましたので、今回モデルを作成し、比較してみました。

ついでに、MixteやSportの原点ともいえるStaggeredも検討してみました。

なかなか面白い結果になりました。

モデル

Sport

今回作成したSportです。トップチューブはΦ25.4、t=1、セントラルステイはΦ12、t=1にしてみました。

Sportって何？という方は、ヒロセさんのYoutubeを見てください。

Staggared

これも今回作成したStaggaredです。Sportのセントラルステイを外しただけです。

ヒロセさんのYoutubeでは"Anglais"でした。

解析条件

＜拘束条件＞

前後ハブを、X＆Z方向に拘束

BBを、Y方向に拘束

＜荷重＞

BBの-Z方向に600N

結果

Diamond

Mixte

Sport

Staggered

結果まとめ

Frame Type	BB 変位		Seat-Tube Top
Diamond	0.2383	1	0.2973	1
Mixte	0.2635	10.6%	0.3525	18.6%
Sport	0.2583	8.4%	0.3479	17.0%
Staggered	0.9432	295.8%	1.375	362.5%

DiamondとMixte、Sportの差は、思ったより小さいという感じです。

Staggeredは異常です。初めは、拘束か荷重を間違えたのではないかと思ってしまいました。

変形の状況を見ると、とにかく、フロントフォークが片持ち梁なので変形が大きく、上の3種は、その反力をうまく後軸に伝えているのに対し、Staggeredは、シートチューブが3点曲げ状態になり、物凄い変形になっています。

Staggeredの応力を見てみると、トップチューブとの接合部に降伏安全率4.7という応力が発生しています。

体重61.2kgの人が、ペダルに立ち上がった状態(1g)でこれですから、凸凹道を走ったりすれば、2g、3gは発生すると思いますので、Youtubeで言われていた「男子高校生が通学に使ったフレームの亀裂」というのが頷けます。

まとめると、ヒロセさんが言っていたほど、Mixteは弱くないという感じです。あくまでも、この計算条件では。

違う条件を見つける必要があります。そうはいっても、実際の使用から外れた条件で計算しても意味がありません。例えば、ヘッドチューブを固定して、BBに横方向の荷重を掛けるとか。

今度は、クランクとペダルを作って、BBに捩じりを加えてみますかね。

それにしても、Staggeredの変形はすごいですね。　実際のフレームはシートチューブを補強してあるのだと思います。

p.s.

Staggeredというのは、トップチューブとシートステイがジグザグ(Z型)なので、そう呼ばれているようです。初めて知りました。

＜引用＞

staggered 【形】驚いた、がくぜんとした交互の、互い違いの、ジグザグ状の

ちなみに、Mixteは、男女兼用という意味だそうです。

2020年9月9日水曜日

9月9日＜3D CAD＞フレームの横剛性って何？　ダイヤモンドvsミキスト

まだまだ暑い日が続いています。　なかなか本格的に走る気がしなくて、体力の衰えが心配な今日この頃です。

さて、先日、rikoパパさんのブログの記事から亡くなられたヒロセさんのYoutubeをみていて、ヒロセさんの言われている「6本バックのミキストの横剛性が低い」ということが気になり、「本当なの？」「どの位低いの？」などと考えていました。

で、久しぶりに3DCADで解析してみることにしました。

2ヶ月近く離れていると、だいぶ忘れてしまうものですね。脳の老化を実感します。

まずは、モデル化

以前解析を行ったダイヤモンドフレームのトップチューブを削除し、ヘッドチューブからリヤエンドまでを、Φ12ｘt1の2本のパイプで繋ぎます。

そのパイプとシートチューブも、パイプで連結します。

モデルが出来たら解析なのですが、「フレームの横剛性って何？」という疑問が出てきます。

つまり、どこをどのように拘束し、どこにどの方向の荷重を掛けるかという、解析には必要な前提条件です。

とりあえず、以下の条件で計算してみました。

＜拘束条件＞　Xは左右、Yは前後、Zは上下

・前後のハブのX,Z

・BBのY

＜荷重＞

・BBのX方向に600N

簡単に言うと、自転車を横にして、ハブを固定（前後以外）し、BBに61.2kgの体重の人が乗った状態です。

6本バックのミキスト

同じ条件のダイヤモンド

＜結果＞

	BBのX方向変位ｍｍ
ミキスト	1.139
ダイヤモンド	1.189

残念ながら、ダイヤモンドの方が変位が大きいですね。

横剛性という定義が違うのでしょうね。　

ミキストは見た目、明らかに縦剛性が低いです。

縦剛性、つまりBBに垂直の荷重を掛けた場合のフレームの変形です。

皆さんの言う感覚的な横剛性は、計算上の縦剛性で代表できるのかも？？？？

横剛性と同時に、「フレームの捩じれ」ってよく使いますが、これはもっと難しそうですね。

捩じれは横剛性と同じ？

実際に乗っている時には、どのような条件で、一番捩じれを感じるのか？　ダンシング？　

"MIXTE"と"SPORT"の違いも気になるし、もうちょっと遊んでみましょう。

p.s.

