2021年09月13日

車輪の振れ3

前回の測定で車輪の芯振れが大きかったので、軸穴加工時にバイトで内径切削をした後にリーマを通す工程に変更しました。
完成品のサンプルを10本測定し、前回と比較してみました。

 今回芯振れ(μm)前回芯振れ(μm)
 絶縁車輪導通車輪絶縁車輪導通車輪
平均21183935
最大35356050
最小10101010
芯振れはかなり減少しました。
目標としては最大で20μmを切りたいところですが、現状はこの程度が実力のようです。
参考までにModelsIMONのTR23に付いていた輪軸4軸の車輪の芯振れを測定したところ、絶縁、導通共に20〜30μmでした。

なお、前回の試作輪軸を使用して運転会で走らせましたが、特に問題は無く、スムーズに走っていました。
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2021年09月06日

車輪の軸穴加工

車輪の軸穴加工を行っています。
できるだけ車輪の保持で精度が確保できるようにヤトイはコレットチャック自体を加工しています。
前回は、リーマで軸穴を加工したのですが、輪芯にタイヤを圧入する際に若干振れが出るようで、リーマは振れた下穴に沿って削られるため、出来上がった輪軸の車輪の芯振れが大きくなったようです。
今回は、それを改善するため、内径バイトで削っています。
ただ、小さな内径を測定する手段がないため、何個か削ってみて車軸を入れて適当と思われるバイト位置で削っています。
ちゃんと測定はしていないのですが、数個確認したところ、芯振れは0.01mm程度には収まっているようです。
実際に台車に取り付けて回転させても、振れはほぼ感じない程度になっています。
タグ:車輪 輪軸 切削
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2021年09月01日

磁気バレルによる研磨

輪芯の切削が完了しました。
数が多いので、金属ブラシで一個一個磨くのが大変なので、バリ取りを兼ねて磁気バレルで研磨しています。
容器に研磨材入りの水と、細いステンレス線、研磨する品物を入れます。
容器の下で磁石が回転することで、磁力でステンレス線が回転し、品物にステンレス線が当たって研磨されます。
磁気バレル.jpg
タグ:車輪 輪軸 切削
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2021年08月12日

切削失敗

車輪の輪芯の切削で失敗してしまいました。
切削失敗.jpgロストワックスの輪芯の裏側には表側の切削時のチャッキングにφ3の棒を付けてあります。
裏側の切削時にこのφ3も一緒に削ってしまおうとしたら、力がかかりすぎたようで、スポークが曲がって全体がねじ曲がり、バイトが引っかかってしまいました。
バイトの先が折れ、使えなくなってしまいました。
突っ切りなら切れるのでしょうけど、このためにバイトを変えてチャッキングしたり外したりするのも時間がかかるので、φ3の部分は糸鋸で切ることにしました。
数百個あるので、結構面倒ではあります。
タグ:車輪 輪軸 切削
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2021年08月01日

貨車の牽引負荷測定

前日の客車に引き続き、貨車の牽引負荷を測定してみました。
EF13電気機関車、貨車は運転会に参加された方からお借りして測定を行っています。
 
測定の様子です。
手持ちで撮影したため、揺れています。
申し訳ありません。
 貨車牽引負荷.png
 貨車の編成長は前日の客車10輛よりも短いのですが、牽引負荷は大きくなっています。
牽引したEF13電気機関車はそれなりの重量はあるのですが、牽引力が不足しており、勾配のある曲線でスリップしていました。
データの最後は、牽引力測定車のフォースゲージを止めてあるねじの頭がレールに当たってショートしてしまい、計測終了になってしまいました。
今回のEF13も、当日走っていたEF57も車重はそれなりにあっても、列車を牽くとスリップしやすいようです。
3軸台車2式で構成される旧型電気機関車では荷重が動輪に対して適切な分配でかけられていないのでしょうか。
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2021年07月31日

客車の牽引負荷測定

クラブの運転会がありましたので、組み立て式レイアウトで客車10輛を牽引した時の負荷を測定しました。
  機関車と客車の間に牽引力測定車を連結し、測定値を無線で飛ばして負荷を測定しています。
 牽引負荷.png
負荷の測定結果です。
R1050の曲線を含む四角状の組立式レイアウトです。
レイアウトを設置している机の高さが一定で無いせいか、傾きがあるようで、2カ所の曲線の負荷が非常に大きくなっています。
3回測定しましたが、全て同様の傾向となりました。
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2021年07月20日

