自由の翼で外遊び

2020年6月19日金曜日

6月19日＜3D CAD＞フレームの静荷重解析一歩前進

3D CAD Fusion360で行っているフレームの応力解析ですが、一歩前進しました。

メッシュ分割のエラー解消のため、とりあえずすべてのパイプを中実の円柱として、メッシュ分割してみると、見事にエラーなしで終了。

中実形状のままですが、車軸を完全固定し、BBに体重の2倍の荷重を下方向にかけてみました。

＜追記＞
拘束条件が間違っていますね。車軸の完全固定は実際にはなかなかない条件です。車軸は前後方向に動ける条件の方が、実際にありえる条件だと思います。やり直しが必要です。

~~これが主応力の結果です。~~

~~フォークの先端が一番高い応力になっていますが、当然ですが応力自体はかなり低い値です。~~

~~これが変位。~~

~~フォークの中央が一番大きい変位です。それでも0.08ｍｍですが。~~

~~一歩前進ですね。~~　

~~これから一本ずつパイプ形状にして、確認していく予定です。~~

2020年6月18日木曜日

6月18日＜自転車＞上里カンターレまで113km

なんかちょっと長い距離を走ってみたくなり、ほとんど一般道を走らずに行ける上里カンターレを目指してみました。

走り始め、軽く平坦路を走っていると、永遠に走っていられるような気になってしまいます。

利根川の河川敷では大型ドローンの練習中。

55kmh程走って上里カンターレに到着。まだまだ元気です。

ここでパンを購入し、誰もいないテラスで昼食。

いつもは平日でも賑わう場所ですが、お客もパラパラ。　大変だと思います。

帰宅時、走行距離は113kmでした。平坦路だけだったのですが、結構疲れました。年ですかねーー。

2020年6月17日水曜日

6月17日＜自転車＞カンチブレーキ新旧効力比較

前回の続き

家に比較的新しいカンチブレーキ付きの自転車がありましたので、ちょっと比較してみましょう。ただし20in.のミニベロです。

写真から寸法を取っていますので、正確ではありません。

F3=F0/2*(cosθ2/cosθ1)*(L2/L3)=F0*0.5*(cos20.4°/cos49.0°)*54.3/28.5
=1.36*F0

我家のランドナーの現状と比較すると

1.36/0.65=2.194　　　

実に2倍以上の効力があります。

この理由は、マファッククリテと比較して

大アームL2が長い（54.3 vs 37.0）
アーチワイヤを短くしてθ1を大きく　（49.0° vs 30.0°）
大アームを立てて、出来るだけアーチワイヤーと直角に近い角度にする（θ2を小さく）（20.4° vs 30.0°）

当たり前と言えば当たり前ですが、良く考えられています。

6月16日＜自転車＞カンチブレーキの最適設定（力学的考察）

カンチブレーキの最適設定（力学的考察）なんて、たいそうなタイトルにしてしまいましたが、カンチブレーキ（特にマファッククリテ）を使っていると、誰もがもう少し効きを良くしたいと考えるのではと思います。

その時に、ちょっと考えたのが、アーチワイヤーの最適な長さは？です。

今回は、力学的に考察して、もう少し効きを良くする方法を検討してみます。

定性的に考えると、

アーチワイヤーは短かく、チドリ部のアーチワイヤーの角度が大きいほどアーチワイヤーの張力が大きくなる（下記のF1が大きくなる）
アーチワイヤーとブレーキ本体のアームの角度は、出来るだけ90°に近くする（下図のθ2が0に近く）

となりますが、実際にはどうなるか、自分のブレーキレイアウトで検討してみます。

尚、今回の検証は、あくまで自分のフレーム諸元での検討ですので、一般論ではありません。ご注意ください。

これが、ブレーキが効いている状態を模した図です。

ブレーキレバーを引いた時にブレーキワイヤーに発生する力をF0とすると、

アーチワイヤーの片方に発生する張力F1は
F1=1/2*F0*1/cosθ1

ブレーキ本体を回転させる力Ｆ2（F1の分力）
F2=F1*cosθ2

ブレーキシューをリムに押し付ける力F3
F3=F2*L2/L3

つまり
F3=F0/2*(cosθ2/cosθ1)*(L2/L3)

我家のランドナーの場合、マファッククリテの大アームがほぼ水平の時にブレーキシューがリムに当たりますので、θ1=θ2となり、
F3=F0/2*(L2/L3)=F0/2*(37/28.5)＝0.649*F0

