渦巻きと滑り台


  1. 渦巻き(スパイラル)

    渦巻き型のスケッチの作成と、それを利用して円錐台を渦巻き状にカットする方法を紹介する。
    次に、この溝にボールをのせて、重力で転がるシミュレーションする方法(モーション解析)を紹介する。

  2. 手法

    1. 円錐台

      平面で直径200mmの円を作成、500mm押し出して円筒を作成する、
      フィーチャーの抜き勾配を選択する。
      円筒の上の面をニュートラル平面とし、円筒側面に25度の抜き勾配を指定する。
      円錐台ができる。


      これに、以下のような円断面のスパイラルカットを作成する。

    2. 溝の断面

      正面図で円錐台の左肩に直径35mmの円をスケッチする(スケッチ3)。

       
      円錐台の上面に縁から15mm、台から5mm上に直径35mmの円をスケッチする(スケッチ2)。
      この円で円錐台をスパイラルカットする。

    3. スパイラルカーブ

      スパイラル(渦巻き)カーブは作成する面のスケッチを必要とする。
      円錐台の上の面を選択し、200mmの円をスケッチする。
       円のスケッチを選択してから、フィーチャー>カーブ>スパイラルカーブを選択する。
      定義を「高さを回転」、高さを500mm、「反対方向」をチェック、回転数を5、開始角度を270度、右回り、とする。
       テーパーに250度、「外側にテーパー」をチェックする。
       図のような渦巻きが作成できる。


    4. カットスイープ

      指定した断面と指定した軌道で、対象をカットする機能である。
      カットスイープを選択する。
      赤のスイープ面をスケッチ3(カットする円)、軌道を渦巻き(スパイラル)とする。
      図のように、円錐台の表面がカットされる。

      これを、slideslope の名前で保存する。

  3. 球の作成

    滑り台を転がすボールを作成する。
    原点に半径15mmの半円を作成し、中心軸周りに回転し球を作成する。
    ballの名前で保存する。

  4. アセンブリ

    slideslopeを選択、固定する。
    ballを滑り台の先頭の溝に組み込む。

  5. モーション解析

    重力や3D解析はアニメーション機能では不十分で、モーション解析を組み込む必要がある。
    ツール>アドイン でSolidWorksMotion をチェックする(右側のチェックを入れると次回起動時も有効となる)。

    下のメニューでモーションスタディを選択し、ステージの左上のメニューで「アニメーション」を「モーション解析」に切り替える。

    以下のように重力と3D接触を設定し、渦巻きを滑り台としてball を転がす。

    「重力」を設定する。
    Y軸にg=9806 の加速度を設定する。

    「3D接触」をチェックする。
    ball と スロープを選択する。
    摩擦を指定する。vk=5、μk=0.1、程度
     vk は速度に比例した摩擦、μkは定数の摩擦である。
    「計算」を押して、シミュレーションの計算をする。
    「再生」でこの値を変更して、転がりの変化を観察する。

  6. 報告、アンケート

    報告
    ボールが中間まで転がったところで一時停止し、印刷して提出する。

    アンケート

    スパイラルカットの手法は理解できました?
     1.理解した  2.だいたい  3.なんとなく

    重力滑りのシミュレーションはできましたか?
     1.できた  2.うまくいかない

    シミュレーション結果は
     1.自然  2.おかしい場合がある  3.かなりヘン