輪芯の切削2

輪芯を切削する映像を撮影してみました。
ピントを固定にしなかったため、切削物の取り替えの際にピントが外れてしまっているのはご容赦のほど。
また、前回のと合わせて100個削りましたので、切削の外径誤差のヒストグラムのグラフを作ってみました。


切削誤差ヒストグラム.png
100個切削した時の外径誤差のヒストグラムです。
15/1000〜17.5/1000mmの間が最も多くなっていて割と綺麗に分布しています。
10/1000mmあたりに頂点を持って行きたいのですが、現状のばらつきでは小さすぎるのができるため、このあたりが妥当なのかもしれません。
タグ:旋盤 輪軸 切削
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2021年07月18日

輪芯の切削

輪軸を製作するにあたり、輪芯の加工を始めました。
スポーク輪芯はロストワックスで作ってあるのですが、そのままでは精度不足のため、旋盤で加工します。
数が多いので外注で加工してもらいたいのですが、請けてくれるところが見つからず、自分で加工することにしました。
特に外径は、タイヤを圧入する関係上、基準となる寸法(タイヤの内径)よりも少し大きい必要があり、できるだけばらつきは少なくしておきたいという思いがあります。
実際に削ってみて、誤差はどうなるのか調べてみました。
輪芯.jpg左が加工前、右が加工後です。
軸穴は仮のもので、タイヤを圧入後に仕上げます。
切削誤差.png
外径の基準値との差です。
最小目盛0.001mmのデジタルマイクロメータで測定しています。
加工順に左から並んでいます。
50個加工していますが、徐々に直径が大きくなっているのが分かります。
線形近似では最初と最後で、7/1000mmほどのずれがあるようです。
もっと数を削るので、時々バイトの送りを補正しなければなりません。
ただ、私の旋盤では、送りの目盛が2/100毎にしか無く、細かな補正が結構難しいのが実情です。
一部を除けば外径のずれは、2/100mmに収まっているので、特に問題は無いと思っています。
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2021年06月09日

車輪の振れ2

客車用のスポーク輪軸を50本試作しました。
前回は組み立て途中の物を1本だけ測定してみましたが、完成品のサンプルを10本にして測定しました。
測定器の最小目盛は2μmですが、5μm単位で測定しています。
測定.jpg本来はピボットの先端で受けるのでしょうけど、都合により、軸の片側を旋盤のコレットでチャッキングし、反対側は芯押し台に付けたコレットにボールベアリングを取り付けてピボットの斜めの部分を押しています。

 面振れ(μm)芯振れ(μm)
 絶縁車輪導通車輪絶縁車輪導通車輪
平均24293935
最大40456050
最小5101010
芯振れの方が大きいのが意外でした。
今回は、輪芯をタイヤに圧入後、軸穴にリーマを通しただけなのですが、一旦旋盤のバイトで軸穴を旋削した後にリーマを通すべきかもしれません。
この程度の振れでは、脱線することはないと思いますが、もう少し精度を上げたいと思います。
タグ:測定 車輪 輪軸
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2021年06月02日

車輪の振れ

客車用の輪軸を試作中なのですが、どの程度の精度で組み立てられたか確認してみました。
比較として車輪メーカ製の車輪の振れ精度も測定してみました。
車輪メーカ製の車輪の面振れは20μm前後、車輪の芯振れも20μm程度でした。
今回試作の車輪の面振れは20μm強、車輪の芯振れは20μm程度でした。
車輪の芯振れに関しては、旋盤のチャックの振れも加わっているので実際にはもう少し小さいのかもしれません。
試作品の振れは10μm以下にしたいところなのですが、車輪メーカ品と大差がないので、まあ、これで良しとしたいと思います。
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2021年03月08日

踏面接触位置

輪軸踏面に赤色の油性マーカを塗り、1時間ほどR732曲線で走らせて、踏面のどのあたりでレールと接触しているのか確認しました。
円弧踏面台車.jpg
円弧踏面の輪軸を付けた台車です。
進行方向は左です。
上が曲線の外側です。
アタック角が生じ、前側の輪軸は曲線の外側(写真上側)に寄って走ったため、上の車輪の踏面はフィレット付近、下の車輪は踏面の外側にレールの痕跡があります。
後ろ側(写真右側)の輪軸の中心はレールとレールの中心より若干曲線の内側(写真下側)に寄っているように見えます。

