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2023/10/10

ステアリング ラックアンドピニオン コンバージョン 明日のためにその1 (3)

ハンドルから延びるその先、
ステアリングシャフトの固定のために、
スフェリカルベアリングを配置し、その中に500Eのステアリングシャフトを通します。

純正の場合、ボールアンドナット方式のステアリングギアボックスがフレームに固定されているので、
フレームに固定されて 動かないギアボックスにつながります。

前に紹介した動画にあるように、純正では、ここはシャフトが通る穴を、ゴムブーツでカバーしてあるだけです。

なので、ぐらぐら しますので、操舵のインフォメーションがだるくなり、このままでは使えません。
正確にボディにシャフトを固定する必要があります。

シャフトが3/4 とインチサイズのベアリングのため、国内でミスミとかでは、コンパクトフランジのものはうってないようで
イギリスから購入しました。

ここのベアリングの精度、ステアリングシャフトのベアリングの精度は、高ければ高いほど、すべるような
操舵感になります。
この時代のベンツはステアリングシャフト支持にボールベアリングを使ってる高級仕様です。
えちごやの皆口さんなんか、さらに、ここを磨いてシャフト組み込んでる位です。

なので、ここ固定がしっかりしていて、精度が高いほど高級な乗り心地になります。

そのために、ステアリングシャフトのボディ部に さらに加えて、インターメディエイトシャフトにベアリングを組みます。

つまり、上下2点指示のステアリングシャフトになるわけです

ごつい鋳鉄製のピロ―ブロックだと重たいのと恰好わるいので、プレス板金製のホルダーを一緒に購入しました。

ダートラや ラリー用でつかう、大径のピロ―アッパーマウントφ22とかがあれば、それにカラー入れてもよいと思います
そういえば、ポルシェは、ここ、アッパーマウントのピロ 昔から大きい径つかってました(通常の国産はφ18です)。

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この場合の ステアリングシャフト用
ピロ―ボールの位置は、ユニバーサルジョイントから近い位置が経験上良い、首が振れないので、
ここの距離が短い設定の500Eには良い位置関係だと思います。

ただし、ステアリングギアボックスの角度をスラントさせて、ピニオン軸とステアリングシャフトの角度が近づくように
しないと、上反角が厳しくなります。ここはラックの固定角度を調整できるのでよいでしょう

よくよくここが難しいようであれば、最悪、バルクヘッドを切って、後退させる、
そうすれば、たこ足のスペースもフレーム幅の制限はありますが、前後は逃げられる、

エンジンも後ろに持ってこれれば、重量バランスも良くなるのはわかっているのですが、
まずはできるだけ最小限の加工でいけるようにしています。

前回もお見せしました写真

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左側の722.3(タコ足の形どり用なので、722.3のままです)の、セルモーターのフランジも切断しました。

この段階では、まだ、ギアボックス、センターロッドがのこっています。
機械式722.3のままでは、使わないセルモーターハウジングが残っているので、
太いタコ足は通りません。なので、先に5速 722.6に変更することを、強くお勧めします。

部品代も安い、壊れないメルセデス史上最強のATで内部強化で1000馬力まで対応の優れた品物です
やや遅ればせながらも、日本でも電子5速 722.6換装の経験のあるお店が増えてますから、喜ばしいことです。


このあと、ラックアンドピニオンを仮置きして、ロッド類の取り回し、バンプステアを考えつつ、ロアアームを逃げます

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ステアリングシャフトを仮通しして、たこ足とのスペースを見ます。
エンジン、純正の液体封入ゴムマウントですと、加減速のG、コーナリング時の横Gで結構揺れます。
それかんがえておかないと、ブレーキング時にハンドルが切れない等ということになります

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 レイアウトを考えると
 ステアリングシャフトを挟んで、左バンクの5-8と 6-7の排気管が通ることになりそうです

このあと、右側のアイドラアームのブラケットを切断して、ラックを仮乗せします。
これで相当、すっきりしました。

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ラックを思い切り上につけたので、ロアアームもいまのところクリアできています
フルバンプ時、ハンドルをきったときにどうなるかは、先述のとおりですが、
エンジンダンパーをつけているので左右Gは多少は良いにしても、ブレーキング時が気になります。

