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「ゴム動力」ラジコンカー [玩具]


ゴム動力はモーターに押されマイナーであるが
「ゴム動力」の模型自動車はyouTubeには沢山投稿されている。

ここにあるのは動力は「ゴム動力」でステアリングはラジコンという懲りにこった
スタイルの「Cirin」という車。
しかし北京工業大学チーム「Formula-E」にはかなわなかったらしい。

ゴムを捻じって使うにしても張力が半端でないのでそれに耐える
車体の構造など難しそうだ。


規模がちがう「2014 FE Championship China 」youTube

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2015.02.05
最高時速48kmの「ゴム動力」ラジコンカー「Cirin」
wired

3Dプリントで成形したナイロン樹脂、カーボンファイバー、
削り出しのアルミニウム等でつくられたラジコンカー「Cirin」。
動力は、長さ約5mのゴムバンド1本だけだ。

ゴム動力の模型自動車といえば、アメリカではカブ・スカウトのジャンボリーや小学校
での工作の課題の定番だ。しかし、カリフォルニア州パサデナにある「アートセンター
・カレッジ・オブ・デザイン」の学生につくらせると、さすがにレヴェルが違う。
この凝りようと見事な出来映えには、メカ好きなら誰しも唸らざるをえないだろう。

3Dプリントで成形したナイロン樹脂、カーボンファイバー、削り出しのアルミニウムと
いった素材でつくられたこのラジコンカーは、「Cirin(シリン)」と名付けられてい
る。

車体のデザインは、1960年代のF1マシン独特のボディ形状(「葉巻型」とも呼ばれる)
と、鳥の翼の骨に見られるような中空の桁構造にヒントを得たフォルムを融合させたも
のだ。

製作グループが「バイオトラス」と命名したこの構造は、見た目にインパクトがあるば
かりでなく、驚くほどの軽さと強度を両立させており、しかもネジや金具はほとんど
使っていない。

動力は、長さ約5mの1本のゴムバンドだ。これを20cmほどの何重かの輪にして、前後1
組のフックの間に渡したものが、カーボンファイバー製のチューブに収められている。
このクルマを「チャージ」するには、まずノーズコーンを取り外し、その中にあるフッ
クの一方を手で、または電動ドリルで回してゴムバンドを巻き上げる。

ゴムを巻いた後は、レース開始の合図であるグリーンフラッグが振り下ろされるまで
勝手に走り出さないように、ブレーキの役割をするサーボモーターが駆動ギアをホール
ドしてくれる。

ノーズコーンには強力なネオジム磁石が組み込まれているので、取り付けはもとの場所
にはめ込むだけだ。そして、巻かれたゴムの反発力が解放されると、シリンは150mほど
の距離を走ることができ、最高速度は時速48kmに達する。


最初のプロトタイプの車体は、剛性はあるが脆い石膏のような材質でつくられていた。
これは予選レースでは健闘したものの、最後までは走れなかった。

「ゴムをいっぱいまで巻くと、フレームを捻じろうとする強烈な力が加わる。そのため、
粘りのない硬い材質で作った最初のクルマは、いわば走る時限爆弾だった」と、シリン
をデザインしたグループの1人、マックス・グリーンバーグは言う。「どこかに小さな亀
裂ができると、それがどんどん広がって、最後はフレームがバラバラに砕けて飛び散っ
た。それもコースの半ばあたりで」

そこでチームは、3Dプリントのナイロン樹脂で新しいフレームをつくり直した。ところ
が、今度は剛性が足りず、ゴムの反力でフレームが歪んで、動力を伝えるギアの噛み合
わせが外れてしまった。「残念ながら、レースの当日、クルマは期待通りには走ってく
れなかった」

3Dプリントのフレームにガラス繊維で強化したナイロン樹脂を使えば、ゴムの反力にも
耐えてレースで勝てたはず、とチームは考えているが、ともあれ、グリーンバーグ氏と
仲間たちは別の賞に甘んじるしかなかった。

