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2014年7月

2014年7月31日 (木)

リベット打出し機の製作 4

リベット打出し機、次の工程は、ダイの部分の上部の板と、ダイの組立です。

今回切り出したものです。
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ダイの部品は左の小さな板、フライスで切り出しました。

その下の大きな板と、右の角材は次の工程のものです。今回一緒に切り出しました。

その小さな板を、前回までに製作したものにねじ止め。
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反対側、こちらはギュッと入るので、小さい方と平行にします。
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この状態で、バーナーで上下を半田付け。
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今回の工程はここまでです。

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2014年7月27日 (日)

リベット打出し機の製作 3

リベット打出し機。今回は旋盤加工です。

当初はφ20の丸棒を使う予定だったんですが、

手持ちの材料が少なかったので、上部に別の部材を追加することとして、φ16を使いました。

まずは下になる部分から。
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全体の外径を所定の寸法に削って、前回作った部材にハマる部分に段を付けます。
こういう切削は、私は角を出したいので突っ切りバイトを使います。

φ6.0穴グリ。
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この面完成。はめてみる。
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反対側をくわえて、センター押し。
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センターに2.4mmの穴あけ。
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手回しでM3タップ立て。
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3本完成。
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今回はここまでです。

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2014年7月25日 (金)

リベット打出し機の製作 2

部品の製作です。

1406081l

ダイのベースと、固定具の製作です。

t4.0x40の帯板をフライスで加工します。

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バイスを外すのが面倒なので、私はバイスの上面を研磨して平面を出しています。

切断も穴あけも全部エンドミルでやってしまいます。

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第1工程完了。

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2014年7月22日 (火)

リベット打出し機の製作 1

ここしばらく、たいした工作をしませんでしたが、最近、少しづつですが、リベット打出し機を作っています。

今回は友人のと私のとで3台同時進行です。
市販の小型ボール盤とクロステーブルを使って、ポンチは回転させながら打てる仕様です。
ベースの機械
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これを測定して、図面化して、それをベースに設計しました。

1

部品図です
2

3台のうち2台はHOサイズ、もう1台は大きいサイズの模型用なので、少しだけ寸法が変わります、中断右端が大きいサイズ用の部品です。

基本は赤い部品。
その下の段の部品は、クロステーブルを使わずに、簡易に等ピッチに打つためのオプション部品です。オプションの方がややこしいですね。

はたして、ちゃんと出来るでしょうか。

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2014年7月18日 (金)

白馬にて

毎年夏、暑い地元を離れて長野県の「ドブチュー」さんのお宅にお邪魔して、避暑を兼ねて親しい方々と楽しい語らいの時間を過ごしました。

お宅は、標高800m!、涼しいです!
しかもこんな環境!
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後ろの水平線は・・・
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こんなのが走ってくる。

昼間は、涼しい木陰でビール。
夜は多くの資料と「ドブチュー」さんのこんなのを見せてもらいながら、夜もビール。

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5インチゲージのライブスティーム!スケールのC58です。巨大!
テンダー台車。
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大形模型のメカニズムは完璧です。

もう一つ、同時進行のOJゲージの、南薩鉄道1号です。
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確実な資料が少ない中、苦労してここまで進んだのに、みんなであーだ、こーだと難癖をつけられて・・・・・

しかし、この精緻な工作!
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厚板から切り出した動輪

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この機関車、想像していたより格好いいですね。なんだか私も作りたくなってきました、なーんてね。

リベット打ち出し機、精密機械です。
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「ドブチュー」さん、今年も4日間に渡り、楽しい時間を過ごさせていただきありがとうございました。

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2014年7月13日 (日)

一枚の図面から 26-11 機関車のバネ装置 11

いよいよ暑くなってきて、夏バテでヘロヘロですが・・・

ふと気が付くと、アクセス数が10万件を超えていました。
はっきり言って、こういうジャンルでこれほどのアクセスがあるとは考えておりませんでした。これからも興味深い物をお送りできるよう努力してまいります。

