アルミニウムのここがすべて(軟鋼角管)

アルミニウムは、軽量構造または高い熱伝導性および電気伝導性が必要とされるあらゆる場所に使用されます。典型的なスポーツバイクは、アルミニウムのシリンダー ブロック、ヘッド、クランクケースに加え、溶接されたアルミニウムのシャーシとスイングアームを備えています。エンジン内で重要なアルミニウムの用途はピストンであり、熱伝導が優れているため、融点をはるかに超える燃焼温度にさらされても耐えることができます。ホイール、クーラントとオイルのラジエーター、ハンドレバーとそのブラケット、上下のフォーククラウン、アッパーフォークチューブ(USDフォークの場合)、ブレーキキャリパー、マスターシリンダーも同様にアルミニウムです。

私たちは皆、伝説のポーカー チップの積み重ねに似た溶接部を持つアルミニウム シャーシを感嘆の目で見つめたことがあるでしょう。アプリリアの 2 ストローク 250 レーサーのシャーシやスイングアームの一部は、優美な芸術作品です。

アルミニウムは合金化し、軟鋼(引張強度 60,000 psi)よりも高い強度まで熱処理することができますが、ほとんどの合金は迅速かつ容易に加工されます。アルミニウムは、鋳造、鍛造、または押し出し成形することもできます (一部のシャーシのサイド ビームはこのようにして作られています)。アルミニウムは熱伝導率が高いため、溶接には多くのアンペア数が必要となり、溶銑は不活性ガスシールド (TIG またはヘリアーク) によって大気中の酸素から保護する必要があります。

アルミニウムはボーキサイト鉱石から取り出すために大量の電力を必要としますが、一度金属の形で存在すると、リサイクルにほとんど費用がかからず、鋼のように錆びることはありません。

オートバイのエンジンの初期メーカーは、クランクケースに当時新しい金属をすぐに採用しましたが、そうでなければ重量が 3 倍近くある鋳鉄でなければなりませんでした。純アルミニウムは非常に柔らかいので、父が 1,100 合金のダブルボイラーを即席の BB トラップとして使用したことに母が怒ったのを覚えています。その底はえくぼの塊になりました。

銅を含む単純な合金の強度が向上することはすぐに発見され、自動車の先駆者である WO ベントレーが第一次世界大戦前の実験用アルミニウム ピストンに使用したのはそのような合金でした。当時主流だった鋳鉄製ピストンとの連続テストでは、ベントレーが初めて試みたアルミニウム製ピストンがすぐにパワーを向上させました。それらはより低温で動作し、流入する燃料と空気の混合気の加熱が少なくなり、その密度がより多く保たれました。現在、アルミニウムピストンは自動車やオートバイのエンジンに広く使用されています。

ボーイング社の炭素繊維強化プラスチック製旅客機 787 が登場するまで、ほぼすべての飛行機の空重量の 60% がアルミニウムであるというのが航空業界の基本的な事実でした。アルミニウムとスチールの相対的な重量と強度を見ると、これは最初は奇妙に思えます。はい、アルミニウムの重量は体積比で鋼鉄のわずか 35% ですが、高張力鋼は高張力アルミニウムより少なくとも 3 倍強度があります。なぜ薄い鋼で飛行機を作ってみませんか?

結局のところ、アルミニウムとスチールの同等の構造の座屈に対する耐性が重要でした。フィートあたりの重量が同じアルミニウム管と鋼管で開始し、肉厚を薄くすると、鋼管の材料がアルミニウムの 3 分の 1 の厚さしかなく、自己支持能力がはるかに低いため、最初に鋼管が座屈します。

1970年代、私はフレームビルダーのフランク・カミリエーリと一緒に仕事をしました。私が彼に、なぜ軽量で剛性の高いフレームを作るために、より大きな直径でより薄い壁のスチールチューブを使用しなかったのかと尋ねたところ、彼はこう言いました。ひび割れを防ぐと軽量化が失われます。」

カワサキは、1970 年代初頭に工場出荷時の MX バイクに初めてアルミニウム製スイングアームを採用しました。他の人もそれに続きました。そして1980年、ヤマハはケニー・ロバーツに、フレームが四角形の押出アルミニウムチューブから製造された500 2ストロークGPバイクを投入した。多くの設計実験が必要でしたが、最終的にはスペイン人エンジニア、アントニオ・コバスのアイデアを使用して、ヤマハの GP ロードレース フレームは今日おなじみの大きなツイン アルミニウム ビームに進化しました。

確かに、他のタイプのシャーシでも成功したものはあります。ドゥカティの鋼管「トレリス」や、1990 年代初頭のジョン・ブリテンの「スキン・アンド・ボーンズ」カーボンファイバー・シャーシなどです。しかし、今日ではツインアルミニウムビームシャーシが主流になっています。私は、耐久性のあるボルト締めポイントと通常の実績のある形状を備えていれば、実行可能なシャーシを成形合板で作ることができると確信しています。

鋼とアルミニウムのもう 1 つの大きな違いは、鋼にはいわゆる疲労限界があることです。これを下回ると部品の寿命が実質的に無限になる作動応力レベルです。ほとんどのアルミニウム合金には疲労限界がないため、アルミニウム製の機体は計画された使用時間にわたって「寿命」となります。この制限を下回ると、鋼鉄は私たちの侵入を許しますが、アルミニウムは目に見えない内部疲労損傷の形ですべての侮辱を記憶します。

1990 年代の美しい GP シャーシは、決して量産のベースにはなりえませんでした。これらのシャーシは、機械加工、プレス、鋳造されたアルミニウム要素を溶接して接合した部品で構成されていました。これは複雑なだけでなく、3 つの合金すべてが相互に溶接可能である必要があります。溶接は、生産ロボットで行う場合でも、費用と時間がかかります。

今日の軽量 4 ストローク エンジンと鋳造シャーシを可能にした技術は、溶融アルミニウム上に瞬時に形成される酸化アルミニウムの膜を巻き込まない低乱流の金型充填方法です。このようなフィルムは金属に脆弱な領域を形成し、これまでは適切な強度を達成するために鋳造物をさらに厚くする必要がありました。これらの新しいプロセスによる鋳造部品は非常に複雑になる可能性がありますが、今日のアルミニウム シャーシは片手で数えられるほどの溶接で組み立てることができます。新しい鋳造方法により、量産バイクの重量が 30 ポンド以上節約されると推定されています。

アルミニウムは、多種多様な鋼材と同様に人類文明の基本的な主力製品ですが、現代のオートバイにとってはそれだけではありません。これはバイクの核心であり、あまりにも遍在しているため、私たちはそれを目にすることも、マシンのパフォーマンスのどれだけがバイクのおかげであるかを認識することもほとんどありません。


投稿日時: 2019 年 6 月 20 日