円錐踏面台車.jpg
円錐踏面の輪軸を付けた台車です。
進行方向は左です。
上が曲線の外側です。
アタック角が生じ、前側の輪軸は曲線の外側(写真上側)に寄って走ったため、上の車輪の踏面はフィレット付近、下の車輪は踏面の外側にレールの痕跡があります。
後ろ側(写真右側)の輪軸の中心はレールとレールのほぼ中心と一致しているように見えます。
円弧踏面.jpg
円弧踏面の曲線外側に寄っている車輪のレールの痕跡です。
ほぼフィレットのみに痕跡があるように見えますが、若干フランジの根元あたりまでレールが接触しているようにも見えます。
円錐踏面.jpg
円錐踏面の曲線外側に寄っている車輪のレールの痕跡です。
痕跡はフィレットと踏面のフィレット寄りにあるように見えます。
フランジの根元あたりまでレールが接触しているようにも見えます。
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2021年03月07日

牽引試験9

円錐踏面(洋白タイヤ)の輪軸でも、同様の条件で測定してみました。
円弧踏面R732牽引負荷8V4.png
2時間かけて計測予定でしたが、機関車の速度のむらが大きくなってきたので、約1時間で切り上げました。
負荷のばらつきが徐々に大きくなっているのが分かります。
前回の円弧踏面(ステンレスタイヤ)のデータと比べてみると、平均的な負荷の増え方は今回の方が小さいようです。
試験後、レールの汚れを確認しましたが前回の試験後と比べて汚れはかなり少なくなっていました。(試験時間が違うので正確な比較にはなりませんが、かなり汚れ具合が違いました)
この試験結果が正しいとすれば、洋白のレールでは、洋白のタイヤを使用した方が、レールが汚れにくく、連続運転時の負荷の増大は緩和されると考えられます。
円錐踏面汚れ.jpg円弧踏面と同様、レールの接触面には筋が付いています。
旧輪軸フィレット.jpg
反対側の車輪は、フィレットとフランジの境界あたりがレールと接触しています。
(踏面の筋は、別の試験の際に付いたもの)
フランジにはレール当たっている痕跡はありませんが、フィレットからフランジにかけて表面が非常に荒れており。これが負荷のばらつきに影響しているのではないかと考えています。
新輪軸フィレット.jpg
こちらは円弧踏面です。
これも、フィレットとフランジの境界あたりがレールと接触しており、フランジにはレール当たっている痕跡はありません。
踏面とフィレットの境界あたりに黒い何かが付いています)
フィレットからフランジにかけて表面はそれほど荒くありません。
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2021年03月06日

牽引試験8

これまでの試験で、ステンレスタイヤの踏面が汚れて牽引負荷が増加していると推測していましたが、ピボット軸受の潤滑の影響も否定できませんでした。
これまでは、ピボット軸受の潤滑には個体である黒鉛(鉛筆の芯)を使用していましたが、今回はピボット軸受に液体のルブロイドという潤滑剤(超極圧潤滑剤と称して販売されています)を塗布してから同じ試験を実施しました。
円弧踏面R732牽引負荷8V3.png
今回は約1時間20分走行後に客車が脱線してしまいました。
前回と比べると、比較的早い頃から機関車から滑るような音が聞こえ、たままた離席中に脱線転覆していました。
前回の試験後にタイヤ踏面を磨き、レール頭面も拭きましたが、充分でなかったのかもしれません。
タイヤやレールはそのままで復旧後再開したものの割と早く、また脱線しました。
数値的にはそれほど大きな負荷には見えませんが、機関車の速度にむらが見られましたので細かくデータを取ると時々非常に大きな負荷があったのかもしれません。
その後何度か試験を再開してみましたが、いずれも客車の2輛目の後ろ側の輪軸が脱線しました。
満足な試験にはなりませんでしたが、このデータから軸受の潤滑の影響はあまりないだろうと推測されます。
また、脱線転覆後に連結を切り離した際には負荷は0gfを示していましたので、フォースゲージで懸念される時間経過による測定値の変動はほぼ無かったと考えられます。