「デザイン・製作・コンセプト賞」だ(優勝は北京工業大学チーム。
レース「Formula-E」は今年8回目で、2014年8月にアートセンター・カレッジ・オブ・
デザインで行われた)。

製作には、高精度のギア、ラジコンの電子部品、カーボンファイバー製のパーツだけで、
500ドル以上かかったという。3Dプリントのフレームは、3Dプリンティングのサーヴィス
・プロヴァイダー、Solid Concepts社から無償で提供されており、この500ドルには含ま
れていない。

フレームは複雑すぎて、もっと安く製造するのは無理だというが、もし熱心な愛好家た
ちの関心があれば、コレクターズ・エディションを製作する可能性もあるという。
2013 Formula E. Team: DT Lancers. Practice Run at Tennis Court (Video 2)


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振り子時計2 [玩具]


ぜんまいばねや錘の下降などを動力源として
カチカチと時を刻む振り子時計。

ここに動力源を錘の下降やゴムを利用して、簡単に作れるものがある。

脱進機の機能としての等時性はそれほど気にしないで
簡単な仕掛けで脱進機能を果たすもの。

この基本的な仕掛けを知れば、他にも色々アイデアが出てきそうだ。


牛乳パックで作ってるもの
動力源は錘の下降

2016/10/27 に公開
機械式時計の模型

振り子式や棒テンプ式の機械時計の簡単な模型です。


こちらダンボールで作ってるもの。
メトロノームタイプでゴムを利用している。

2016/05/08 に公開
ダンボールのメトロノーム風脱進機


自分自身が振り子となっているタイプの脱進機を思いつきました。
メトロノームのように、おもりの位置でスピードが変えられます。
脱進機とは、一瞬で開放されてしまうゼンマイやゴムの力を、一定のスピードで
開放していく仕組みのことです。


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振り子時計 wiki

動作原理

ぜんまいばねや錘の下降(後に電動も)などを動力源とし、
振り子の等時性によって調速される脱進機によって制御され、時を刻む。

振り子時計の脱進機は振り子の等時性に影響を与えないように工夫されており、
動力源から伝えられる運動エネルギーをごくわずかずつ、

かつ振り子の往復運動が減衰しないよう振り子に伝えつつ、
振り子の運動を歯車の1歯毎の回転に変換する。

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振り子時計
今は殆ど見なくなった振り子時計。
あのカチカチと時を刻み風情のある振り子時計、
その外見上の特徴等から人気があって、今も使っている方が居るかも知れません。

振り子時計の動作原理の妙がなんともいいものです。

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リールタイプの動力装置11 [玩具]

動くものの基本は回転であり
その回転を与えるものは今ではモーターが主流になっている。

ベイブレードランチャーは玩具のコマを回転させるもの
としての道具であるがモーターは使っていない。

紐を巻いて回すコマもそうだが、コマを勢いよく回すには
テクニックがあるようだ。

ここで回転の勢いを考えてみると
ベイブレードランチャーの場合は、歯が付いた柔らかいスティックを
勢いよく引いて回転を与えている。内部には増速する仕掛けも付いている。

ペットボトルのベイブレードランチャーで考えれば
紐の引く長さと、紐を巻き付ける部分の径によって与える回転の
勢いが決まってくる。

例えば紐の引く長さ500mm、巻き付ける部分の径5mm(周長15.7mm)として
考え、500mm引っ張れば単純に31.8回転になり、それを0.1秒で引くか0.2秒で
引くかによって回転の勢いが決まってくる。

市販のベイブレードランチャーの歯が付いた柔らかいスティックの長さ
に比べて、ペットボトルのベイブレードランチャーの場合は1000mmでも
引くことができるので単純に63.7回転になります。