今回はいよいよ機関車のばね装置の最後です。

今回も模型の場合の例を書いてみようと思います。
先ず、4-6-0のテンホイラーの例、これはもちろん4-6-2パシフィックや4-6-4ハドソン等の物と共通です。
前回同様、2Dから。
460
前回の4-4-0に1軸増えた物ですが、イコライザーは2段式になって複雑ですね。
3軸の中央に第1のイコライザーを置き、第2のイコライザーは2:1のポイントを支点にして、各軸がそれぞれイコライズしながら結果的に第1のイコライザの支点を中心に回転すると言う物です。
3Dのすると。
460_3d1
460_3d2
第1のイコライザーの支点は上の方になっていますが、工夫して、外から見えないような形にしてくださいね。

次は、私の流儀の、バネを使った例、こちらは比較のため3Dから。
460_3d1_2
460_3d2_2
第1のイコライザーは基本的に同じで、第2のイコライザーを固めの線バネにしたものです。
軸箱をベアリングにすると、こんなにシンプルな形にできます、材質はステンレスバネ線か、ピアノ線がお勧めです、曲げにくいからと言って、焼きなましなどしたらダメですよ。
2Dです。
460_2


さて、模型編の最後はマレー型です。

これは今までのやり方の組み合わせと、実物の知識で、強力で安定した走りの物を作ることが出来ます。
2Dから。
Photo
後部は上記の2-6-0等と同じもの、前部台枠は、これだけで3点支持として独立し、
前部台枠は、中央でボイラからの荷重受けでバネなしで乗っています。前部台枠はこの荷重受けを中心に前後がピッチングできる構造で、もちろん回転中心は前部台枠と後部台枠の接続点ですが、ここでは上下方向は隙間を開けてフリーとします。
実物のBaldwinの方式ですね。

3Dです。
3d1
3d2
左が前部台枠で、中央部の黄色の物が荷重点です、上部はボイラーに固定され、台枠側は円弧の穴となっていて下から段付きネジで止めます。
前部台枠と後部台枠との結節点は下から眺めの段付きネジで止めますが、上下方向は隙間を開けておきます。

次は、これをバネにした物。左が前部台枠です。
3d1_2
3d2_2

これも今までの考え方の組み合わせですね。
2Dです。
Photo_2

ここまで来ると、全てはこれまで説明したイコライザーの組み合わせでどんな物にも対応できると思います。

これを熱心に読んでいただいて、メカの面白さに興味を持つ方が一人でも増える事を願います。

これで、機関車のばね装置は終わります。長い間のややこしいお話にお付き合いくださり、ありがとうございました。

次回は、白馬からの避暑のレポートの予定でしたが、このところの体調不良で、今年は行けそうにありませんので、通常運転に戻ろうと思います。

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2014年7月 9日 (水)

一枚の図面から 26-10 機関車のバネ装置 10

今回からは、少しだけですが、鉄道模型でイコライザーを作る場合の例を紹介していこうと思います。

鉄道模型でのイコライザーの必要性があるのかないのか、諸説ありますが、実物とは違って軸重に制限がないので、なくても良いとも言えるのですが、線路から電気を取るので集電性能の向上、多少の粘着性の改善、重心の移動、脱線の防止、ジョイント音、それに工作の簡易化と、多くの効果があり、私は基本的に必須ですが、固定軸が良いと考えられる人たちも居られます。

まぁ、興味のない人は置いておいて、興味のある方だけご覧いただければと思います。

模型の軸可動の方法には各種あり、昔から製品に採用されていたものは、四角の軸箱の上部にコイルばねを置いたもので、非常に簡単に可動化できるのに対して、軸重の不均等やバネの強さの調節が難しい問題があります、反面、構造が非常に簡単なので、現在でも多くの製品に採用されているし、自作の作品にも採用される方々が多く居られます。

