←前回交換で外して回収した奴。上面がエンジン吸気ポート側。
次、アルミ化だと部品剛性が低下する(ヤング率約1/3)んで、実車で確認して太らせられる部分は太く、減らせる部分は削るマンガ作成。場所的に前後よりも上下の剛性確保じゃないか、上下幅を16mmから32mm、厚さ平均x1.5倍...試算、約100g減ぐらいには出来るだろうか。
他のエンジンハンガー部分のボルトで、締め付け主体で短い奴と前側はチタン合金(ヤング率約1/2)に変更、剛性を補う期待で同時に鉄の時より太く変更したアルミカラーを当てがってある。後ろ側の駆動力が掛かる、長くて撓りも掛かってそうなのだけは元の鉄(10T表示)のまま。今回の部分を鉄以外に変えちゃうのが出来れば、エンジン回り最後かな。
←有難いサイト発見。幾つかで計算。
ヤング率、荷重撓み、穴明け効果の概算簡単。
参考
https://d-engineer.com/unit_formula/haritawami.html
http://material-mechanics-calculation.com/beams.html
http://repoengineer.jp/Technology/kousiki/kousiki-kouzouhari/kousikikouzouhari-02-01.html
https://www.calc-site.com/units/force
http://www.mutoh-sekkei.jp/keisan/07_tani.html
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実物は溶接でちょっと複雑な構造
とりあえず
φ16mm-idφ8mm、L136mm パイプ単体、L65mm部分
φ19mm-idφ8mm、L71mm、溶接部パイプ近似
エンジン重量全部荷重で300Nと仮定
SS400(JIS G 3101:2010 一般構造用圧延鋼材)として
引張強度、400~510N/mm-sq
降伏点(板厚16mm以下区分)、245N/mm-sq
ヤング率、205GPa
疲労限度235N/mm-sq
印加上限安全率、(建築)疲労限度/150％、157N/mm-sq、(車両)降伏点/130％、188N/mm-sq。
S45Cだと、(硬さ、溶接されているので可能性は低い)
(*フレームの一部、フットペグ根元、ブレーキペダル根元部分周辺はS45Cか、SCM435っぽい硬さ。)
引張強度、570~690N/mm-sq
降伏点、345~510N/mm-sq
ヤング率、205GPa
疲労限度(130~)335N/mm-sq
参考
http://www.tamatele.ne.jp/~hare/sub4/sub42/ss400ouryokuhizumisenzu/ss400ouryokuhizumisenzu.html
http://www.enerpac.co.jp/downlods/technical/pdf/material01.pdf
http://www.me.cit.nihon-u.ac.jp/lab/ben/LectureCourse/New_1Mechanics/Material_Properties.pdf
https://www.toishi.info/sozai/sxxc/s45c.html
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アルミ角棒近似でサイズ検討。
参考
http://metal.matdb.jp/JAA-DB/AL03S2100.cfm
http://toeidenka.co.jp/refer/mechanical_strength_of_aluminum.html
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jilm1951/18/8/18_8_439/_pdf
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最新CADだと応力分布、振動、有限要素解析やらも出来るみたいやが、そんなモノ持って無い。まぁやるとしたら最終的にサンダーでアバウト削り込みかなぁ。(FreeCADには付属してるみたい...)