マウントを硬質ウレタンにかえる、もしくはリジッドとする。 さらにはレースカーなら モータープレートとして
ボディと一体化する、フロントセクションを結合するといった方法もありますが、
これらも あわせて要検討です。

写真でつかっているラックアンドピニオンは、形どり用なので、中古のまま使っていますが、
決まったら、OHして使用することになります。

できれば、歯の部分にWPC処理して組み込みたい
これで、すべるように操舵できる感覚を楽しみたい

のですが、ラックは自分でいままでOHしたことがなく、
外注することになるので、そこまでやってくれるものなのか またやること、
気苦労が増えます。

こんなことする人いないと思ったら、日本で、旧車のハコスカ、ケンメリで キットでてました!

すっげー!

ハコスカ ケンメリ… Hakosuka Kenmeri… ラック&ピニオン メンバー加工 Number 7 RACING PRODUTS


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 これ、ポン付けできます。キット価格、値段間違えてるんじゃないかと思うくらいの価格です
 メンバーフレームがボルト止めなので、お手軽装着、86のラックつかうなら、何種類がギア比あったはずですから
 ロックTOロックの比率も選べるので、喜ばしいことです。

 ハコ、ケンメリということは、ローレルにもそのまま装着できるんでしょう

 昔、これらのってたことありますが、
 まあ、プリンス特有のダルダルというか、どこ向いてるのかわからないようなステアリングで、
 当時の日産 30Zとくらべると なんだかなという感覚でした。

 これ装着すれば、近年の扁平タイヤとあわせても、良い操縦感覚になることでしょう

 さすがフルキット、ボディふさぐ用のプレートやボルト類、今回苦労しているインターメディエイトシャフトまでのフルセットです

 熱心なマニアに支えられ、わが国 日本も 一部ではありますが、 すごい時代になったものだと思います



2023/10/02

ステアリング ラックアンドピニオン コンバージョン 明日のためにその1 (2)

明日のためにその1(2)、 昭和のボクシング漫画、あしたのジョー のセリフだったんですね

 いまさら 思い出しましたが、漫画で、当時日本人の世界チャンピオンが出たりした影響で
 人気だったスポーツ興行競技、ボクシングでの左ストレートの重要さを説く有名なセリフでした。

 私も、リアルタイムで見ていたのですが、そのあとの「リングにかけろ」のせりふと勘違いしてました。
 歳をとってくると、いろんなことを、様々なタイミングで思い出してくるものです。

 なので、急に、昔みた漫画の話や、テレビの話、音楽の話、でかけた場所の話が頭の中で、
 ポップアップして思い出されます。

 私は、頭の構造が、おかしいので
 できるだけ、脱線しないように、車、w124 500E にしぼって、話すようにしてますが、
 それでも ときどき逸脱します。それは どうかご容赦ください。 



 さて、 自動車の場合、なにが一番重要というより、総合的に調整、バランスや目的合致が必要なので、
 これだけってのはないのですが、まあ、ここやらないと次に進まないということで、ご容赦ください。

 はい、そうです。
 狭いエンジンルーム、直列4気筒、6気筒用の幅が狭いのフレームのエンジンルームに
 90°V型 DOHCエンジンをあとから乗せたのが500Eです。

 なので、私に言わせれば、駅弁野郎、 頭でっかちのエンジンを前に吊り下げてる構造になってます。

 その狭いところに、ベンツがつくらないタコ足、しかも排気量に見合った太さの排気管を通そうとしますが、
 そうは問屋が卸しません。

 場所がありません。

  理由は、左バンクでいえば、
  722.3では、つかってないけど、なぜか残ってるセルモーターのハウジングだったり
  なにより、大きなステアリングギアボックスが鎮座している。ドラッグリンクや、ステアリングダンパーも
  エンジン下を通って、右側のアイドラアームまでつながる構造です。

 これをバッサリ取り去って、クイックレスポンスのラックアンドピニオンに換装しようというのが、
 ”明日のためにその1”というわけです

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 これらをばっさりとりはらって、W210のラックアンドピニオンを仮にフレームに装着して、
 ステアリングシャフトにつながるインターメディエイトシャフトを仮製作したのがこれです。

