羽ばたき機ギアボックス作り直し

羽ばたき実験機のギアボックスを作り直しました。

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以前は2Hzぐらいに設計しましたが、負荷があると当然ながら回転数が落ちているようでした。
ふしみさんのアドバイスを頂き、フルスロットルで5Hzぐらいになるよう減速比を変更しました。

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減速比は以下です。
8/28 1/3.5
8/38 1/4.75
8/42 1/5.25
1/87.28125
5.61Hz

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軸間がもうギリギリなのでこれ以上減速するのはキビシそう。
ギアが小径になったのでギアボックス自体はコンパクト&少し軽量化になりました。
安価で加工のしやすい鉄製シャフトですがサビやすいので動きがシブくなってきます。
まだまだ見直しは必要です。

羽ばたき実験機1

羽ばたき実験機1をデッチあげました~。

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まだ完成じゃありませんが現時点での仕様はこんな感じにしてます。
全長 約400mm
翼長(ウィングスパン) 約800mm
翼面積 11dm2ぐらい
モーター AP-03 7000KVブラシレスモータ
減速比 1/171

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ハネはEPP45倍1mmです。
主桁はΦ1.5mmのカーボンロッド。
斜めの桁は画像では付いてませんが後で張りました。

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水平尾翼はEPP30倍2mm。
3Dプリンタのパーツで角度を変えられるよーにしてます。

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胴体フレームはΦ1.5mmカーボンロッドを2本貫通させてます。
バッテリーが変なとこに乗ってますが、ハネの前縁から1/3ぐらいのところ付け直しました。
重心も大体そのあたりです。

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重量は約39g。
まずはメカの動作確認なので旋回機構は付いてません。
ただの飛行機として見たら翼面荷重は3.5g/dm2と結構優秀です。
実際、手投げの滑空だけならふんわり飛行しました。

で羽ばたかせて投げたのですがやはり推力不足のようです。
重くて落ちるというよりも、前進するチカラがなくてハネに推力を生み出せない感じでしょか?
とりあえず色々試すためのベースができたのでしばらく試行錯誤してみます。

ギアボックスの製作続き

羽ばたき機のギアボックス製作を続けます。

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リンケージは分解がカンタンにできるようにボールリンクを使います。
といってもなかなか小さいのが見つからず、やっとM2のボールリンクを探して購入。

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ボールエンド同士をM2の全ネジで接続します。
久々にネジをぶった切ったり、タップをヤスリで成型したりと金属加工しました。

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Φ2mmの鉄製シャフトをクランク軸用に短く切断。
このぐらいの太さまでならラジオペンチで切れますが、コメカミの血管も切れそうになります。
Dカットはヤスリでゴリゴリしときました。l

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クランクはとりあえず3Dプリンタで製作したものを使います。
圧入ですが万力でギューギューに入れてあるので空転はしにくいと思います。
手羽元リンケージはギアボックスの上部にΦ2mmのシャフトを軸に動く構造。
ココはちょっと軟弱っぽいのでいずれ強度アップが必要になるのかもしれません。

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羽ばたき機のクランク周辺はふしみさんからガチガチに強度を上げることと教わってます。
ユルむよーなら接着しますが、それもまずは実験してみます。
シャフトもイモネジで固定しているのでだいぶガッチリ留まっているハズです。

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手羽元リンケージの上死点。

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手羽元リンケージの下死点。
どんな角度がよいのかさっぱり分かりません。
晩御飯の唐揚げを食べながら考えます。

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メカ重量はこの時点で約28gです。
通電してパタパタさせてみましたが、先駆者の方々の羽ばたきに比べて若干遅い気がします。
もう少し減速比を小さくした方がよさそうです。

ギアボックスの製作

何年か前から作ろうと思ってなかなか手が出なかった羽ばたき機。
軽量なギアボックスで成功された先駆者の方々の素晴らしい機体を見ていると、なんかできる気もしません(負け犬)
でもせっかく3Dプリンタも使いこなしてきたので実験とゆーことでギアボックスを作ってみます。


ギアの計算方法が分からなかったので色々調査。
いわゆるギアにはピッチとかモジュールとか呼ばれる数値があります。
2枚のギアの歯同士が接する面を持つ円がピッチ円。
例えば0.5mmピッチはピッチ円の歯と歯の間隔が0.5mmということらしいです。
モジュールはピッチ円の直径を歯数で割った値です。
つまり、モジュール0.5mmの場合、48歯のギアのピッチ円の直径は
48歯×0.5mm=24mmとなります。

ここで今回使用するAP-03ブラシレスモータのKV値は7000KVです。
回転数はKV値×電圧なので
7000×4.2V=29400rpm(1分間の回転数)
1秒に換算すると
29400rpm÷60秒=490rps(1秒間の回転数)
となります。

羽ばたき機の羽ばたき周波数(1秒に羽ばたく回数)をとりあえず2~3回とします。
機体の大きさによっても異なるようですが、先駆者の方々がそんな感じで設定されています(急にユルい)
つまり2~3rps(Hz)になるように減速比を設計します。

今回は入手しやすい0.5mmモジュールのギアにします。
減速比を大きくするため、2段ギアを何枚か使うことになります。
あまり特殊な組み合わせの2段ギアではなく一般的なものを選んでみました。
ピニオンギア 8歯
1stギア 38歯+8歯
2ndギア 48歯+10歯
3rdギア 60歯

ギア比は噛み合う同士で以下のように求めます。
8歯(ピニオン)/38歯(1stギア1段目)=1/4.75
8歯(1stギア2段目)/48歯(2ndギア1段目)=1/6
10歯(2ndギア2段目)/60歯(3rdギア)=1/6
つまり減速比は1/171となります。
ピニオンギア(モータ軸)が171回転すると3rdギアが1回転します。

490rps(1秒間の回転数)÷171=約2.87rps(Hz)
となりました。
あ~、長かった。

いえいえ、まだ文字は続きます。
実際の設計での軸間距離は異なるギア同士の1段目と2段目がかみ合います。
例えば、1stギアと2ndギアの軸間距離は
8歯(1stギア2段目)×0.5mm÷2(半径)+48歯(2ndギア1段目)×0.5mm÷2
=2mm+12mm=14mm
となります。

これでやっとギアボックスの設計ができるよーになりました(疲労)

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はい、印刷(投げやり)
ギアボックスも最初は一体でプリントしたのですがサポートを剥がすのが大変なので分割にしました。
パーツの割り方や組み立て方法なんかも考えながら設計してます(成長)
リンケージやクランクはとりあえず作ってみましたが、動かさないと必要な強度が分かりません。

Bokky180526 (5)small
0.5mmモジュールのギアとシャフトを購入です。

RCカイト WINGBOX動画

RCカイト WINGBOXが先日のIAC-ASOで初飛行しました~。
まだ重心調整もしてないのでスピードが速いですが、も少しゆっくり飛べそうです。
パワーは余裕なので屋外でも飛ばしてみようと思ってます。
きくマンさんがグルグル回って斬新なアングルで撮影してくれました!
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Bokkinen

Author:Bokkinen
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