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車両を構成するパーツを紹介 シャシー編

こんにちは

 

今回は、フォーミュラカーを製作する際に必要なパーツについて

説明しようと思います.

 

 

 

フォーミュラカーを構成する部品

 

 

自分の所属チームでは

車両の設計をするメンバーを

  • シャシー
  • パワートレイン
  • エアロ・カウル 
に分けています
 
今回は、このうちのシャシーについて
説明していこうと思います.
 
 

シャシー

 
シャシ (chassis) はフランス語で「フレーム」のことであり、自動車の骨格となるフレーム自体を指す。自動車初期に英語でも使われるようになり、シャシという用語は、フレームにエンジン、トランスミッション、ドライブシャフト、ディファレンシャル、ステアリングギア、サスペンションなど、一連の走り装置を組み込んだ『車の基本構成部分』となる「ローリングシャーシ」を指すようになった。
 
 自分のチームでは、エンジン関係はパワートレインに分類しており
 
シャシーには
  • フレーム
  • ステアリング
  • サスペンション
  • ペダル
といったパーツがあります.
 
フレーム

 最初に、車両の骨格となるフレームについて説明しようと思います.

 

学生フォーミュラの車両には、

 

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このようなパイプを溶接して製作するパイプフレーム

 

 

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カーボンを積層して製作する、カーボンモノコックがあります.

 

 

パイプフレームの長所としては

  • 頑丈で耐久性が要求される用途に向いている。
  • 事故にあった際の修復が容易
短所としては
  • モノコックよりも重い
  •  モノコックに比較してトーション(力が加わった際の全体のねじれ)に弱い(ねじり剛性が低い
 
モノコックの長所としては、
  • ねじれやひずみに強く、軽量化が容易

短所としては

  • 局所的に過大な応力を受けると破断しやすく、一部分だけでもそうなると全体が変形してしまう
  • 自己に合った際の修復が難しい

といったことがあります.

 

 

また、フレームはドライバーの命を守る最後の砦ということもあり

 

学生フォーミュラでは

パイプ径、構造などに細かいレギュレーションがあります.
 
また、大会前にSES(Structural Equivalency Spreadsheet)と呼ばれるフレームの構造を示す証明書を提出する必要があり
 
これを提出して大会側からの承認を得ることができないと
車検を受けることができません
 
 
前回、
  
 
で紹介したように大会は車検から始まるため
その車検を受けられないということは…😇
 
 

 

ステアリング

 次は、車両のかじ取り装置である

ステアリングについて紹介したいと思います.

 

 

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1のステアリングホイールを、ドライバーが回転させることによりそれを2のシャフト、ユニバーサルジョイントを通して、

 

3のピニオンに伝えます.

 

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そのピニオンが回転することにより

 

 

ラックギアと呼ばれる

 

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図のように、直線の丸棒に歯が切ってあるものと

 

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このようにかみ合い

回転運動→直線運動に変えています

 

そして、4のタイロッドを介して5のアップライト(後々説明します)を押したり引っ張ったりすることによりタイヤの向きを変えることにより

結果的に曲がることができます。

 

(細かいことを言うと、ステアリングだけでなくタイヤも曲がることに関係しますが、

その説明はここでは省きます.)

 

 

 

サスペンション

 

 サスペンション形式には、様々なものがありますが

大多数のチームが

ダブルウィッシュボーン形式を採用しているかと思います。

 

 

 

ダブルウィッシュボーンと呼ばれる所以としては

 

ウィッシュボーン(鳥の叉骨)という下の図のようなアームを

ダブル(2組)使用していることによります

 

ダブルウィッシュボーン形式の長所としては

  •  サスペンションの剛性確保が容易
  • タイヤが上下動する際にキャンバー角の変化を最小限に抑える事ができるため、接地面が維持され、タイヤと路面の間の摩擦力(グリップ力)の変化が少ない。
  • サスペンションの設計に制約が比較的少なく、ジオメトリー設定の自由度が高い.
  • 細かなセッティング作業を繰り返すレーシングカーに向いている。
 
短所としては
  • 造が複雑で部品点数が多くなるため、生産コストが高くなる
  • ばね下重量が重くなりやすい

などがあります.

 

構成パーツには

 

 

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ロッキングアーム・・・アッパーアームまたはロアーアームの中間をシャーシ側で支持しててことし、一端のアップライトの動きを他端のスプリング / ダンパーへ伝える

 

ベルクランクと呼んでいるチームが多いかもしれません

 

 

 

プッシュロッド・・・タイヤがバンプ(路面突起)に乗り上げるとロッドが押され、スプリング/ ダンパーユニットを収縮させる。

 

 

 

 

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ダンパー・・・コーナーなどで車両の挙動が乱れた際にそれを減衰させるための機構

 

 

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アップライト・・・車軸が固定されホイールのハブを取り付ける強度の高い部品

 

 

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アーム・・・上図は、ダブルウィッシュボーン形式のアームです.

 

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確かに、鳥の叉骨のような形をしてますね

 

 

 

 

ペダル

 アクセルペダル、ブレ―キペダル、クラッチペダルで構成されています.

 

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ブレーキペダルもフレームと同様、ドライバーの命を守る大切なパーツなので

 

レギュレーションで

  • 使用できる材料
  • 最低限の強度

が規定されています.

 

 

また、ステアリング同様

 

ドライバーからの入力を

車両に伝えることのできる数少ない部品なので

 

形状、位置など

配慮しなければならないことが多い部品です

 

ペダルの位置を、

ドライバーごとに変えることができるように

 

調節式にしているチームが多いと思います

 

 最後に

 

今回は、車両を構成するシャシーについて

説明をしました.

 

 

自分は、フレームとステアリング、

後サスペンションを少し担当しているので

 

ペダルに関する説明は

少なくなってしまいました.

 

こうやって記事で書こうと思うと、

今まで理解したつもりでいたことも、

 

しっかり説明することが出来ずに

理解が曖昧だったことに気づかされました.

 

 

 

やはり、ブログで自分が行っていることを

アウトプットすると言うことは

 

自分の再理解という点でも重要です

 

 

次は2つ目の分類のパワートレインについて

説明していこうと思います.