今回もメッシュ分割中にエラーが出ました。試行錯誤し、結果、メッシュを標準より細かくして無事に分割が出来ました。

2020年7月18日土曜日

7月18日＜3D CAD＞ CW静荷重解析チェーンが伸びるとどうなるか？

今までのチェーンホィールの静荷重解析において、荷重条件は3枚の歯にのみ荷重がかかるという条件で検討していました。

一部から、それでは「荷重が集中しすぎ」との意見がありましたので、10枚の歯に荷重がかかった場合を検討してみました。

もちろん合計の荷重は同じ600Nです。　3枚荷重：200Nｘ3枚、10枚荷重：60Nｘ10枚

ちなみに、600Nというのは、ペダルの荷重でいうと35.6kg、体重の半分強で踏んでいる状態です。

35.6kg*9.8N=600N*96mm(48Tの噛合い半径)/165mm(クランク長)

3枚荷重と10枚荷重、言い換えれば、10枚荷重はチェーンが新しく、3枚荷重はチェーンが伸びた状態と言えるかと思います。

降伏応力安全率

3枚荷重

10枚荷重

変位

3枚荷重

10枚荷重

結果まとめ

	単位	3T荷重	10T荷重	差
min安全率		1.808	2.09	13.5%
max変位	mm	0.1664	0.153	-8.8%

10枚荷重の場合、3枚荷重に対し、応力や変位は一割程度低下します。

言い換えれば、チェーンの伸びにより、一割程度、ギヤの応力や変位が悪化すると言えるかもしれません。かなり大胆な仮説ですが。

チェーンホィールの変形は、量は改善していますが、傾向としては大きな変更は無く、飾り窓の内側に最大応力が発生します。

変位の違いとして目立つのは、⇒の部分ですね。

2020年7月15日水曜日

7月15日＜3D CAD＞チェーンホィール静荷重解析サンプレSimplex追加検討（TA,RHとの比較）

チェーンホィールの静荷重解析を3D CADのFusion360で行ってきましたが、今回は根強い人気のサンプレのチェーンホィール（以下Simplex）を追加検討し、TAやルネスパターン（RH）と比較してみます。

今回の比較は、あくまでパターンの優劣を比較するため、板厚や材質は共通としました。

仕様＆解析条件

48T　板厚3.5mm、ギヤ部板厚2.2mm

材質　アルミ7075（実際の材質が不明なので、7075と仮定）

拘束は、クランクとの固定ネジ部をピン拘束（半径方向＆軸方向）

中央部の穴やインナー取付のボルト穴は、同じ厚さの別部品を追加して解析しました（無しでは変形が違います）

荷重は、3枚の連続する歯の円周方向に各200N　（180degズラしたCaseも検討）

安全率

変位

板厚方向変位

結果まとめ

前回行ったTA,RHとの比較をしてみます。

	単位	TA	RH 3.5 ave	Simplex ave	差（TA vs Simp)
min安全率		1.828	1.818	1.663	-9.9%
max変位	mm	0.1393	0.1412	0.17395	19.9%
板厚方向変位	mm	0.05982	0.05807	0.0712	16.0%
質量（参考）	g	129.8	117.6	132.2	1.9%

サンプレは、応力も、変位も、質量も大きいという、パターンとしてはあまり優れた形状とは言えないようです。

サンプレは、歯の内側の2重形状が特徴ですが、内側のリングの変形が大きいですね。それによって、歯の部分があまり真円を崩さずにすんでいるようにも見えますが。

2020年7月9日木曜日

7月9日＜3D CAD＞チェーンホィール静荷重解析ルネルスパターン板厚4.4mm追加検討

先日Upしたチェーンホィール(以下CW)の静荷重解析では、TAパターン(以下TA)とルネルスパターン(以下RH3.5)を同じ板厚で比較いたしましたが、WSDさんからRHの実際の板厚を教えていただきましたので、その板厚4.4ｍｍ(以下RH4.4)で検討比較してみます。

モデルRH4.4

なお、断面形状は、RH3.5はTAと同様に、片面にのみ段差がある形状としましたが、RH4.4については、裏表で対称の形状としました。

材質は、実際にはもっと低強度のものと思われますが、とりあえず、TA、RH3.5と同様にアルミ7075で計算しました。

結果

安全率

30deg

変位

30deg

結果まとめ

数値ベースの比較です

	単位	TA	RH 3.5 ave	RH 4.4 Ave	差（TA vs RH4.4)
min安全率		1.828	1.818	1.807	-1.2%
max変位	mm	0.1393	0.1412	0.10865	-28.2%
板厚方向変位	mm	0.007271	0.005056	0
質量（参考）	g	129.8	117.6	144.9	10.4%