 下から見上げた写真で、ZF製ラック&ピニオンのインプットシャフト これはφ17/T54
 にユニバーサルジョイント、ステアリングシャフト側は DD形状の3/4インチ を合わせたところです

 写真でみると、5-8の気筒はシャフトの外側を通るような配置になってます
 2-1の180°集合部の山がよく見えると思います。
 φ48.6からφ60.5に集合して、片バンクφ60.5の2本で流して、オートマの後ろで、
 左右バンクを跨いで集合させる予定です。 φ60.5の排気管2本(左右計4本)は、
 φ80くらいで2本に集合し、そのあとシングルにまとめるか、デュアルで持ってくることになると思います。

 そうなりますと、片バンクでみれば 4-2-1、両バンクでみれば、8-4-2(-1)です。 

 あと、左バンク、狭いので、電子5速の722.6でないと、たこ足のパイプが通りません。
 形どり用に持ち込んである500Eは、まだ722.3のままなので、躊躇なく、ベルハウジング、左側のダイナモを
 用フランジをカットします
 (このときは、まだ純正のステアリングボックスが残ってます)

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 こちらは、きったあと、なので、このタイプのたこ足つけようとするひとは
 先に 722.6 5速ATにしてからにしましょう。そのほうが手間がかかりません。

 フライホイールが見えてます(笑)
 でも、こうみると見慣れたステアリング センターロッドとか、ものすごく頑丈で、
 それにステアリングアブソーバーがついていて、まるで 2トン トラックみたいです。


 あたりまえですが、大きなタコ足をつける、さらに180°集合なので、、床の加工をすることも前提としてます

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 ステアリングシャフトの話にもどりますと、ここは操縦性。フィーリングに直接影響するところなので、
 結構重要です。 先進国の米国やイギリスでは、ここらへんの部品が充実しているのがうらやましい
 写真はフラミンゴリバーの ダブルジョイント、片方DDで片方BMWサイズの17 T54です
 こんなのがクロモリ鋼材で売ってるんですね。すごいことですが、お値段も結構すごいことになってます

 最初の画像のものはベンツ市販車の流用なので、衝突安全も考えてでしょうか、アルミ製のエンドです。
 ここは、本当は、かっちりとした寸法で、硬度も剛性もあるものにして、ダイレクトな感じにしたいものです。

 国産旧車でも、ラック変換キットとか出てますが、ここは、結構大事な部分なので、少し長くなりますが共有します。




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 こちらの写真は、ベンツW124純正と W210 そしてR230のラックアンドピニオンの比較です

 ベンツは伝統的に、トラックのようなリサーキュレーティング式ステアリングギアボックスを使ってましたが、
 W210や R230以降は、現代的なラックアンドピニオンに置き換わりました。
 最近のモデルのゲレンデバーゲンもこれになってます。
 (市販乗用車だと、今や、スズキジムニーだけらしいです)

 部品点数が増えるコストや、重量のこともありますでしょうが、衝突安全や、
 電動パワステの普及によることも多いんでしょう。

 比較は私がいまさらここで述べる必要もないですが、とにかく重い、だけでなく、操作感が鈍重です
 それは構造上、複数個のボールを、ところてん式に送って、ギアを動かすという構造上、
 タイヤ、ハンドルからの操舵感覚があいまいになり、すくなくなる、いいからわるいですが、
 タイヤがどこ向いてるのか、よくわからない感じです。
 よくいうと、鈍重だけど、しっとりしている、ベンツ風の”芯のあるだるさ”を醸し出します
 まあ、たとえれば、シルクやナイロン製のバイアスタイヤみたい よくてもラジアルの82扁平とかのタイヤ風

 対して、ラックアンドピニオンは、
 ラックギアとピニオンギアが直接接触するので、ダイレクト、情報量が豊富、
 タイヤの向きはわかりやすいし、挙動はシャープです。
 BMWやポルシェの操舵感がこれです