この方式は、軸箱の上下の可動範囲の中央に軸箱を置くと言うようなことは非常に難しく、一般的には強めのバネで、動輪押さえ板に押し付けて、強い力が掛かったときのみバネがたわむようになっています、製品では動輪が3軸の物も4軸の物も重いもの、軽いもの、全て同じばねを使っているので、動輪4軸で軽い機関車などはほとんどバネがたわまないので、コイルばねは弱いものに変えるべきです。
しかし、軸箱の上下の可動範囲の中央に軸箱を置く程度の強さに調整した場合は、機関車がふらふらと安定せず、良い音は出るものの揺れの多い機関車になります、やはり少し強めにするのが良いのでしょうか。

近年になって、イコライザー風の線バネや、板のイコライザー、実物無視の怪しげな3点支持等、多少なりともイコライザーを考えた製品が出てきましたが、イコライザーは付いているものの、4点支持になっていたり、3軸の中央だけ異常に軸重が重くなったり、ちぐはぐな物もいまだに見受けられます。

また、最近は、実物ではメンテナンス等の問題でほとんど採用されていない「ロンピックイコライザー」と称する支点を4点持つものや、「ふかひれ」と称するねじれ方向に作用するイコライザーが自作等の模型の世界で流行しています。

それらに関しては、私はそれほど興味が無く、作ったこともないので、模型雑誌やインターネットによって情報を得て頂きたいと思います。
ここでは、実物の鉄道車両で採用されている3点支持に限定して考えていきたいと思います。

市販のキット等を見ると、意外におかしなことをしている例が多いのが4-4-0の軸配置の機関車です。
動輪の可動を嫌ったのか、先台車は全く荷重を掛けず単に遊んでいるだけで、後方の動輪は軸箱非可動として、そのあたりに小さいウェイトを乗せているだけ、
あるいは先台車はコイルばねで受けて、動輪もコイルばねと言う製品等、どれも牽引力は無く、先台車の脱線は茶飯事と言うような状態。
なぜ最も簡単なのに3点支持としないのか不思議でなりません。

4-4-0の最も簡単な3点支持。
440_2d_2
例によって形状等は一例で、考え方と言う程度としてご覧ください。
 先台車は特に可動しなくても良いと思います、中心ピンの所で、バネを付けず(緩衝のゴムや板バネ程度なら可)先台車は台枠に対して自由に動きますが上下動はしません。
 そして後部の2軸の動輪は中央にイコライザーのピンを付けて板から作ったイコライザーを付ければ終わりです。簡単でしょ?
これで走行安定性能は格段にアップします。
この構造は横から見るとちょうどボギーの客車等の動きと同じで先台車も動輪も回転中心で自由に上下に回転運動が出来て線路の起伏に対応することが出来ます。

また、動輪にイコライザーを付ける事によって、動輪の荷重点が第1第2動輪間となるため、ウェイトを少し前に置いても動輪に利くと言う事です、また、私は4-4-0の場合は必ずやるのですが、炭水車の重量を連結棒を介して機関車に転嫁させますが、その場合も動輪の荷重点が前方なので効果が上がります。

3D図です。
440_3d_2
上側が一般的な2Dの物です。
台枠にタップを立てて内側から段付きネジでイコライザーを取り付けます。

 下方の図は、私が良くやる方法で、線バネを使った簡便な方法です。
このタイプのみそは、線バネを普通思うよりかなり強いものにすると言う事です。
通常機関車のみの重量ではほとんどたわまない状態で、軸箱可動範囲の中央で安定する状態にします、この線バネはイコライザーの働きとして作用するわけです。ですが固いと言ってもバネですので、わずかにたわみ、実物のイコライザーと重ね板バネの様な感じになって、ジョイント音が劇的にソフトになり、軽やかな走行音になります。