https://auctions.yahoo.co.jp/jp/auction/1180929709 ...など
←こんな感じ。この部分116g予想。
残り65mmは単純なφ16-idφ8mmのパイプで近似、アルミ角棒に変えるとして、w20xh18mm(56g予想)で同じぐらい。~あと下の吊り下げ部分約40g、計~212g... 全体L136mm平均均しアバウト、20x22~20mm、吊り下げ部分t7.0mm迄は減らせそう。
ドリリングで穴開けようが全体の断面積が効いていれば大差ない感じ、小穴追加と形状平均化で多少軽く出来るかな。実際に油圧プレスで実験して確認とか出来ないので、あくまで予想。極端に剛過ぎると振動伝達増加で最悪フレームかシリンダースタッドボルトが折れるかもだし、柔いと別の個所のハンガーに負担が掛かるかも...ま、原始的スチールフレームなんで気にする程は無いんじゃないかだ。趣味やし。
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212gだと68gしか軽くならない...あと中間71mm部分が、上下梁厚さ28mm評価と意外と大きな値になったんで、実車でハマるかどうか、数字弄って1割ぐらい妥協(28⇒全体平均23mm、吊り部分t10mm⇒7~8mm)するか...それとイグニッションコイルを付ける部分は後加工でネジ止め考慮かな(+10g？)。
剛さはどのアルミ使っても同じ、で、出来るだけ疲労に強い奴。断面積が最小32％アップ(約20x23mm)として、耐力178N以上、疲れ178N以上、A7204(7N01)あたりだけ。重量妥協、断面積44％増(約20x25mm、予想計250g...重量メリットあんまし無いかも)だと、163N程度、A5083、A7075、A7204。断面積50％増だと、157N程度、A5083、A7075、A7204とかか。結構値段張るなぁ...更にSS400でなくS45C互換だと、断面積x1.32倍で、疲れ耐性270N~、A7204(7N01)だけ。逆に寿命評価短く妥協して、疲れ強度125Nクラスの合金(A2017、A5052、A5056あたり)使えばだいぶ安いか。曲げが掛かるっうのが面倒臭い部品。
あとハンガー用ボルト(5.8T/520N/mm-sq)M8⇒M10に断面積アップ、小頭アルミ合金化で、M8チタン合金比-15％に軽量化、A7075(ポジポリーニ)、A7050(モノタロウ大阪魂)製なら近い寿命期待で取付け代替可能か？
参考
http://www.tamatele.ne.jp/~hare/sub4/sub42/ss400ouryokuhizumisenzu/ss400ouryokuhizumisenzu.html
撓み変形の次、必要な材質強度の方はザックリ.. 合金種類とか、吊り肉厚削り目標(FEMとか付きCADソフトじゃないと計算無理やが)
一本釣り近似の最悪パターン、
主なハンガー3ヵ所に均一に300N中、@100N掛かっている仮定、
前後左右振動加速度12~16と仮定、疲労破断しない程度
⇒全般、断面積x1.47で、疲れ強度90~120N材楽勝。安全率4~5.4倍程度。
2箇所吊り最大衝撃加速度200程度(1m単体落下)で部品破断しない程度？
⇒A7075、引張力540N/mm-sq程度だと、耳部厚7mm、幅5.3mm以上
(断面積が現x1.5倍なら一般的な耐力249Nクラス材で十分)
(...軸部横振りはアタマが無いんで計算できない)
一般的な車両部品通例1G、250％強度、安全率x1.6だと、400N(39.2Kgf)程度。
⇒断面積x1.47だと、どのアルミ合金でもok楽勝っぽい。
SS400と強度同等という事で計算省略だと
疲れ120Nクラス材では断面積x2以上、破断強度200~260N以上。
(見込最大67~107g減、費用対効果が疑問か。)
A7075、疲れ160N材仮定で断面積x1.47~1.5以上。
(96~126g減、費用対効果微妙？)
A7204、断面積x1.48程度
(疲労安全率高い。96~127g減、かなり高額か。)
強度をSS400の降伏点強度のみ基準、断面積x1.7程度に緩和すると、疲れ強度139N/mm-sq以上(0.2％耐力220N以上)
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ネームバリュー売りスペック的にはA7075-T6、安全性ではA7204、一番高いのもA7204-T6、A7075-T6。耐食性で選ぶなら、A5083-H321、A5056-H18(板は無い)、A5056-H34(板は無い)、あたり。
A7075＋塗装防蝕で逝けるかなぁ...A7204は高価入手難、てか加工屋さんに在庫無いね。A5083が耐食性高くて安心やけども置いて無いか。5083指定で、5052でも耐える形状かなぁ。
上はM8軸心左側は、25mm程度まで、IGコイルとケーブル通るので取付座とR入れ。
上、右側15mm程度まで。配管(吸気レゾネーター、クランクケース排気管)避け、45度削り。
下、M8軸心からハンガーボルト上側列の下まで、外ツラ同一可。
ハンガーボルトを締める作業スペース、M8六角#13-DINサイズフランジボルト、座面φ18mm以上、工具スペース(メガネ)φ23mm以上
フレームボルト、M8ヘリサートd25mm以上
右側、クラッチ油圧配管用インシュロック穴φ4.5、2ヵ所追加、その分太らせ
側面に、M6穴(アース端子用)
上面、補助回路基板固定穴x2~3コ
IGコイル取付座用M4~M5ネジ穴
↑...にしても写真で撮ると車体ボロボロ。傷、錆とか少しは化粧しないとorz
←推計203gになった。重過ぎorz. 77gしか軽くならないorz. イグニッションコイル取付座は別途必要...それも入れると多分、60g程度しか軽くならないorz.