リールタイプの動力装置としてコンパクトにして
紐を巻く部分の径を細くしていけば強烈な勢いの回転が得られることになる。

ただし、紐を巻く部分の径を細くした時は、紐を引く大きな力も必要になって
くるのは理屈の通りでです。

ここでリールタイプの動力装置に第二の軸を設定すると、本体に関係なしに
紐を巻く部分の径を自由に選択できます。

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リールタイプの動力装置10
リールタイプの動力装置9
リールタイプの動力装置8

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リールタイプの動力装置10 [玩具]

リールタイプの動力装置9では
リールタイプの動力装置の基本構造はリールタイプの動力装置4で紹介した
ペットボトルベイブレードランチャーをベースにゴムの引っ張り力を利用した
リールタイプの動力装置の仕掛けを考えました。

ここでは輪ゴム1本で走る車のように、動力装置を車体にビルトインした
場合を考えてみたい。

「輪ゴム1本に紐を繋げて
紐を軸に巻いてゴムを伸ばしていく。
軸から車軸へはギアを介して増速している。
ゴムの引っ張り力を利用。」

輪ゴム1本で走る車

動力装置を車体やフレームにビルトインする時、ゴムの引っ張り力に対する曲げ
強度が必要なので、フレームや車体にそれなりの工夫が必要です。

リールタイプの動力装置9ではペットボトルベイブレードランチャーの基本的考えを
踏まえてゴムの引っ張り力を利用したものにすると言うだけで、具体的な
構造には触れてなく、なかなか分かりずらいですが、

ここでは輪ゴム1本で走る車を参考にざっくり3D CADで計画してみました。

ビルトイン.JPG


輪ゴム1本で走る車はギアを使ってますが、ギアの代わりがボビンの径とゴムを
巻き取る軸の径、車軸の径、タイヤの径になります。

リールタイプの動力装置9の場合もこんな感じで、一つのユニットとして
まとめればいいようです。

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リールタイプの動力装置9
リールタイプの動力装置8
リールタイプの動力装置7

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リールタイプの動力装置9 [玩具]

リールタイプの動力装置2で紹介した輪ゴム1本で走る車をベースに
ゴムの引っ張り力を利用したリールタイプの動力装置で走らせる仕掛けを
考えてみたい。

輪ゴム1本で走る車
「輪ゴム1本に紐を繋げて紐を軸に巻いてゴムを伸ばしていく。
軸から車軸へはギアを介して増速している。ゴムの引っ張り力を利用。」

輪ゴム1本で走る車


リールタイプの動力装置の基本構造はリールタイプの動力装置4で紹介した
ペットボトルベイブレードランチャーです。
自作!ペットボトルベイランチャー!

これをゴムの引っ張り力を利用したものに置き換えるだけで
ゴムの捻じりを利用したものと同じように、動力や、カタパルトやランチャー
として利用できます。

ビデオの輪ゴム1本で走る車の場合、輪ゴムと紐を繋げているのが
ポイントで、更に紐を巻く一回転を増速させるギアの比率になっている。

ゴムの引っ張りで戻る力は結構大きいので、増速させるギアの比率で、その力を
走行距離(車輪の総回転数)を延ばす方向にもっていける。

リールタイプの動力装置による車輪の駆動の場合ギアは使わないが、
ギアの比率を左右するのが紐を巻き付ける車軸の径と動力装置の紐を巻き取る部分
(ボビン)の径になる。

ゴムの力、ボビンの径と車軸の径、車輪の径を選択することで可なりの距離を走行する
ことが出来るようになります。
この辺のマッチングはゴムの捻じり力を利用した場合も同じです。

ペットボトルベイブレードランチャーの基本構造をベースに
ゴムの引っ張り力を利用した場合の構造を考えてみて下さい。

車のフレームにビルトインして作る方法もありますが
タイトルのリールタイプの動力装置としては、ゴムの引っ張り力を利用した場合も
アッセンブリされた一つの動力装置と考えて、他にも応用できるようにした方が
いいでしょう。
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リールタイプの動力装置8
リールタイプの動力装置7
リールタイプの動力装置6

