機械系教科書シリーズ28

CAD/CAM
工学博士

望月 達也 著

コロナ社

©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

53D-CAD と力学©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

直 径：200 mm
板 厚： 5 mm
密 度：7 . 8×10－3 g/mm3

図5.1 円盤の質量特性（直径20 mm，板厚5 mm）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

中心から半径30 mm の円周上に配置

中心から半径55 mm の円周上に配置

中心から半径80 mm の円周上に配置

部品の構成
円盤（直径200 mm，板厚5 mm） ：1 枚円柱（直径25 mm， 長さ100 mm）：1 個円柱（直径20 mm， 長さ40 mm）：8 個
密度：7 . 8×10－3 g/mm3（7 . 8 g/cm3）
質量：2 275.082 g

図5.2 質量特性の比較©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

中心から30 mm
Pz＝Lyy＝Iyy＝6 . 806×106 g･mm2

図5.3 質量特性の計算結果（続く：1，2）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

中心から55 mm
Pz＝Lyy＝Iyy＝8 . 264×106 g･mm2

図5.3 （続き：1）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

中心から80 mm
Pz＝Lyy＝Iyy＝10 . 580×106 g･mm2

図5.3 （続き：2）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

原点(0,0,0)
図5.4 「I」形状の梁©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

(0,50,0)

図5.5 「I」形状の梁の断面特性の計算結果©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

原点(0,0,0)

図5.6 「L」形状の梁©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

図5.7 「L」形状の梁の断面特性の計算結果©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

解析条件
材 料：炭素鋼
縦弾性係数（ヤング率）：2 . 1×105 N/mm2
ポアソン比： 0 . 28
材料モデル：等方性材料
拘束条件：底面を完全固定
荷重条件：上面に力10 000 N（方向：上）DL P
R直 径（D）：Φ 14 mm
標点距離（L）： 50 mm
平行部の長さ（P）： 約60 mm
肩部の半径（R） ： 15 mm

図5.8 【例題1】JIS 4 号試験片©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

引張応力 65MPa （力10,000N/断面積153.86mm2）

図5.9 解析結果（ミーゼス応力）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

t10材 料： 炭素鋼
弾性係数 ： 2 . 1×105 N/mm2
ポアソン比 ： 0 . 28
材料モデル ： 等方性材料

上面に上向きに50 000 N の力を作用させる

底面を固定

図5.10 【例題2】円孔のある平板©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

ミーゼス応力応力集中

図5.11 解析結果（ミーゼス応力）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

1000N

600mm
解析条件
材 料：炭素鋼（ a ） 「I」形状

縦弾性係数（ヤング率）： 2 . 1×105 N/mm2
ポアソン比：0 . 28
材料モデル：等方性材料
拘束条件 ：梁の左側面を完全固定
荷重条件 ：梁の右側面に1 000 N の集中荷重（荷重は下向き）

1000N（ b ） 「＋」形状

図5.12 【例題3】断面二次モーメントの比較©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

(X,Y,Z)=(0,50,600)におけるY方向の変位 ‐0.1207mm（ a ） 「I」形状

片持ち梁の計算 (たわみ；0.120mm）(X,Y,Z)=(0,50,600)におけるY方向の変位 -0.400mm（ b ） 「＋」形状

片持ち梁の計算 (たわみ；0.396mm）

図5.13 線形静解析を実行した解析結果（Y 方向の変位）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

（ a ） 「I」形状（ b ） 「＋」形状

図5.14 解析結果（ミーゼス応力）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

リンク c

リンク d
リンク bリンク c
リンク aリンク b

図5.15 4 節リンクの形状（例1）

リンク d

リンク a

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モーター
回転速度60rpm

図5.16 モータの定義©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

0 sec0.1 sec

0.4 sec

0.2 sec

0.5 sec

0.8 sec

0.3 sec

0.6sec

0.9 sec

0.7 sec

1.0 sec

図5.17 機構解析の実行結果©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

リンクC 重心位置 X 方向

リンクCの重心の移動

リンクC 重心位置 Y 方向

図5.18 リンクc の重心位置の移動©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

リンクdの角度

リンクdの角速度

リンクdの角度、角速度、角加速度

リンクdの角加速度

図5.19 リンクd の角度，角速度，角加速度の変化©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

部品ｄ

部品e

部品 a
部品 c

部品 b

図5.20 4 節リンクの形状（例2）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

部品 b

部品 a

部品 c

図5.21 4 節リンクの各部品の形状と寸法
部品e
部品 ｄ©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

部品dの重心位置の運動

330

モーターの回転数
60rpm

図5.22 部品d の取付けとモータの回転©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）図5.23 リンク機構の動き©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

部品dの重心位置の運動

X 方向の変位

X 方向の速度モーターの回転数 60rpm

X 方向の加速度

図5.24 部品d の重心位置の動き（X 方向の変位，速度，加速度）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

図5.25 解析モデル例 (L 字スタンド）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

図5.26 拘束条件

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（ a ）1 次モード（210 Hz）（b ）2 次モード（1 207 Hz）（ c ）3 次モード（1 302 Hz）

図5.27 固有値解析の結果©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

（ a ）リブ （中央）（ b ）リブ （両側面）図5.28 リブによる補強例©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

（ a ）1 234 Hz（ b ）1 378 Hz

図5.29 1 次モード
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（ a ） 1 421 Hz（ b ） 1 656 Hz

図5.30 2 次モード
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（ a ）形状，寸法（ b ）計算領域（ c ）発熱量（ d ）解析のゴール

図5.31 ヒートシンクの形状と寸法，計算領域，発熱量，解析のゴール©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

（ a ）アルミニウムの熱伝導率（ b ）解析のパラメータ

ヒートシンク底面を除くすべての面(表面積 2447.9㎜2）；熱伝達係数 10 W/（m2・K)
重力加速度 9.81m/s2 (加速度の方向はZ方向のマイナス方向）

図5.32 アルミニウムの熱伝導率，解析のパラメータ（熱伝達係数，重力加速度）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

（ b ） 固体温度

（ a ） 流跡線

図5.33 流体解析の結果©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

（ a ）放熱板（表面積が同じ）（ b ）放熱板（高さを変える）

図5.34 放熱板の形状©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

（ a）流跡線

図5.35 流体解析の結果（続く）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

（ b ）固体温度

図5.35 流体解析の結果（続き）©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

原点

原点
拡大図

中心軸

断面問図5.1©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

原点

中心軸

断面問図5.2©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

原点

問図5.3
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問図5.4原点©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

材料特性

面③
面①

面④面②(a)

問図5.5 （続く）

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面③
面①

面④(b)

問図5.5 （続き）

面②

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点B（モータの軸）
点A

部品b

部品a

部品c

（ a ）リンク機構（ b ）折り畳んだ位置

問図5.6 (続く)©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

部品a

部品b部品b

部品a
部品c
部品c

問図5.6 (続く)（ c ）部品の寸法©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

変 位〔deg〕（3, 52）（0, 0）

時 間〔s〕（ d ）三次多項式

問図5.6 (続き)©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）

Y

変 位 〔deg〕

フォロワーの中心X

時 間 〔s〕

モータ

問図5.7©Tatsuya Mochizuki 2021，「CAD/CAM」（機械系教科書シリーズ28）（2021年，コロナ社発行書籍関連資料）