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バレーボールにおけるスパイク練習のための ブロックマシンの機構設計
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MinchiMinchi
June 23, 2021
Technology
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バレーボールにおけるスパイク練習のための ブロックマシンの機構設計
2009年度 鶴岡高専 専攻科卒研発表
MinchiMinchi
June 23, 2021
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Transcript
20102݄12 όϨʔϘʔϧʹ͓͚ΔεύΠΫ࿅शͷͨΊͷ ϒϩοΫϚγϯͷػߏઃܭ ػցిؾγεςϜֶઐ߈ ࡾଜݚڀࣨ S80117 ࡞༔
՝ ɹόϨʔϘʔϧͷ࣮ઓతͳεύΠΫ࿅श͔Βߴͳٕ ज़Λʹ͚Δʹ,ࢼ߹ʹۙ͘,ͳΔ͘ڧྗͳϒ ϩοΫΛఆ͢Δඞཁ͕͋Δ͕,ֶߍͷ෦׆ͳͲͰ࣮ ݱͰ͖ͳ͍߹͕͋Δ. • ख़ୡऀΛ֬อͰ͖ͳ͍ • ਓ͕গͳ͍ •
ಛఆͷબख͚͕ͩۃΊͯڧ͍ τοϓϨϕϧͰಉ༷ͳ͋Γ.
ݚڀඪ ΑΓ࣮ʹ͍ۙϒϩοΫΛߦ͍,؆୯ʹૢ࡞Ͱ͖Δϒ ϩοΫϚγϯͷ։ൃΛࢦ͢.
ݚڀ༰ • LEGOʹΑΔࢼ࡞ػͷ࡞ͱ,3࣍ݩCADσʔλԽ • ࢼ࡞ػͷ൚༻෦Խ • εύΠΫͷিܸʹର͢Δڧͷݕ౼
ಈ࡞ͷݕ౼ ཁٻ༷ 1. ਓͷΛͨ͠ܗ 2. ͷ্Լӡಈ 3. Ϙʔϧͷিܸٵऩ 4. ιϑτϒϩοΫͱΩϧϒϩοΫ
5. ωοτͱͷؒʹܺؒΛ࡞Βͳ͍ 6. ࣼΊʹରԠ͖ͨ͠มߋ 7. ͷ։ด 8. ϒϩοΫͷϙδγϣϯมߋ
Fig.1 Soft block and Kill block
ੇ๏ͷݕ౼ ϓϨΠϠʔͷٕज़ϨϕϧʹԠͯ͡,ߴ͞ΛมߋͰ͖Δඞ ཁ͕͋Δ. ωοτͷߴ͞ • உࢠɿ2m43cm • ঁࢠɿ2m24cm ϒϩοΫͷߴ͞ •
தʙߴߍੜɿ2m60cmલޙ • ϓϩબखɿ3m20cmલޙ ͜ͷؒͰ,ߴ͞ௐઅͰ͖Δͱྑ͍.
ػߏઃܭ ཁٻ͞Εͨಈ࡞Λશͯߦ͏͜ͱ͕Ͱ͖ΔػߏΛߟ͑Δ. ·ͣ,ϒϩοΫϚγϯʹඞཁͳػߏΛߟྀͨ͠͏͑Ͱ, શମͷੇ๏Λߟ͑Δ.
Fig.2 Length ratio of 4-links
Fig.3 LEGO model
3࣍ݩϞσϧԽ ߏஈ֊Ͱ࡞ͨࣜ͠ਤ,LEGOͷ؆қϞσϧͰ ,࣮ࡍʹ࡞Ͱ͖ͳ͍ػߏͰ͋ͬͨΓ, ׯবͨΘΈ ͕ൃੜ͍ͯ͠ΔՄೳੑ͕͋ΔͨΊ,ਖ਼͘͠ಈ࡞͢Δ͔ݕ ূ͢Δඞཁ͕͋Δ. ·ͨ,Ұൠʹͳ͍ಠಛͷܗঢ়ͷ෦ Λଟ༻ͨ͠ઃܭϞσϧͰ͋Δͷ·͘͠ͳ͍. ˣ •
3D-CADιϑτͰϞσϧΛ࠶ݱ͠,ಈ࡞֬ೝ • ෦ͷܗঢ়Λมߋ
3࣍ݩϞσϧԽͨ݁͠Ռ ࢼ࡞ػͱಉ༷ͷϞσϧͷ߹,ݻఆ͞Εͯಈ͔ͳ͘ ͳͬͨ. ˠͨΘΈ,ؔઅͷ༡ͼͰಈ͍͍ͯͨ. • ͨΘΈΛಀ͕͢ػೳΛՃ • ༻ύʔπͷ൚༻෦Խ(ύΠϓͱδϣΠϯτ)ͱ,෦ छྨͷݮ
Fig.4 Pipe model
ڧઃܭ ࡞ͨ͠Ϟσϧ,ڧΛߟྀ͍ͯ͠ͳ͍ҝ,ϦϯΫͷ ଠؔ͞અదͰͳ͍. 1. Ϙʔϧ͕ϒϩοΫʹ༩͑ΔিܸྗΛઃఆ͢Δ. 2. Ϙʔϧ͕ͷਖ਼໘ʹͨͬͨ߹ͱ,ଆ໘ʹͨͬ ͨ߹ͷ2௨ΓͷԠྗΛٻΊΔ. 3. িܸྗʹ͑ΒΕΔύΠϓͷܘ,ࡐྉΛબఆ͢Δ.
