2017年11月21日

第6章 各種等角逆捻り機構の使い分け提案

(8回連載の8回目)
 最後に、ここまでの考察を通して各機構の使い分けについて考察します。なお、ここでは「ロンビック」を強制的に等角逆捻りさせるリンク機構の代表としています。魔法使いの弟子ヨー軸シーソーの方式もロンビックと同等でしょう。

 それでは、
ロンビックイコライザ(以下
Rh式と略)」
フカヒレイコライザ(同
F式)」
ロール・トーション・バー等角逆捻り(同
RT式)」
ピッチ・トーション・バー等角逆捻り(同
PT式)」
4
つについて考えます。

 Rhは基本的な原理が確立していますし、ガタや弾性変形を伴う動きが無いので、等角捻りを必要とする任意の車輌に搭載できると思います。

 次にFは図3のように斜め軸を回転軸としているので、厳密にはロール以外の運動が含まれてしまいます。そのため、ボギー車の場合、台車の回転に伴って、回転軸と台車ピッチング軸の成す角が近付くと、レイルのピッチングの影響を受けやすくなります。この条件になるのは、全長が短く、車幅の大きい(つまり回転軸がロール軸に対して大きな成す角になる)車輌で、しかも台車の回転角度が大きい、つまり急カーヴを曲がる車輌の場合と考えられます。これはちょうどナローのカブースなどではないでしょうか。このような車輌ではFはピッチングの影響を受けやすいと推察します。

 RTは、既に説明したとおり、軽量の小スケール車輌に簡単に組み込むのに向いていると思います。ボギー車の場合は、台車回転軸がロール以外の動きをしないように、何らかの形で拘束しないといけないでしょう。捩じりバネだけで輪軸を支持するには帯板の使用が有用と思われます。根本的には短編成に用いる二軸車に使用する簡易な方式だと思います。

 PTも前述のとおり、ピッチ剛性が弱いので全長が短い車輌が向いていると思います。あえてピッチングを弱くするのも、動きに面白味を与える上では良いかもしれません。

 最後に、これらの使い分け案を表1にまとめて掲載します。

表1 各等角逆捻り機構の使い分け案まとめ


 

名称

 

提案名

 

原理

 

動作

確実性


工作性(上)

調整性(下)

 

考察結果

ロンビックイコライザ
リンク式強制等角逆捻り全般)

リンクによる
強制ロール等角逆捻り



○〜△

工作が可能ならば全般的に良好

フカヒレイコライザ

上記を簡易化し、
バーサインを、
リンクの小さなガタで
巧妙に吸収



台車が大角度で回転する小型ボギー車には懸念有り

天秤棒イコライザ

ロール・トーション・バー等角捻り

バネ釣合による
ロール軸等角逆捻り


○〜△


小型二軸車などに容易に設置可

90度捻り天秤棒

ピッチ・トーション・バー等角捻り

上記のピッチ軸版



短尺小スケールの
二軸車等に有用



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コメント一覧

1. Posted by ゆうえん・こうじ   2017年11月22日 13:09
力学的特性からのイコライザーの適応についてご考察ですが、私はそれより実際の設計や工作の都合でどの方式を組み込むか決めた方がよいと思います。
「ロンビックイコライザ」と「フカひれイコライザー」の大きな違いは、ロンビックではイコライザー自体が軸重を受けるので強度が必要であるのに対して、フカひれであれば、二軸車なら車軸の中点上、ボギー台車であればセンターピン上に支点を置けば、理想的にはイコライザーには車両の荷重はかからないので、角度の捻りに耐えられればイコライザー自体にはあまり強度は要らないということだと思います。
なおバネ式等角逆捻りについては、どちらの方式もどこに支点を設けるかということで違ってくるように思います。
またイコライザーの形状を考えると、動力車にはフカひれは向かないように思います。

2. Posted by skt   2017年11月23日 00:29
ロンビックでも枕梁(2軸の場合は軸受けを結ぶ梁)のセンターピン(2軸の場合はヒンジ)に荷重をもたせてその上方に平行にイコライザの機構を設置すれば強度はいらないのではと思います。
3. Posted by ゆうえん・こうじ   2017年11月23日 10:17
ロンビック本来の同一平面上にイコライザー4支点を置くようにすれば、支点が作る菱形(各辺の長さが等しい平行四辺形)の重心と車体荷重の重心が一致していれば、支点にかかる荷重は均等になるはずなので、イコライザーにも荷重がかかるはずです。
sktさんのいわれるよな、荷重を持たせる点と車体姿勢制御のためのロンビックイコライザーを分離させるというのもひとつの方法だとは思いますが、本来のロンビックイコライザーとは違う機構のような気がします。
4. Posted by T   2017年11月23日 17:49
ゆうえんさま、sktさま、コメントありがとうございます。
ゆうえんさまの仰る「実際の設計や工作の都合」というファクターが実製作では大切ですね。
作れない機構は意味がないのですが、今回は仮に機構選択を迷った場合の参考条件として、「どの方式がどのような力学的特性を持っているか」を示したつもりです。
ご指摘のようにロンビックとフカひれは車重の支持点が異なるのは確かです。
ロンビックの場合、全構成要素が剛体であるとすれば、構成要素の二等分点を回転支点としている構造上、宿命的に各支点の支持荷重が同じになります。
ここで、sktさまの仰るように、「あえて」台車や輪軸直上のセンターピンやヒンジに荷重を支持させる方策を考えます。その方策とは枕梁の剛性をイコライザ梁よりも強くする、言い換えれば、イコライザ梁を弾性体とすることだと思います。それではイコライザを弾性体(線バネ)に置き換えてみると…もうお分かりですね。
ロール・トーション・バー等角逆捻りと力学的に等価になってしまいます。(厳密にはイコライザ支点の回転拘束をかけると完全に等価となります。)
フカひれは支持荷重とロールモーメントを完全に切り離していますね。裏を返せば、モーメント荷重0で釣り合っている状態から、わずかなモーメント変化を伝達して動作させるため、荷重支持剛性(曲げ剛性)は不要でも、捩じり剛性は通常のイコライザ以上に必要と考えます。
支点位置に関しては、どの方式も「等角」を実現させるために2等分点支持は譲れないので、高さ方向の議論になると考えております。
なお、動作の確実性という観点では、
・フカひれの動作がヒンジのガタを介在していること
・通常のイコライザが常に支持荷重を受けていて荷重変化に鋭敏に反応できること
・模型の機構は曲げ剛性が十分強いこと
という観点からロンビックの方に軍配が上がるとしています。

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