 デメリットは、情報量が多い分、粗い路面からのキックバックが多い、
 タイヤでたとえると、50扁平のラジアル、とか40扁平、35扁平です。

 思うに、40扁平とかのタイヤ、リム径18インチとかにして
 大きくして履いているなら、マッチング上こちらだと思っています。

 ちなみにw210はラックマウントの穴位置がラックより前、r230は後ろ置きです。
 衝突安全を考えなくてよいなら、ここはもっと剛性がでる止め方、2点より、4点、
 ピニオンも斜めであるよりは、カートやフォーミュラーカー用のそれのように
 ストレート、上反角、左右触れ角なしで、90°とかになるんだと思います

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 こちら、ステアリングシャフトでは一般的なDDシャフト、他にも6角形だったり、◇だったり、たくさんタイプがあります
 これにセレーション数 54だったり、36だったり、インチ、ミリが加わって、数十種類になります。
 こういうのが普通に手に入るのはありがたいことです


以下、ステアリングシャフト(インターメディエイトシャフト)関連で ごくごく 1部に人には、
とても参考になるサイトのリンクですので、どうぞ

Steering Shaft and U-Joint Selection Guide

 ユニバーサルジョイント、構造上、触れ角は30°以内にしないと、非等速運動の挙動が如実に出てきますので
 振れが大きい場合には、複数個使うことになります。
 もちろん、ダイレクト感でいくならストレートに接続するのが、一番ですが、パッケージングや、さきの衝突安全のことで
 なかなか究極の操縦感への理想からは離れてくるという現実です。

 手前のDD形状の丸棒に座繰り穴をあけてボルトで固定、ロックタイト固定です。
 レースカー、ESCORTの安藤号のとかみますと、ステアリングシャフトからクロモリの一本棒に
 変えてあって、ベアリングも精度の高い、よいものを使ってました。

 こういうクロモリシャフトをインターメディエイトでつかう
 その先のステアリングシャフトも、セレーションにあわせて、
 跳ね上げ式や、デタッチャブルのステアリングをつかうわけで、
 市販車の衝突安全コラプシブルに、市販汎用ボスであわせるのは本末転倒なんだと
 思ったことがあります。

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 これ、私も言われるまで気が付かなかったものですが、
 ジョイントの向き、まちがえてくっつけるとカクカクした動きになります(笑)

 そう、いまはここCVジョイントの等速ジョイントのシャフトもあるんですね、

 おそらく、いまや、自動運転の流れで、電動パワステも、シャフトコントロールでなく、
 ラックコントロールが主流となってるようですから、この先は、
 ステアリングもフライバイワイヤ、
 ハンドルの操舵角にあわせて、ラックの操舵角をあわせるというようになるんでしょう

 いま、そんな時代に生きているんだと あらためて実感します

 そう思うと、時間無駄にできません、

 やりたかったこと、先延ばしにできないので、クロスバンクの180°集合、どうせならやってみようと思うわけです。

 
2023/09/18

ステアリング ラックアンドピニオン コンバージョン 明日のためにその1

 タコ足、180°集合させるには、いくつかの難所があります。

 右バンク 助手席側はなんとかなりますが、

 困難なもののひとつのは
 
 なんといっても 左バンク、運転席側

 片バンクφ48.6 4本を φ60.5 2本にまとめる部分です。

 管径をもっと細くして、長さももっと短く集合させれば、可能なのかもしれませんが、
 最初から管径と長さを優先でいくために作っているたこ足なのでここの部分は譲れません。

 そこで、課題解決のための手段が ステアリングギアボックス

 ボールアンドナット、リサーキュレーティングボール式から
 ラックアンドピニオンへの変更 です

 感覚的に、そんなに大がかりな話ではなく、
 米ホットロッドや、日本のチューニングカーでは 重量も重たく、ステアリング操作も構造的にだるいB&Nから
 R&_Pへの変更は昔からとられている手法です

 人気のある車種では、キットも複数出ているくらいです

ムスタングコンバージョンキット
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 こう見ると衝突安全PL考えなくていいので、ラックの固定も4点止めでキャップで止めてますね。
 これなら操舵時の剛性感、ラックアンドピニオンの情報量の多さに加えて、
 戦車のような剛性感がでることでしょう