িܸྗͷઃఆ όϨʔϘʔϧͷऔΓܾΊ • ॏ͞ɿ260ʙ280g • ԁपɿ65ʙ67cm • ؾѹɿ294.3ʙ318.82hPa ൃ͕ܾ·ΔͨΊ,Ϙʔϧ,ΠϯύΫτ࣌ͷ ৮࣌ؒͳͲ͕ΕিܸྗΛٻΊΒΕΔ.
ྗੵ F∆t = m(V − V′) (1) িܸྗ F =
m(V − V′)/∆t (2) ΠϯύΫτޙͷϘʔϧ V′ = eV (3)
• Ϙʔϧͷॏ͞ɹ270g, • εύΠΫ࣌ͷखͷɹ100km/h, • ΠϯύΫτޙͷखͷɹ0km/hʢ੩ࢭঢ়ଶʣ, • ΠϯύΫτ࣌ͷ৮࣌ؒɹ10ms(աڈͷݚڀΑΓ) ͱ͢Δͱ,εύΠΧʔͷʹ࡞༻͢Δিܸྗ Fs
= 750[kgm/s2] (4)
࣍ʹ,ϒϩοΫଆϘʔϧΛٯํʹͶฦ͢ͷͰखʹ ࡞༻͢ΔিܸྗεύΠΫଆΑΓେ͖͘ͳΔͷͰ, • Ϙʔϧͷൃɿ0.7 • ͷൃɿ1(҆શͷͨΊ) ͱԾఆͯ͠িܸྗΛٻΊΔͱ,ϒϩοΧʔͷʹ࡞༻͢ Δিܸྗ Fb =
1275[kgm/s2] (5) Αͬͯ,෦ࡐ͕1275[N]ͷྗʹ͑ΒΕΔ͜ͱ͕,ڧ ͷ݅.
CAEπʔϧͰͷԠྗ֬ೝ ࡞ͨ͠Ϟσϧʹ,ਖ਼໘,ଆ໘ͷεύΠΫ͕ͨͬͨ ͱ͖ͷԠྗΛௐΔ. ͜͜Ͱ,CADιϑτͰ͋Δ SolidWorksଐͷղੳπʔϧCOSMOS XpressΛར ༻͠, δϣΠϯτݻఆͷϞσϧΛ࡞ͯ͠༗ݶཁૉ๏ ͰͷఆੑతͳղੳΛߦͬͨ.
Fig.5 Boundary Condition and Result -1
Fig.6 Boundary Condition and Result -2
ճసϦϯΫΛߟྀͨ͠Ԡྗ ϘʔϧΛड͚ͨࡍ,ଆ໘,ਖ਼໘ͱʹϦϯΫΛશݻఆͷঢ়ଶ Ͱ͋ΔͱԾఆͨ͠. • ҆શଆͷઃܭͰ͋Δ • ੑମͷಈղੳࠔ ͔࣮͠͠ࡍʹ,ਖ਼໘ϒϩοΫ࣌ͷؔઅճసϦϯΫͰଓ͞ Ε͍ͯΔͨΊ,ݻఆঢ়ଶͰͷܭࢉਖ਼͘͠ͳ͍Մೳੑ͕͋Δ. ˣ
ਖ਼໘ϒϩοΫ࣌ͷʹண͠,ϦϯΫʹ͔͔Δ࠷େۂ͛Ϟʔϝ ϯτΛٻΊΔ.