SS400の耐力の8~9割相当だけ考慮ならA5052-H38でも保つかも。しかし以前、A6063の6mm厚板でキックストッパー、自信満々で作って惨敗というトラウマがあるからな。もう少し資料当たって、他車とか見て回って...
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本気で軽くするには鉄製現物のモデルをCADで作り込んで加振しての数字取るとかしないとダメかなぁ。
マージン詰めリベンジ。
元パーツ、鉄280g
平均化、単一パイプ簡略化、スタブ(t4.5mm，h8mm)で1~2割、剛くなってると仮定、300N一点吊り
odφ17.5mm-idφ8mm(計208.3mm-sq)、
⇒推定最大撓み0.015mm程度、最大応力20Mpaぐらい。
もしかして元の想定最大荷重は、230~270Nぐらい？
断面積x1.5以上は、313mm-sq以上程度
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アルミ材化で撓み0.015~0.0135mm@300N程度になる範囲
単純アルミパイプで近似(odφ23.5-idφ8mm、383.5mm-sq)
⇒撓み0.015mm、最大応力8.115MPa。(A6061(疲れ90N/mm-sq)でも多分、可。)
アルミT字型で近似(t18mm、h18mm、スタブt7mm-h8mm、380mm-sq)
⇒0.013mm、8.989MPa、(A6061でもギリギリ可か)
アルミT字型近似(t17mm、h17mm、スタブt7mm-h8mm、345mm-sq)
⇒0.015mm、10.118MPa、(A5052以上)
ネジ穴、補助基板取付座、面取り皮追加して再度マンガ...
参考
https://d-engineer.com/unit_formula/haritawami.htm
(＊後で高温になるのでA7075は使えないと判明。)
←172gみたい。
イグニッションコイル座20g予想入れて約88g軽量化かな。もう一声、130gぐらい。暫く検討かなあ。
←やっとこ168g。微妙。
加振撓み変形が同程度維持では、これ以上の軽量化は難しい感。
次、省略したケーブル当たり部分の保護ガイド、IGコイル支持台、ホースガイドを後付け可能な形状でとか。
今頃ヤットコ気が付いたが、アルミ化すると高い熱伝導性、最高155℃とかのシリンダーヘットとほぼ同じ温度まで行く筈、仮にA7075として、A1060の半分なものの、SS400の2倍の熱伝導率、断面積が増加しているんで、SS400の3倍は熱が伝わる筈。しかもガソリンタンク直下、KIV程度の耐熱度しか無い電源配線も挟まってるしヤベエかも。追加のホルダー類は耐熱度180℃程度で、断熱性のカバーとかの奴追加分も入れ...計60gぐらいになりそうな..そうなると合計228g程度、52g程度しか軽くならないかも.orz.
300N@1G近似での最大内部応力6.8~8.2MPa、撓み0.08~0.12mm(SS400φ19-φ8パイプ近似0.12mm、~15.64MPa)。エンジン起振力~16Gとして、推定~108~131N/mm-sq。A5083-oでギリギリ160℃で可能か微妙...
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Fusion360から、.stepファイルとかでエクスポートすると、タップ加工なんかの属性が消えちゃうの発見。なので空穴指定のみで、
A7204-T6、A2019-H851、A5083、A5052-H3x、用ヘリサート穴タイプ
アルミーゴ、ANP89用直タップ穴タイプ (A7075は100℃以上で使えないと判明、除外。)
2パターン作成。ここまで削ってA5083用が約155g、アルミーゴ・A7XXX系用が約168g程度になる様だ。熱問題もあるし、現状加工費は恐らく、2~4諭吉様にはなりそんなんでマァ「検討かなぁ」。
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アルミ化は難しい、もしかして無理かも。高温に耐える奴は強度が低い、手に入らない奴、高価とか。高温吊り引っ張りとか無ければ簡単なんだが、どれ使っても振動も含めた荷重116~130N/mm-sq程度に抑えないと不味そう。非熱処理合金のA5052なら可成り確実、A5083なら疲れ強度も高いっぽいけど、たぶん更に太くしないといけない⇒軽量化にならない。XR200/TLR200エンジンの吊り部分の太さがデカイのも納得。
殆ど出回っていないが航空機用耐熱合金A2013、A2219-T62(Cu-Mg系/引張強度290N/mm-sq/疲れ耐力105N/mm-sq)だと、175～200℃ぐらいでも使えるらしい。
https://www.uacj.co.jp/review/uacj/vol3no1/pdf/vol3no1_09.pdf
あるいは熱伝導の悪い、SS400並み強度のチタン合金(3種以上、ヤング率1/2、比重6割、予想重量180~210g)だとどうなるかな...価格的には更に高額予想、意味無い様な...