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2021年03月05日

踏面汚れ3

次の測定のために踏面を綺麗にしようとしているのですが、レールの当たった筋がなかなか取れません。
今回の試験で、ステンレスタイヤでは洋白タイヤよりレールや踏面が汚れやすいことが分かりました。
この汚れが牽引負荷増大の主要因と推測していますが、軸受も負荷増大の要因となることも考えられます。
今回の試験では、ピボット軸受に黒鉛(鉛筆の芯)を塗っていますが、液体の潤滑剤を使用した場合でも試してみたいと思います・
踏面筋.jpg
#2000の布やすり(裏にスポンジが付いたもの)で磨きましたが、筋状のものが残っています。
かなり強固にくっついているようです。
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踏面汚れ2

円弧踏面の輪軸での踏面汚れを確認するため、
  • レールの頭面を研磨し、めっきを剥がした後、リグロインで拭き取り
  • 車輪の踏面を#2000の布やすりで磨き、付着物を除去
を行った後に再度、2時間ほどR732曲線を走らせ状況を確認しました。
円弧踏面R732牽引負荷8V2.png
今回は、フォースゲージからのデータ取得を10回/秒の設定で行いました。
実際には、約0.66秒に1回のデータ取得になっています。
また、約1000回データを取得した時に無線機の電池が切れたので、一旦中断してからデータを再取得している関係で、1000回目前後で少々歪な形になってしまいました。
最後の方は負荷変動が大きく機関車の速度が変化しているのも分かりました。
いずれにせよ、走らせ続けていると負荷がどんどん大きくなっていきます。
踏面汚れ.jpg
試験後の踏面です。
前回と同じく、レールとの接触面に何か付着しています。
色が微妙に違うので、今回はレールの洋白が付着しているのではないかと思います。
試験後にレールの頭面を拭くと、かなり汚れていました。
円錐踏面の従来の輪軸ではそれほど汚れていなかったので、この輪軸の問題と考えられます。
違いとしては、
  • 踏面形状
  • 材質(ステンレス:SUS303)
がありますが、汚れている位置はほぼ円錐状になっている箇所なので、材質の問題なのではないかと考えています。
ということで、洋白のレールを使用する限りでは、付随車の輪軸のタイヤはステンレスよりも洋白の方が望ましいと思われます。
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2021年02月19日

牽引試験4

曲線での牽引負荷測定で、横向きの力による測定値への影響が懸念されましたので、時計回りと反時計回りで測定してみました。
今回はR732曲線のエンドレスで測定しました。
回転方向.png
8Vで走らせた時の負荷の測定グラフです。
データのばらつきが多く、25gf以上の負荷も頻繁に出ているので、測定に検討の余地があります。
線形近似を見ると時計回りの方が若干負荷が小さいことが分かりますが、それほど大きな差は見られないので、横方向の負荷が測定器に与える影響は少ないものと考えられます。
移動平均を見ると、正弦波状に変化しています。
エンドレスをぐるぐる回して測定していますので、線路を設置した床が傾いているのか、エンドレスの位置により負荷が変わるようです。
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2021年02月14日

曲線での牽引負荷

この前の試験で、R732曲線での負荷は直線の約3倍という結果が出ました。
はたしてこれで正しいのか、ちょっと疑問が残ります。
というのは、連結部が直線ではなく、斜めになっているので、フォースゲージに対して横向きの力もかかっているはずだからです。
連結器の角度からある程度の推定はできるはずですが、信憑性のある結論が出るか疑問です。
フォースゲージの連結器を付けている部分を右に押したときと、左に押したときで検出される力がプラスマイナス逆になることを利用し、右回りと左回りに走らせてその時の結果に差があれば、その差(の半分)が負荷とは関係のない横向きの力と推定されます。
ということで、機会があればその試験をやってみたいと思っています。