 B&Nのデメリットと、R&Pのメリットについては、またの機会に詳しく説明しますが、
 現在の乗用車では、ほとんどがR&Pです。
 ベンツゲレンデも独立懸架以降は時代の流れでしょう、ついにR&Pになりました。

 調べてみたら、米国では w124 500Eでもやってる人がいました

 M119からM113に換装する際に、W210のR&Pに換装してます。
 やるなー! M113は排気管の取り回しが違うからでしょうか フロントパイプの径がちがうのでしょうか?
 正確な理由はわかりませんが、ファーストペンギンの役を果たしていただいたので、情報役立てさせてもらってます

20230907 rack and pinion conversion w124 3

  動画拝見しました。アメリカ流、JUST DO IT ! BY YOURSELF で 
  経験値のある人なんでしょう、思い切ってやってます。 細部にこだわらないで先に進むのもアメリカ流で
  好感持てます。

  私も この動画とても参考になりました。

  ありがとうございます。

  ラックの固定位置の制約があるからでしょうか 別動画では ロアアーム加工して、バンプ時の
  アライメント変化、バンプステア がでないようにしてますね、

  もうすこし上にラックを置けば、アーム加工はいらないように思います。

20230907 rack and pinion conversion w124 1

  純正のステアリングギアボックスを外して、ゴムブーツのところ、
  ピロ―ボールでシャフト固定するようにしてます。

 ステアリングシャフト、ユニバーサルジョイントの前できちんと固定しないと、暴れるので、ここは必要なんでしょうが
 産業用のゴツイピロ―ブロックを使ってます。

 私なら、ここはもう少し、工夫する部分です

 シャフト加工、ユニバーサルジョイントを工夫して、角度をもっと減らしたいですし、
 固定用のスフェリカルジョイントももう少しスマートなものにしようと思います

 ラックはロアアーム加工したくないので、できるだけ上にあげる
 頑丈に固定できるようにするようになるでしょうし、

 そうなれば、ステアリングシャフトの角度もギアボックス側の仰角も鋭角(挟み角が小)なります。
 
 コラム側からの下反角が、画像でみるようにきついので、ここをできるだけ下げる、鋭角(挟み角小)に
 する必要があります

 車体側、コラムの取り付け位置を下げる。シャフトを短く短縮して、ユニバーサルジョイントの位置を変更するなどの
 工夫も必要でしょう

 ここインターメディエイトシャフトつくる必要があるので、みたら、
 車体側がインチサイズの3/4のDDシャフト、米国サイズ
 RPのギアボックス側はZFの17.0㎜ 54Tでした。

 これをすれば、左バンク、インターメディエイトシャフトを挟んで 
 5-8 と6-7集合した φ60.5のセカンダリーチューブが2本、通って床下に向かうことになりますが
 長い道のりになりそうです

 しばらく、ステアリングの記事は続くと思います。







続きを読む

2018/12/12

電動油圧パワーステアリングスタディ 1  Electric Hydroric pump study for W124 500E M119

 しばらく パワーステアリングについて書いてましたら、

 電動パワステ化について、
 
「やらないんですか?」との 問い合わせをいただきましたので、
 解説含めてご説明いたします。良く観察されてますね(汗)

 そういえば、電動パワステ化については、まだ記事でも、ブログでも書いたこと、たぶん ありません。
 ではありますが、2008年頃から 漠然と考えて、いろいろ調べたり、聴いたりしてました。

 古くは、90年、初代NSXがモーター式の電動パワステ、たしかミツバ電気製をつかったこととか、
 スズキの軽自動車でもコラムアシストタイプのものを使っていて、国産車で流用している例を多く見てました。

 他方、電動油圧式のパワーステアリングは、知りうる限り
 信頼のトヨタ、ミッドシップのMR2用の電動ポンプが最初で、
 そのポンプと、、コントロールユニット等を流用するのが、定番となり、
 32GTRや、AE86、FC3S他 に使っている例も多く見かけました。
 (と、ここに書いてる車自体がもう旧車の部類です(笑))

p1 MR2

 写真は、S15シルビアでの流用例です。
 有名な銀鮫号 さすが、良く出来ていると思います

 長野のガレージマックの制作です

ストリートチックの記事

 ナプレック名古屋さんのところの SR20のドライサンプキットにして、電動WP、エアコンつけて
 パワステ活かすために、リアにMR2のポンプ電動で配置してます。派手な外観だけでなく、
 すごく手がかかってますね。
 