←日軽金のサイトから。
なので、ハンガーみたいな加熱部分には、7075-T6は使えず、そもそも-Txxxと付く熱処理硬化系は全滅。^Hxxとか付く非熱処理系のA5086、A5083、A5056...とかか又は、熱処理系でも耐熱性がある程度あるとされるA7204(7N01)、A2019-T851、219S-T851、又は、64チタン合金(非熱処理合金、常用~550℃，引張980N、疲れ耐力580MPa)とかの、溶接可能か、熱回復性のある合金しか使えないみたい。160℃~200℃で使うとしたら、219S-T851で280N、A7204-T4で200N、A5083で120N/mm-sq以下で計画するのがヨサゲ。あとなかなか資料が無いが、プラスチック金型用アルミ合金のアルミーゴ、ANP89(-T6xxタイプ合金)とかも可能性がありそう。
参考
http://blog.livedoor.jp/rope_access_eng/archives/1560980.html
http://www.ostec.or.jp/TOP/13(H15.4).pdf
http://www.zerocut-watanabe.co.jp/handbook_p1/
http://www.zerocut-watanabe.co.jp/handbook_p2/
http://metal.matdb.jp/JAA-DB/AL01S1104.cfm
https://www.nikkeikin.co.jp/products/board/219s.html
https://www.jfe-steel.co.jp/products/koukan/ans_a9_02.php
https://www.uacj.co.jp/review/uacj/vol3no1/pdf/vol3no1_09.pdf
そういや昔、山岳事故で、7075製カラビナが、ザイルとの摩擦熱で劣化して千切れた疑い、とか有ったなぁ。ハンガー用ボルトをM8⇒M10サイズアップしてA7050製にするとか問題外。今迄も一部のエンジンカバーにはA7075製M6ボルト使っててヤバかったが、アソコは油温の125℃程度までだったからラッキーだったのかも。虫の知らせ？春先に何となく同じ体裁のチタン合金製に取り換えてたんでヨカッタ~。 あと現在、車体の他の部分、フロントフォークピストン固定ボルトがモノタロウA7050製ボルトだったたか...でもアソコはそんなに高温とかにならないから平気かなぁ...
最悪180~200℃、
撓み量が元鉄塊同等の形状
最大振動加速度16G
単体荷重300N@1G(3点吊りとして負担@100N)
走行振動最大4G
1G法定安全率、x1.3、破断x1.6
A5083-oの高温強度(耐力)
↑コベルコ、アルハイス83カタログより
素材メーカーとかネット検索しまくり。
一般的に手に入りやすい物で言われている0.2％耐力が常温同等に保てる上限温度の目安。
熱処理系アルミ合金
A2014-T6 100℃
A2017-T4 100℃
A2024-T4，-T6 ~100℃
A2024-T3 100~150℃
A6061-T6 100~120℃
A6063-T5 100~120℃
A7050-T6 100~120℃
A7075-T6 100℃ (廃棄基準は、+150~170℃超過)
A7204 (150~160℃)
非熱処理系アルミ合金
A3004-o 87N@200℃
A5052-H112 90N@150℃
A5052-H18 250N@205℃
A5083-o 130℃ @130N
耐熱性が良好なアルミ合金
A2013 ~200℃
219S-T851 150~200℃ @280N
A2219-T851 ～175℃、耐力350N、疲れ強さ125N/mm-sq(資料により105N/mm-sq)
A2219-T62 ～175℃、耐力290N、疲れ強さ105N/mm-sq(A2219-T851よりも耐食性が高い)
A2618-T61 耐力370N、疲れ強さ125N/mm-sq
A4032 疲れ強さ110N/mm-sq
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A7N01，A5083，A6061材の耐候性(屋外建築溶接構造にはA7N01-T1，-T4が適)。
http://library.jsce.or.jp/Image_DB/committee/steel_structure/book/58816/58816-0157.pdf
(7N01の熱処理)
https://www.uacj.co.jp/review/uacj/vol4no1/pdf/vol4no1_all.pdf