Fig.7 Sketch of link structure
Fig.8 Present beam structure
ࡐྉͷબఆ ۂ͛Ϟʔϝϯτʹ͑͏ΔύΠϓͷްΈ,ࡐྉʹΑΔॏ ྔΛߟ͑Δ. ࡐྉͷ݅ • දతͳۚଐͰ,ೖख͕༰қ • ߱෬Ԡྗ͕ߴ͘,͍ܰ • ৳ͼ͕͋Δఔߴ͍(ੑࡐྉ)
ۚଐͷίετʹΑΔࡐྉબఆ ݱࡏར༻͞Ε͍ͯΔۚଐ,༷ʑͳࡐྉ͔Βͷ߹ۚͰ ͋ͬͨΓ, ಛघͳՃ๏Λ༻͍͍ͯΔͷ͕ଟ͍. ˠछྨʹΑͬͯίετ͕େ͖͘ҟͳΔ. ύΠϓͱͯ͠ར༻͞Ε͍ۚ͢ଐ • SS400ɿҰൠૉ߯ • SCM440ɿΫϩϜϞϦϒσϯ߯
• A6063-T6ɿԡग़͠Ճ༻Ξϧϛ߹ۚ • SUS304ɿΦʔεςφΠτܥεςϯϨε
Table.1 Mass and cost of material g/cm3 yen/cm3 SS400 7.9
30 SCM440 7.8 50 A6063-T6 2.7 10 SUS304 8.0 48
ۚଐͷ࣭ྔʹΑΔࡐྉબఆ ϒϩοΫͷ෯10ʙ12cmͱԾఆ͠,؇িࡐΛ༻ҙ͢Δ ͱͯ͠,ύΠϓͷ࠷େ֎ܘΛ8cm·Ͱͱ͢Δ. ͜ͷଠ͞ͷͱ͖ͷۂ͛ʹ͑͏ΔύΠϓͷް͞ͱॏྔ Λ,ۚଐ͝ͱʹܭࢉ͢Δ.
Table.2 Thickness and weight of material Outside diameter of pipe
[mm] 80 Material Thickness [mm] Mass [kg] SS400 3.0 8.37 SCM440 0.8 2.27 A6063-T6 3.4 3.21 SUS304 3.5 9.82
બఆࡐྉʹΑΔԠྗղੳ ࡐྉͱ,ύΠϓͷܘ͕ఆ·ͬͨͷͰ,͜ΕΒͷ͔݅Β ఆྔతͳݕ౼Λߦ͏. • ύΠϓ֎ܘɿ80mm • ύΠϓܘɿ73.2mm ͱมߋ͠,࠶COSMOS XpressʹΑΓղੳΛߦ͏.
Table.3 Result of FEM using A6063-T6 Numerical result stress [MPa]
safety factor front 69.6 3 Finite Element Method stress [MPa] safety factor front 56 3.8 side 65.5 3.2
݁Ռ ࡐྉA6063-T6ͷΞϧϛ߹ۚΛར༻͠,֎ܘ80mm Ͱް͞3.4mmҎ্ͷύΠϓΛ༻͍Ε,͜ͷϒϩοΫ ϚγϯͷඞཁڧΛຬͨ͢͜ͱ͕Ͱ͖Δͱߟ͑ΒΕΔ.
• ཱঢ়ଶͰ҆ఆ͠ͳ͍. • ૢ࡞ͷࣗ༝͕ߴ͍ͨΊ,ૢ࡞ੑ͕ෆ໌Ͱ͋Δ. • શମॏྔ,ϒϩοΫϚγϯԼ෦ͷݕ౼Λߦ͍ͬͯ ͳ͍. • ݻఆؔઅͱͯ͠ղੳ͕ͨ͠,࣮ࡍʹճసؔઅͳͷ
Ͱ,ղੳ݁Ռ͕ҟͳΔ.
݁ݴ • ϒϩοΫϚγϯʹඞཁͳػೳͱڧΛ໌Β͔ʹͰ ͖ͨ. • ෦తͰ͋Δ͕,ܗঢ়ͱڧʹ͍ͭͯݕ౼͠,҆શ Ͱ͋Δ͜ͱ͕֬ೝͰ͖ͨ.
ޚਗ਼ௌ͋Γ͕ͱ͏͍͟͝·ͨ͠ɻ
όϨʔϘʔϧͷ࿅श༻۩ Fig.9 ϒϩοΫωοτ Fig.10 ϒ ϩ ο Ϋ ω ο
τͷ༻ྫ molten ɹϗʔϜϖʔδΑΓ