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コラム:機構・切削

機構解析におけるNVH解析の近況

材料・工学技術部 応用技術第1課 山崎 義昭

[2020/11/25]

近年、計算機性能の大幅な向上と解析ソフトウェアの機能の進歩により、機構解析の分野においても弾性体を用いた解析の結果が一般的にかつ容易に得られるようになってきました。
しかしながら、NVH問題における振動解析では、実現象に近い結果を得るために弾性体ボディとしてのFEMモデルが複雑でかつ大規模になりがちで、計算負荷が高く大規模な計算機環境と長い計算時間を必要としていました。そのため、これまでは非定常な状態を時刻歴に沿って解析を進めることが非常に困難であり、非定常状態(時間領域)での解析をあきらめて定常状態(周波数領域)を考えた振動解析をおこなうことが多く行われてきました。しかしながら、周波数領域での解析では、あくまで定常状態での特性の解析を前提としており、状態が時刻で変化する非定常現象のモニタリングは困難なものとなっていました。
近年、機構解析ソフトウェアDAFULでは、非定常なNVH解析に対して、ダイナミクス解析をベースとした新たなアプローチを適用して成果をあげてきました。この新たなアプローチでは、ボディの微小変形は剛体接続のコンプライアンス特性で表現することができるという仮定のもとに、剛体ボディにおける接触表現を工夫することで、剛体ボディを用いた解析によって弾性体ボディを用いた解析と同等の解析結果を得ることに成功し、それにより非常に高速な解析が可能となりました。この新たなアプローチを利用すると、解析が剛体ボディを用いた解析で可能となるため、計算負荷が大きく軽減され、一般的な境界条件の状態の下で時刻歴変化する環境を考慮した解析が可能となり、非定常状態での特性を容易にモニタリングすることができるようになります。
これまでDAFULでは、このアプローチを主にギヤの噛み合い解析をおこなうためのドライブトレインツールキットとして提供して実績を上げてきました。今回DAFULの最新バージョンにおいては、このアプローチを応用して複雑なモデルをリアルに短時間で簡単に解析できる2つのツールが追加されましたのでご紹介いたします。

1)チェーンタイプCVTデザイナー
1)	チェーンタイプCVTデザイナー

CVT(Continuous Variable Transmission)シミュレーションにおいて、最先端のCVTモデリング手法とシミュレーションアプローチで構成されたCVTデザイナーが開発されました。このツールを利用することで、これまでは弾性体ボディを使用した解析でのみ可能だったCVT特有の動解析の挙動が、剛体ボディをベースにしたシミュレーションアプローチを利用することにより結果を迅速かつ容易に得られるようになりました。この新たな手法により、CVT設計者は運転環境に関連する重要な特性を素早く得ることができます。新たなCVTデザイナーは、ピン、プーリー、コネクターのモデラーで構成され、DAFULリンク(チェーン)ツールキットの中で使用することができます。CVT設計者はこのCVTデザイナーとツールキットのチェーンの配置機能と組み合わせて利用することで、信頼性の高いCVTモデルをより迅速・容易に作成することができます。

2)Cycloidal 減速機デザイナー
Cycloidal 減速機

Cycloidal 減速機は、ギヤの噛み合いにおいて複数の歯が同時に接触するという接触特性を持つことで、耐衝撃性が高く、バックラッシュが少なくなり、ロボットの関節などの精密変速機に広く利用されています。
力の伝達性能に大きく寄与する主なパラメータは、ねじり剛性と伝達誤差です。また、入出力軸に沿ったコンプライアンス特性を得るためには、遊星ギヤシステムやサイクロイドギヤへの歯面の修正が必要です。2組のサイクロイドギヤは、システムのバックラッシュを最小化または除去するための重要なコンポーネントとなっており、NVH問題におけるパフォーマンスは他のギヤシステムと比較して非常に高くなります。
DAFULのCycloidal 減速機デザイナーでは、解析をおこなうためにドライブトレインツールキットに新たな要素を追加しました。1つ目がリングギヤを持たない遊星ギヤシステム、2つ目が遊星ギヤによって駆動される偏心軸、3つ目がピンタイプのサイクロイドギヤとなります。Cycloidal 減速機のモデラーを使用すると、これらの新たな要素を含むすべてのコンポーネントを簡単に組み立てることができます。

現在、弊社ではDAFULに関する「体験セミナー」などをオンライン環境にて随時開催させて頂いております。さらに、解析関する相談会なども随時開催いたします。お気軽にお問合せください。

関連情報

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参考文献
  • ナブテスコ株式会社 精密減速機RV プロダクトガイド