アルミポケットブック(2015)
https://www.alumi-world.jp/files/pdf/pdf01poketbook.pdf
期待の7N01の高温強度は、明確な資料がイマイチ無いね。通常品は150~160℃程度が限界らしい。あとA7050が、耐力470MPa@最高200℃と言う中国の論文があったけどホントかなぁ...A5083-oで0.2％耐力120N@180℃程度でバクチなら、出来れば一つ上のA7204使いたい。逆に確実なA5052-H38辺りでだと22~25mm角位いに増加、重量は~225g程度、他の追加部品も含めると50g軽くなるかも微妙、意味無いかも。安全率x1.3、どうしても耐力150~170N@180℃、出来れば200N/mm-sq@180℃程度以上の材料でないと実現は無理ゲー。これが水冷エンジンなら110℃程度にしかならないんで楽勝なんだが。
(A7050)
https://www.iri-tokyo.jp/uploaded/attachment/336.pdf
←A5083-H34、出来ればA7204-T6用。吊りt8mmに厚さ増やし。
(ヘリサート用。約164g@A5083、173g@A7204)
撓みは若干少なくなってるが、高温強度はギリギリじゃないか。穴減らし、面取り増。今の所120℃以下用。160~170℃連続吊りに耐えるか不明。
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おっと、A5083-o材の場合で180~200℃だと、約90N/mm-sq以下にしないと早期劣化の可能性か...
アルミニウム合金展伸材の疲れ強さ
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jilm1951/18/8/18_8_439/_pdf
加熱されるのは吊り部分だけ、他は放熱で、180℃までにはならないとは思うけど。資料で寿命1000hr@200℃の場合、吊部分300N引き振動加振16G仮定でても、上限約90N/mm-sq以下にする必要があるみたい。....吊部8mm厚だと均一に負荷と仮定で30N/mm-sq前後、吊り末端肉厚6mmでも大丈夫だったかも。
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0.2％耐力が、180℃で150N/mm-sq以上はある様な素材が使えるか、CNC一品物単価がもう一声、とかにならないと難しい。ギリギリだと山逝きとか、山遺棄になっちゃう可能性もあるし...
←遊標万能角度尺 o-320
ゴニオメータ」っう奴ですな。アルミにケガキとか兼用。今のウチの精度ぢゃ、別にプラスチック製20cmぐらいのでも十分じゃないかなんだが。
https://www.amazon.co.jp/dp/B081D37FPY
https://www.amazon.co.jp/dp/B07B7F34WD
これでまた色々検討しますか...
←現状。作りかけの仮設だらけ。右下の養生テープはバキューム配管のバルブ遮光用(仮)。斜めの短冊みたいなのはコイルの電磁シールド用のアルミ箔。諸々稼働に支障無い気にしないんで放置。
IGコイル上面、高圧端子側面は、約20mm空き
コイル入力端子はタンク底面ギリギリ
コイルの上半エンジン側は約15mm空き
コイル鉄心側、エンジン側1/4面は余裕無し
コイルのフレーム、ハーネス挟まりギリギリ。
...で、
コイル、奥に約6~8mm押し込み
上に約5~6mm移動
前方に約5~6mm移動
コイル軸心、高圧端子側を内側に約25~30度回転、内に傾け。
(閉磁路鉄心を、現在のステー位置に乗っける位い)
コイル軸心、中心から角度下振り、約3~4度
角度外振り、約5~6度...ぐらい。
あと追加。現コイルと、1段長いコイル(RS用、TL125S用)も取付け可能化。材料予定、3mm厚A5052アルミ板曲げ、又はPEEK辺り、又は電磁鋼板単板など辺り。
このまま鉄塊を改造した方が劇的に安い、合理的かも。160℃どころか200℃平気だろうし。今はとりあえず元々の通しボルト固定から、両端ヘリサート(3d)入れにてチタンボルト(短い)奴に入れ替えしているので、若干は軽くなっている(～-80gぐらい？)
横。同じ角度再現でなくコレ、改造でもっと巨大なコイルも付けられる様に出来るかも...
←270g(10g軽量化)
接線から先端まで31mm、接線から25mm、外から6mmの位置にφ5mm穴明け。
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