このレイアウトでは、アーチワイヤーの長さを変更しても常にθ1=θ2ですので、アーチワイヤーの長さはブレーキ力に影響しません。

＜間違いがありましたので修正しました＞

＜対策1＞L3を小さくする（薄いシューを使う）

F3を大きくするためには、色々な方法があると思いますが、マファッククリテをそのまま使うことを前提に考えると、薄いシューを使うという方法が考えられます。L3を小さくすると同時にθ2を小さく出来ます。

摩耗したシューを想定（チドリの位置は同じ）すると

F3=F0/2*(cosθ2/cosθ1)*(L2/L3)=F0/2*(cos16.7°/cos31.7°)*(37/22.414)
≒0.929*F0

0.929/0.649、43.1％ほどブレーキ力が向上します。

結構効果がありますね。

＜対策2＞θ1を大きくする（アーチワイヤーを短く）

さらに、アーチワイヤーを短くするとθ1が大きくなり、ブレーキ力の向上が見込めますが、同時にθ2が大きくなりますので、総合的にどうなるか検証してみます。

F3=F0/2*(cosθ2/cosθ1)*(L2/L3)=F0/2*(cos21.6°/cos36.6°)*(37/22.414)
＝0.956*F0

0.956/0.929=1.029　約3％ほど改善しました。

＜結論＞

自分のTOEIランドナーの場合、少しブレーキ台座の位置が低く、間隔が狭いようです。もう少し高い位置にあれば、かなりブレーキ力は向上するでしょう。

リム幅が広いのかな？オーダー時にスーチャンの650Bと指定したはずなのですが・・・

今のフレーム、ブレーキを使う前提での対策は、L3の縮小化を狙って

薄いシューを使う、または出来るだけ押し込んでセットする。
シューを出来るだけ低い位置にセットする（下向きに付け、リムの内周ギリギリを狙う）

ですかね。

アーチワイヤーの短縮（アーチ角度の拡大）は、レイアウトによっては少し効果があるようです。変更してみる価値はありそうです。　少しスッキリしました。

P.S.
フレームをオーダーする場合には、ブレーキ台座を高く、間隔を広めにセットしてもらうと、かなりブレーキ力は向上しそうです。

間違いがあれば、ご指摘ください。(笑)

2020年6月13日土曜日

6月13日＜3D CAD＞フレームの静荷重解析は前途多難？

雨ですね。あーーもう梅雨か。何となく虚しい。

静荷重解析に取り掛かりました。

まずは、モデルの簡略化。

エンドを廃止し、巻きステーを集合ステーに、フォーククラウンも簡単な形状にしました。　固定用の車軸も追加しました。

スケルトンから板厚まですべての寸法を変数化し、この表の数値を変えるだけで、様々な形状、剛性のフレームの比較が出来るようにしてみました。

ストレートフォークも比較できます。

で、早速解析を始めます。

材質（降伏応力）を指定し、拘束条件（車軸を固定）、荷重条件（BBに垂直荷重）をセット。

さて次はメッシュ分割。

ガーーン。　エラーです。

やはり薄物は難しいのか？

勉強し直し、というか、何も勉強せずいきなり勘で始めたのが間違いでしたね。

2020年6月12日金曜日

6月12日＜3D CAD＞ TOEIランドナーフレーム完成？

Fusion360という3D CADのソフトを使って作っていたTOEIランドナーのスタンダードフレームが完成しました。

苦労しましたが、フォークが完成。

フォーククラウンは、ちょっと形状が違いますが、妥協。

フォークレッグも結構苦労しました。クラウンの下で少し曲がっているのが解ると思います。

楕円から真円へ変化しつつ、先溜めカーブを作るのは、ロフトという機能を使えばそれほど大変ではありません。

一番時間がかかったのが、ブレーキ台座。

この位置にセットするだけで、補助面を4つ使っています。

フレーム本体とアッセンブルして一応完成。

あれっ？　ヘッドセットの下側が入るスペースがありません。どこかで10mm違ってしまったようです。

ふーーっ。　修正も必要なのですが、今度は静的荷重の応力解析をやってみたい。

2020年6月9日火曜日

6月8日＜家庭菜園＞夏野菜の植付け完了

我家の家庭菜園は夏野菜の定植が終わり、一段落といったところです。

決して広い庭ではありませんが、今年は花壇と芝生を削り、昨年の倍くらいの面積にしました。　自給自足は無理ですが・・・

自粛中は、じっと家で家庭菜園を楽しむ？人が多かったようです。我家を含め。

我家では、今年は、ミニトマト2本、中玉トマト2本、ピーマン2本、ナス2本、パプリカ2本、シシトウ1本、オクラ9x2本、ゴーヤ5本、大豆（枝豆）20本位、それに夏野菜ではありませんがネギが一列+ネギ坊主を植えたのがあります。それから、ほとんど野生のようなシソとニラ。