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リールタイプの動力装置8 [玩具]

リールの場合、第二の軸は無くて、紐を巻く軸がリールまたは
リールタイプ動力装置の軸になっている。

ここでリールタイプの動力装置3の場合で
紐を巻く軸をパイプに置き換えたらどうかを考えます。

How to Make a Helicopter That Flies Far


これによる効果は
パイプの中に軸を入れることが出来ること。

普通の竹とんぼの軸をパイプの中に入れることが出来るので
竹とんぼを飛ばすことが出来ることになる。

リールタイプの動力装置3のビデオの場合は
軸をパイプにすることで竹とんぼを飛ばせることになる。
竹とんぼの軸に直に紐を巻くやり方もありますが・・

この場合もパイプの径は、回転志向かトルク志向を決めることになるが
竹とんぼの軸が通る太さなので、それほど細いパイプは使えない。

軸をパイプにするだけで、リールタイプの動力装置の
利用範囲がまた広がります。

動力装置と言うよりカタパルト、ランチャーと言った方がいいかも。

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リールタイプの動力装置7
リールタイプの動力装置6
リールタイプの動力装置5
リールタイプの動力装置4

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リールタイプの動力装置7 [玩具]

リールタイプの動力装置4で紹介したリールまたはリールタイプ動力装置の
基本的な構造でもあるペットボトルベイランチャーですが

この基本的な構造を発展させて、ペットボトルに車を付けて走らせる
ペットボトルカーが出来ます。

自作!ペットボトルベイランチャー!


引き出す紐を車軸に巻き取っていき、紐が戻る力で走る
今までに無いリールタイプ動力のものです。

ベイブレードランチャーの場合で言うと、先端にコマを回すものが
付いているところに、紐を巻くボビンを持ってきて、ゴムの長さは
ペットボトルの長さ一杯に使うようにします。

ボトルのキャップは軸受け兼ストッパーとしてそのまま使います。
紹介したベイブレードランチャーの場合は紐のストッパーは
ボトル本体ですが、キャップの裾を部分的に反対側に折り曲げ穴をあけて
紐のストッパーに使います。

ペットボトルベイランチャーの場合、紐の太さは太めのを使ってますが、
釣り糸などを使うと小さなボビンでも結構な長さを巻けるので
車軸の径とタイヤの径にも寄るけども、結構な距離を走れます。

紐を巻く軸径とボビンの径によって、回転志向かトルク志向かが
決まるので、どんな走り方にするかでそれぞれの径を決めるといいです。

軸に紐を巻くときは、軸に設けたフックに引っ掛けて、タイヤホイールを
細い棒で回すと巻きやすい。

ペットボトルベイランチャーを見ても分かる様に、紐を引き出す時の
初期張力の設定は底側の固定棒を回転させて調整できます。

車輪はペットボトルのキャップを利用するのをよく見かけます。
車軸は径3mm位の竹串がいいようです。
リールタイプの動力装置を小さく作りたい時は、20~30mmの筒状の容器を
利用すると小さな車ができるでしょう。

創意工夫でオリジナルのリールタイプの動力装置で走る車を
作ってみてください。
パワーに対して車の重さが軽すぎても駄目だとか、色々なことが分かってきます。

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リールタイプの動力装置6
リールタイプの動力装置5
リールタイプの動力装置4

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リールタイプの動力装置6 [玩具]

リールタイプ動力装置5で紹介した
弓ぎり式火起こしの仕掛けと、リールタイプ動力装置3で紹介した
軸に紐を巻いてリング付き羽根を飛ばす仕掛けを
合体した時の話です。

リールタイプ動力装置4ではリールの基本的構造そのものでもある
ベイブレードランチャーを紹介しました。これをベースに考えてもいいです。

リールタイプの動力装置3
【縄文時代】火起こし

リールタイプ動力装置3の紐を巻き付ける軸を
別に設定する軸として
その軸を弓ぎり式火起こしの時の棒に置き換えて考えれば
リールタイプ動力装置の利用の一つの方法になる。