この線バネの硬さを決めるのは場所が許せば太くすれば問題ないのですが、私は主に材質で硬さを調整します。
よく使う材料は、柔らかい順に、燐青銅>ステンレスバネ線>ピアノ線、私はこれらの材料から選択して、微妙な硬さを直径の選択で調整します。

軸箱は、私は通常ボールベアリングを使います。内径3mm以下のベアリングは種類も豊富でいろんな箇所に使えて精度も高く価格も手ごろで非常に便利です、外径が丸いので、線バネの場合も軸箱上での折り曲げも不要です。

次はCタンクや1Bの場合。
1255_2d_2
左側は、先台車の分が1軸になったという考え方で、後方の2軸は4-4-0と全く同じです。

先方の1軸は台枠間に板を渡し、中央にM2程度のタップを立てます。左右の軸箱に乗る形で横にずれない構造の左右渡りのイコライザーを作り、中心の上から先を丸めたネジで押さえます、このネジの先端の高さで機関車の水平を調節することが出来ます、このネジは自由に回ってはいけないので、ダブルナット等で固定します。
この構造で前の1軸は中央で左右が上下する構造になるので3点支持が成立します。

もちろん前後は関係ないので、1点側は後方でも問題ありません、木曽森林鉄道のB-1タンク等(実物)はこの構造で左右に回転するようになっていますね。

3Dです。
1255_3d1_2

例によって、下側はバネ構造にしたものです。1点側は板バネとしましたが、他にもいくらでも方法がありますね。

下から見た物
1255_3d2
今回はここまでです、次回も模型編ですが、そろそろ終わりかな?

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2014年7月 5日 (土)

一枚の図面から 26-9 機関車のバネ装置 9

実物のばね装置、今回が最終です。

一見複雑に見える、関節式機関車、いわゆるマレー式(日本の場合)のばね装置を紹介します。

先ず、アメリカ製の9800、1911年ボールドウィン製の場合です。
98001
 後部の、ボイラーに固定されている台枠部は左右各1点、後部の3軸は第5動輪部に仮想の回転軸があります。
ですから、前の台車が無ければ後部の動輪が線路に密着したままボイラー前部は上下に自由に動けると言う事です。
と言う事は、前位台車が1点であれば普通の3点支持になります。
 前位台車を見てください、第1動輪前方に左右の渡りイコライザーが有るので、台枠は動かなくてもちゃんと1点になっています。

 模型で考えると、後部台枠は固定でも、前の台車はぐらぐら動くイメージですが、考えてみてください、蒸気機関車はシリンダへ高圧の蒸気のやり取りが必要です。
後部のシリンダーが高圧で、前部のシリンダーは低圧ですが、それでも蒸気が漏れると全く性能が出ません。
 ここで、その前部台車がグラグラならこの蒸気の経路の継手が上下左右に動いて非常に難しい構造になるだろうと思うのですが、これは間違いです。
 前部台枠は、実は上下方向には全く動きが無く、左右に回転するだけなんです。
と言う事は、蒸気管の継手は単に回転するだけなので、非常に構造が簡単で漏れも少ない構造です。
 前部台枠の中央部にボイラーからの荷重を伝える部分がありますが、上下しないのでここにはバネ類は全くなく、横にスライドするだけです。

 要するに、長い台枠で、通常の3点支持(D51等のタイプ)で、台枠の中央部が左右にのみ曲がる構造になっていると言う事です。

この機関車のイコライザーは部品図があります。
98002
 右下にイコライザー機構の略図がありますね、一般的なアメリカの機関車のイコライザーの構造を考える面でも有用ですね。

 マレー式のイコライザー、もう一つの例として、ドイツヘンシェル製の9850の例です。
この機関車は大宮の鉄道博物館に保存されているので、ぜひご覧いただきたいと思います。
98501
 この機関車は後部台枠は9800と同様、左右の2点ですが、前部台枠も左右2点で、左右渡りイコライザーがありません。
と言う事は、9800と同じように考えると4点支持となります。

本当にそうでしょうか?

