Kitregon Design System (A)

自由発想・自由デザインを目的としたシステムを趣味として開発しています。自転車に必要なフレームの機能部品をいろんな種類について製作しておきます、あとは必要なものを取り出してパイプでジョイントすれば実用的に乗ることが可能なものになるのです。プレハブリケーションといえるかもしれません。

デザインモデルを製作するための部品群とそれらを組み合わせた参考例のスタイルブック、そしてCADを利用して図面と構造力学計算が可能なシステム検討しています。力学問題はFEMという有限要素法を活用します。数学が中心になりますが人手では困難な計算処理はコンピュータの発達により今ではPCを利用していろんなことができる時代です、誰もが簡単に有限要素法を利用できる時代です。

有限要素法を理解するには、多少の基礎知識が必要です。有限要素法には、空力・流体力学、伝熱学、弾性力学などと、数学関連でベクトル演算、マトリックス演算、テンソル演算、連立方程式の解法、数値積分と数値微分などを扱うのでシステムを製作するには勉強が必要な人もいるかもしれません。もう一つ素材の物性値が必要ですが、これはデータベースを利用します、これを読んだ途端に尻込みするか諦めてしまう人がいるかも知れません。

だが、自転車のデザイン画(スケルトン図)をPCで描くとフレームの力学計算の結果を知らせてくれるシステムをこれから作ろうとしています。このシステムによってオンリーワンの自作自転車が作れるようになればお役に立つのではないかと思います。いろんな分野の知識と経験を求めています、扱うフレーム素材は、アルミ合金、ステンレス、クロームモリブデン、カーボン繊維等を利用します。現在アルミとカーボンについて実現しようとしています。

この実現には素材物性・材料力学・構造力学・流体力学・機械設計・加工技術・接着技術・板金加工・切削加工・精密鋳造・カーボン・実験計画・要因分析・力学試験・CAD・FEMこれらの知識も必要です、皆様のご協力をお願いします。

Kitregonを利用した一つの例としてLemonを紹介します。
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デザイン
処女作のレモン画像をクリックしてKitLemon(A)のスライドショーをご覧下さい。
レモンの特徴はロングテールを取り入れて前後の輪荷重バランスを等分にしたことです、これは結果として坂道での負荷を軽減する働きがあります。健脚で強力なパワーの持ち主には必要ないが、非力な人にとっては非常にありがたいものだと言えます。
軽量化も重要ですが、ディメンションについても再検討が必要だということがわかりました。
処女作としては成功したと思います、その後の発展として、車体重量5kgに挑戦というテーマでカーボンフレームの試作など実用化の方向に進んでいます。
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この自転車は、自由デザイン、フリーサイズのものを作る考え方の実現を目指したものです、体重40KGから90KGの人が乗れるようなものを提案します。自分のサイズに合わせて、リーチ、キャスターアングル、シートアングル、ホイールベースなどの角度、長さを可変にしたものを作ることができます。好みのパーツを組み込んでオンリーワンの自転車を作ります。その手順は下記の通りです。

1. スケルトン図の作成
自由発想自由デザイン絵を描く 

2. デザイン画
フレーム剛性や操縦特性、ステアリング配置等、デザインモデル製作に必要なデータを得る。

3. 設計・製作
チューブを自分のサイズに合わせて加工する。あとはネジでとめるだけでフレームが出来上がる、実用的には軽くて壊れる一歩手前で安全が確保できるというものが必要です。フレームの撓みはは下記の図に示したよう電卓で簡単な計算で求めることができます。この自転車で重要なパラメタとなります、自分の好みに合う値を見つけ出します。

自分に見合うサイズ設定とキャスターアングルからトレイル長を決定することが乗りやすい自転車をつくる目安といえます。間もなくテスト用モデルが出来上がってきます。自由発想のモバイルバイク、一つの考え方として提案するものです。理論と製作実験から新たな設計法として取りまとめ、誰もがオンリーワンの自転車が作れるようなシステムを公開する計画です。

4.テストラン
組立てが終わり走行テストを行います。Kitregonはキャスターアングル、シートアングルが可変構造なので乗りやすさの適正値を実験で求めることができます、また乗り心地の特性値として自転車の固有振動数を測定し自分の好みに調節することも出来ます。いろんな要因分析の実験結果から、改良すべき点などを修正しプロトタイプの製作に進みます。



Kitregonの応用作品としてリカンベントを製作してみました。自由発想・自由デザインのサンプルです。
Kitregon

Kitregon

Kitregon

自転車の設計に関する情報は極めて少なく、作り方の解説書も必要だと感じます。競技用のものに下記のような情報がありましたので紹介します。

トレックとランスの開発チームが、ベストを創造する「絶対的存在」 の実現に、デザイナー、エンジニア、物理学者、化学者、カーボン生産技術者、バイクショップオーナー、プロジェクトマネージャー、平均レベルのライダー、ジョージ、リーヴァイ、ポポ、そしてランスといったプロライダーの面々からなる超大所帯チームが、約2年間テストを繰り返し行い、究極のライディングを求めて開発を続けた。これはトレック最大規模の開発プロジェクトになる。という記事があります。

 自転車メーカーのTrekは、Opteronベースのワークステーションを利用して、ロードレース用バイクの設計に磨きをかけているが、この経験を通して学んだことが活かされれば、将来ショップの店頭に一段と多彩な形態の自転車がならぶようになるかもしれない。事実上すべてのメーカーと同じように、Trekではもう何年もワークステーションとCADソフトが自社のビジネスに不可欠なものとなっている。しかし、同社では現在、研究室で発見された成果を応用する取り組みを意識的に増やし、また研究室ではこれまで以上にさまざまなテストを行うようになっている。

と書かれています。

Opteronベースのワークステーションとありますので一寸したPCのワークステーションを利用しているようなので大規模な数値計算までは時間がかかりすぎるのでやっていないように見えます。私達もその昔対象は異なるが大規模なロックフィルダムとか青函トンネルのような構造物の応力と変形、時間の関係について自分達でプログラムを製作し有限要素法を活用して時代があります。現在ではこのシステムで自転車の設計が行えるようなCADシステムもあるようです。更にマシニングセンターと連動させて図面から実物を作り出すことができるようになっているとの事です。
私たちもデザイン支援システムとしてスケルトンを描くと構造設計が出来るものを一般化できればと思います。
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by tasukei-x24 | 2010-05-16 22:05 | 素案