これを別に設定する軸、第二の軸を回転させる仕掛けとして利用
する場合は、リールタイプ動力装置というよりリールタイプのカタパルトと
言った方がいい。

弓ぎり式火起こしの仕掛けは第二の軸、第三の軸を回転させる
時の有効な仕掛けになる。

第二の軸をリールタイプ動力装置と一体にするか、別にするか
の使い方がありそう。

第二の軸を車軸と考えた場合はカタパルトでなく動力装置になり
戻る力で車軸を回すことになる。

そしてその軸の太さが回転志向かトルク志向かを決めることにもなる。
---
リールタイプの動力装置5
リールタイプの動力装置4
リールタイプの動力装置3
リールタイプの動力装置2
リールタイプの動力装置
カタパルトでコマと竹とんぼ
カタパルトと竹とんぼ
飛翔玩具の進化

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リールタイプの動力装置5 [玩具]

弓ぎり式火起こし

【縄文時代】火起こし


リールタイプ動力装置に弓ぎり式火起こしが何の関係があるんだ?と
思うでしょうが

リール、リールタイプ動力装置の利用の仕方として
この仕掛けがヒントになります。

別に設定した軸を回転させる仕掛けです。
紐を引いて回転させた後はリール機能で戻ります。

弓ぎり式火起こしの場合は往復、軸を回転させる仕事をしますが
ひょっとして、強力なリールタイプ動力装置で火を起こせるかも知れません(笑)

ここでは、弓ぎり式火起こしの仕掛けを参考にして
リールタイプ動力装置の利用の仕方を考えます。

こここで、弓ぎり式火起こしでは軸に紐を一巻きしてますが
巻き数を増やせば滑りも減り伝達する力を大きく出来ることに着目。

しかしこの場合、紐同士がこすれて紐の寿命が問題になるが
紐同士がこすれても滑りのいい紐であればそれが可能でしょう。

滑りのいい紐だと巻き付ける軸との滑りも気になるが
リール機能の戻る力と、引く力で軸にぐいっと抱き着くので
軸との滑りは心配いらないでしょう。

軸に巻いて引く方法は、紐がネジ目になるので紐を引くことで
軸にスラスト力が働き軸が移動する力が働きます。

ここまで書いてきて思うのは
やっぱりリールタイプ動力装置で火を起こせるかも知れません。

リールタイプ動力装置の利用の一つに挙げておきます(笑)
リール式火起こしです。

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サバイバルで火を起こしたい時は
こちらも参考になる。
竹をこすり火を起こす方法。

竹で火起こし サバイバル 火起こし

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リールタイプの動力装置4
リールタイプの動力装置3
リールタイプの動力装置2
リールタイプの動力装置
カタパルトでコマと竹とんぼ
カタパルトと竹とんぼ
飛翔玩具の進化

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低温度差エンジン [玩具]

低温度差を利用して動くスターリングエンジン

EV化でいずれ姿を消していく内燃機関なので今さらエンジンでもないが、
外燃機関として昔からあるスターリングエンジンは、自動車用として検討された
らしいが、熱効率やパワーウエイトレシオ等の面から
採用されるには至らなかった経緯がある。

太陽熱だけで回るスターリングエンジンもあるが、起動は外力に依らなければ
ならないのは今の内燃機関と同じだ。

スターリングエンジンの、ディスプレーサーの両サイドの温度差を利用して
パワーピストンを往復させ、コネクチングロッドを介してシャフトを回転さ
せる仕掛けだが、小さなエンジンの場合は摩擦抵抗が大きく影響する。

温度差が小さい場合は特にそれが顕著に影響するので
温度差を大きくするためにディスプレーサーの片側を火で炙る方法が一般的だ。

低温度差を利用して、回る理屈を理解するものがyouTubeには沢山あり
コーヒーカップの上に乗せて回るものを、沢山の人が楽しみながら作っている。


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