 鉄道史料107号に、この機関車の明細図が掲載されているのですが、鉄道史料が図面を抜粋して掲載した場合、大抵は必要な図面が掲載されませんね、どういう事でしょう?
 C53の明細図に、最も重要な大テコの図面が抜けてたり・・・抜粋せずに全部掲載したら良いのにといつも思います。
まぁ余談はさておき、鉄道史料には載っていない図面です。
34_henschel_cch4v_9850_019l
 これは、前部の低圧シリンダーからの排気管で、左上が煙室で、そのまま煙突につながっています。
 普通に考えれば、左上と右下が回転できるようになっているものですが、面白いことに、右下のエルボ(肘継手)はシリンダに固定されていて回転しません。
このエルボの左の部分に可動部があります、その部分は球面になっていて、上下左右に動きます、また、その左に2重になっているところはリングが入っており、伸縮するようになっています、その左、上向きのエルボの上部は煙室下部にバネがあり、その下は球面になっています。
 要するにこの部分の管は上下左右に動けて、伸縮も出来ると言う事です。

もう1枚
34_henschel_cch4v_9850_022023l
 この図面は鉄道史料に有ります。後部の高圧シリンダーからの排気を前部の低圧シリンダーへ送る管です。
上の図が側面、下の図が平面です。
 前後の二股のすぐ横が球面継手になっています、こちらの球面継手は高圧なのでバネで常に押さえつけるようになっていますね。
また、右の方に伸縮継手があります、こちらもバネで押さえていますね。圧力の違いで構造が違っているのは面白いですね。こちらの管も球面継手なので、上下左右に動くことが可能で、伸縮もすると言う事です。

さらにもう1枚、これも鉄道史料にはありません。
98502
 これはちょっとややこしいですが、前部台枠の後端、回転の中心ピンの所の詳細ですが、
後部台枠の前端下部から上に棒があり、前部台枠の上部につながっています、その上部はコイルばねで押さえています。
この棒の上下は自由に回転できるように球面になっています。
この棒は何の役目を果たすのでしょう?
 前部台枠が回転すると棒が延びる方向なので、バネが無いとすれば、中心ピンの部分が下がってしまいますが、そのようには見えないので、このバネが必要と言う事になります。
と言う事で、回転すればバネがたわむので、前部台枠の回転を抑制することになります。
この棒はもう一つ目的があり、前部台枠が左右にスイングすると、バネがたわむことになるので、左右のスイングの抑制をするようになっています。
これはとりもなおさず、左右にスイングできると言う事ですね。
 上記の、蒸気管の自在継手の存在もあり、この前部台枠は、回転と同時に左右にもスイングすると言う事ですね。

前部台枠がスイングすると言う事は、イコライザーが左右2点でも、中央の1点と言う事になり、上記の4点支持ではなく3点支持だという結論になります。

これは、9800とは大きく違う所で、ドイツの高い技術を感じます。
 この辺りを大宮の鉄道博物館で見た時の写真で確認しようと思いましたが、カバーや骨組みで、最も見たい回転中心が隠れています。何を展示したいんだか・・・・トホホとなりますね。

4500も調べようと思いましたが、残念ながら私が持っている資料では構造が分かりませんでした。

MI社の製品はイコライザーが付いていますが、前部も後部も3点支持になっています、後部台枠だけは絶対に左右2点にしなければ、前部台枠の上下に対応できませんね。
キットを作られる方は改造することをお勧めします。

実物編は以上です。

次回は模型のイコライザーの例を挙げようかと思いますが、図を書かなければいけないので、いつになりますやら・・・・・

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2014年7月 2日 (水)