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2021年01月17日

踏面形状8

前の試験で、踏面が円弧踏面のものと円錐踏面のものを比較し、円弧踏面の輪軸を使用した客車の方が若干負荷が少なさそうでした。
※これまで「曲面踏面」と書いていましたが、実物では「円弧踏面」と表記されるため、合わせることにします。
円弧踏面の方が行路差によるレールでの滑りが少なく負荷が減ることが考えられるのですが、実際の回転負荷に対してどれくらいの影響があるのかはよく分かりません。(ほとんど影響が無いのかもしれません)
行路差で影響があるのなら、アタック角に差が出るのかもしれないということで確認してみました。
※アタック角については、むすこたかなし氏のblog(しょうなんでんしゃ のブログ)に詳しく書かれていますので説明は割愛します。
下記の通り、円弧踏面でも円錐踏面でもアタック角はほとんど変わりませんでした。
台車だけの実験なので、車体を乗せて重くなると多少変わるのかもしれませんが、ほとんど期待できないような気がします。
円弧踏面.jpg
円弧踏面の車輪です。
アタック角が大きくあります。
円錐踏面.jpg
円錐踏面の車輪です。
円弧踏面と同程度にアタック角があります。
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2021年01月16日

踏面形状7

踏面形状違いの輪軸を使用して曲線通過を見てみました。
IMONシステムトラックを使用し288mm長2本の直線で12mm持ち上げ、約2%の勾配を作製し、客車を転がしてみました。
曲線半径は732mmです。
最初の3回が曲面踏面の輪軸で、後の3回が既存の輪軸を使用したものです。
客車、台車は同じものを使用し、輪軸を入れ替えただけです。
期待したほどの差はありませんでしたが、曲面踏面の方が負荷は少ないようです。
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2021年01月14日

踏面形状6

前の試験で踏面角が大きいほど分岐器の曲線を通過しやすかった件でなぜなのかちょっと考えてみました。
以下に記したとおりです。
間違いやご指摘事項がありましたら、コメント等でご教示いただきますようお願いします。
※計算間違いをしていたようなので訂正しました。(まだ間違っているかも)
むすこたかなし氏のblogでも似たような話が書かれていて、あちらの方が図入りで解説しているので分かりやすいかもしれません。
※むすこたかなし様からのコメントで、式、計算値等を見直しました。ただ、ご指摘事項を完全には理解できていないので、まだ間違っているかもしれません。(ボロボロですね)

ーーーーー
曲線の半径700mmと仮定
ゲージは12mm
内側のレールの長さは(700ー6)×2×π≒43614386mm
外側のレールの長さは(700+-6)×2×π≒4436mm
内と外の差は1周で約7550mm
仮に10度曲がるとしたら約2.11.4mmのずれが発生
踏面角0度の場合、車輪の周長は左右で変わらないので曲線の外側は2.11.4mm遅れる
(実際はフィレットがあるのでそれほど差は出ないはず)
→輪軸が枕木と水平から傾いた状態になる
→フランジが引っかかる?
→止まる
ということが考えられる。

Φ9.8の車輪の周長は約30.8mmある。
片側で1.4mm増やすと周長は約32.2mmにする必要があるので、約10.25mmの直径が必要になる。(約0.45mm直径が増える)
レールの長さは外周と内周で1.731.14%の差があるので、内外周で0.170.11mmの直径差が必要である。
12mmゲージの線路上で輪軸が左右に0.25mm横移動が許されると仮定するならば、
車輪のレールに接触する位置から双方の車輪が0.25mmずれるので、踏面では0.25×2=0.5mmすれた位置の直径差が0.170.110.45mmあれば良いことになる。
直径差0.170.110.45mmなので半径では0.0850.0550.225mmである。
その角度を求めるとatan(0.0850.0550.225/0.5)≒9.66.324度ということになってしまう。
実際にはフィレット部分にも乗り上げて踏面角以上に左右の車輪の周長差があるものと推定される。
※実際には、9度でも怪しかったので、まだ計算が間違っているのかもしれません。

曲面踏面のフィレット直前の角度は、設計上約20度しかないけど、フィレット部分まで乗り上げて周長差を確保していると思われる。

台車に輪軸を取り付けた場合、軸受で輪軸の進行と垂直方向の回転は抑止される。
台車の回転と、レールの曲線半径を考慮したフランジ形状にしておけば、フランジがレールに当たって大きな負荷がかかる可能性は低い。(フランジ形状をどうやって設計すれば良いのか?)
ただ、レール上を踏面が滑ることのなるので輪軸の回転には負荷が発生する(実用上無視できる程度なのか否かは不明)
タグ:台車 輪軸
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