 たしか、MR2は純正のパワステ制御コンピューター使えば、車速と、ステアリングアングルで、
 油圧を動かすモーターのデューティを変えらますが、
 モーテック化してあるようなので、モーテックのスタンドアローンで、パワステも制御してるんでしょうか?。

 トヨタは、将来の電動化を見据えて試験のためなのか (トヨタが少量販売車種でトライをやりますね)、
 ミッドシップのため、配管を節約するために採用したのではないかと想像しています。

 デンソー製の油圧式ポンプを電気で回転させて、
 車速やハンドル舵角に応じて、油圧を変化させるという方式の嚆矢だったと思います。

 MR2、MRSに乗っても、昔の電気モータ式のパワステ程、さほど違和感はなく、普通に動かせて、
 路面からの情報も、まあ普通だったので、凄い時代になったもんだと驚いた記憶があります。
 
 時期やや遅れて、欧州車でもAクラスやミニ、プジョーでも、同様の方式が採用されるようになりました。

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 写真はボッシュの油圧パワステ用電動ポンプ。


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 こちらは、ベンツのAクラスで採用しているもの、初期は、時々壊れたようで、部品設定も安価になってます
 
 スピードジャパンのページ 

 しかしながら、モーターの性能向上や自動運転等の要請もあり、
 電動油圧式より、モーター直接駆動のほうが、さらに性能向上したためと、コストダウンからか、
 多数派になった最近ではあります。

 モータースポーツの分野でも、幅広タイヤや、前輪駆動、ハイキャスターで、
 空力でダウンフォースがかかるなどのため、
 油圧や電動式の補助がないと、素早い操舵、運転が困難になることから、パワーステアリングが採用される例が多い、
 いや、ないほうが珍しくなったというレベルだと思います。

 なので、フロントランナーのような細いタイヤを履く、ドラッグレースを除き、
 パワステは一般的になってます。そんな中で、電動化もすすんでます。

 常時駆動のオイルポンプと比べて、電動パワステ化によるフリクションロス、
 燃費向上は、3~5%というから、燃費競争の点や、馬力、パッケージングの点からでも
 きっと、無視できないようになったんでしょう

 馬力でいうと、10pa超の油圧を常時エンジン回転で補う、回転させるために、
 ベルトで常時、駆動するわけですから、感覚的に数馬力位、エアコンがオンになったほどじゃないけど、
 もうすこし、小さい位のフリクションにはなると思います。

 感覚でいうと、3~5馬力くらいなんでしょうが、アイドリング、低回転から全域で、
 しかも、ベルト取り回しがかわるので、これが原因でベルト外れをするエンジンも中にはありますから、
 結構、深刻です。

 これ、最初に考えたときに、私が、延期した理由(言い訳)は、
 ウォーターポンプを電動化しないで、パワステレスにすると、
 サーペンタインベルトが、WPプーリーにあたる!!! ので、エンジンがまわせない(笑)

 なんてことない、パッケージ上の事情、制約、物理的事情がありまして、
 それなので、熱対策でより切実な電動WP後に後回しとなりました。それからはや、幾年月です。

 電動WP化やっているときに、同時にとも 一瞬 考えたのですが、
 ラジエター作成やベルト取り回し、ATIダンパープーリー作成が同時進行で 難儀していた中なので、
 一緒にすると、いつになるかわからない恐れ(笑)があり、様子みてました。
 

Cup power steering

 こちらは、ポルシェのカップマシン用の電動パワステ、ファイアー安藤さんが、エボで使おうとしてたけど、
 もし、使わないようだったら、譲ってもらって、 ヘアライン号に装着しようかな?

 配線、油圧配管も美しいですね

 こんなのを狙ってます。

 そうすれば、運転席側のベルト取り回し、パワステなくなれば、エアコンコンプレッサーと、テンショナーだけに
 なり、助手席側は、オルタネタ―だけになり非常にシンプルになります