一枚の図面から 26-8 機関車のバネ装置 8

今回は、日本でのイコライザー使用の最終期の標準的なタイプ、国鉄の制式機を紹介します。

先ず、旅客用の例として、C59を紹介します。
基本的に国鉄制式の2軸先台車を持った蒸気機関車は同じです。

C591l
C62等、2軸従台車を持った機関車も全く同じで、右端にもう1軸延びるだけです。

先台車
C592l

細かい構造に違いはあっても基本的な構造は全部同じです。
台車枠は剛構造で、中央にスイングする構造の重ね板バネがあり、板バネの端部でイコライザーを吊っています。板バネの中央がイコライザーの回転中心となります。
台車枠は中央の心皿で車体の荷重を受けます、一般のボギー台車の様な側受けは無いので回転と同時に左右にスイングします。この動きで、3点支持のうちの1点を担います。
前後のピッチングはイコライザーがあるため、台車枠は基本的に上下しないので、主台枠とのクリアランスは驚くほどわずかです。
この図ではエコノミー式復元装置が分かりますね。

従台車です。
C593l
これだけ?と思われる方も居られるかも知れませんね。
一番上の図の重ね板バネは、主台枠に付いているので、従台車のように回転したりしません。
従台車はその重ね板バネの下部でスライドして荷重が掛かるようになっています。
左端の穴が従台車の回転中心で、右側は左右の復元バネです。
この復元バネは、先台車に比べると非常に簡単な構造で、中央部の四角い箱が台枠に付いていて、単にコイルばねで左右から押さえてあるだけです。
軸箱上部は板バネから荷重が掛かりますが、ここはスライドするため、油を溜めた箱でスライド部を覆っています。

2軸先台車が付いた機関車は通常この構造で、基本は4-4-0で、後ろの車輪群が増えてもイコライザーが続くだけで動きとしては変わりません。

これまでは蒸気機関車に限って説明してきましたが、電気機関車もこの構造は同じです。

2軸先台車が付いた機関車の代表例EF58です。
Ef581l
所謂旧型電気機関車はイコライザーがむき出しなので構造が分かりやすいですね。
先のC59から従台車を除いただけで、同じですね、先台車も外側軸受けになっただけで基本構造は共通です。
台車の中心ピン(心皿)が第1、第2動輪間にありますが、ここでは先台車への荷重が少ないので、中心ピンの前方に荷重分配装置が付いています。
先台車枠後端と主台枠の端部が非常に近いですが、イコライザーをちゃんと作ればこの程度のクリアランスで接触することはないと言う事です。
市販の製品は、ここをものすごく広げてしまって実感的ではありませんし、それに伴って車体長まで延ばすという事をやっています、イコライザー可動にされた場合は、ここを詰めてみましょう、3点支持になっていれば、ほんのわずかな隙間でも意外に当たらないものです。

次は。1軸先台車の例、D51です。
51

ばね装置は、先輪から第2動輪まで、第3動輪から従輪までの左右で構成されています。
先輪の中央で左右に渡るイコライザーになっているので、先輪から第2動輪までは第1動輪中央付近が1点の荷重点になります。
先台車へ行くイコライザーの中心ピンは3か所に変えることが出来ますので、動輪軸重を変更することが可能になっています、実際に移動させるには穴の仕上げなどの加工が必要ですが。

EF58を出したので、対するEF15を紹介します。
Ef151l
EF58と似ていて、同じ主台車枠を使った模型の製品も見ますが、EF58とEF15の台車枠は全く異なります。
EF15は先輪と第1動輪がイコライザーでつながり、第2、第3動輪が左右の単純なイコライザーでつながります。
先輪の上部は左右に渡るイコライザーを構成しているので、先輪と第1動輪で1点となります。
先輪と動輪を結ぶイコライザーがいびつな形で、なかなか構造が分かりませんでしたが、図面で見るとよくわかりますね。
EF15の心皿は荷重点として問題ないので、荷重分配装置は付いていません。

次回でバネ装置の実物編は終わりです。












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