DIY XR250

アンダーガード装着　～DIY品とのお別れ～　XR250

自家製アンダーガードとお別れ



約４年の間、XR250のエンジンをガレ道走行から守ってくれたアンダーガードとお別れする日がやってきました。

＜参考＞アンダーガードの自作記事：アンダーガードのDIYは可能なの？

アンダーガードをDIYで作成して、とりあえず小さい石からエンジン下部が守れれば良いということで、薄っぺらいアルミ板に穴あけし形を整えた品でした。

使ってみると軽いし、エンジンを守るという面では必要十分な働きをしてくれたのは意外でした。

メルカリを眺めていると2250円で中古品が出ていたので、勢いで購入です。取付金具が２つ欠品していたのと、相当変形が激しかったので格安にも関わらず、購入する人がいないようです。数日間ウォッチしてました。（下の写真はメルカリ出品者の写真です）
メルカリは送料無料が多いので、勝手に送料込みとブログ主が思いこんでしまった状態でポチりました。ところが、この品は送料は着払いだったことを知ったのは後の祭りです。www　

着払い料金1250円も支払うことになり、総額は3500円と想定よりはお高めです。
新品よりは当然リーズナブルです。

XR250用のアンダーガードはいろんな形状の物がありますが、エンジン回りを大きくガードするタイプは好きではありません。

純正とほぼ同じ程度（DIY品と同程度の面積をガードする形状）を探していたので、本品が見つかってラッキーでした。　どこのメーカー品なのだろうか？　
ZETA　ラフ&ロード　ワークス？　わかりません。
物が届いた日にドキドキしながら開封すると、思わず叫びました。『汚いぞ～』（笑）
想定以上に汚れており傷と変形も激しかったです。

修復作業

電動工具を使って表面の傷を目立たないレベルにリペアーします。変形部分はハンマーで叩いたり、万力に挟んで曲げたり伸ばしたり修正です。

結局のところ、XR250で林道走行すると、変形して傷つく運命なのですが…　
ブログ主の性格なのでしょうか、できることはやっておきたい主義です。

新旧比較

軽さではDIY品優位、カッコよさでは既製品が文句なしにいいですね～
傷は仕方ないとして、変形部の修正は何とか完了できました。お次は欠品している固定治具の制作にかかります。

固定治具の制作

１個だけ既製品に付属していたと思われる正規固定ブラケットがあるので、これを型にしてハンドで変形可能な薄さの鉄材で類似形状を作りこみました。
（こういう作業が楽しいです。←変態なブログ主）
自転車のサドルを固定する強度あるステンレス製パイプと元の純正固定治具（ステー）の直径がほぼ一致することが判明。プレス側と受け側が揃いましたよ！

元の固定治具に鉄板を合わせ、ねじ穴部分をボルト固定してずれ防止。その後、ステンレスパイプごと、ハンマーでガツン♪と打ち付けて、なんちゃってプレス工程を実現しました。
何とか機能するレベルの固定治具が完成です。鉄材の板厚が薄いので、強度は期待できないかも…（一抹の不安あり）
フロント側のフレームには２か所のねじ穴があります。ねじ部のあたり面あなぜか一致していないので、奥側の穴にはラバーを固定しておきました。

アンダーカバーのあたり面が手前のネジ一か所だと不安なので衝撃に対して２か所で受ける構造にしておきます。
自己満足の絵（笑）　エンジン直下は丸太や岩に乗り上げたときに、こする可能性があるのでボルトの頭はR形状の物を取り付けました。
結局、自作固定治具（ステー）をアンダーガードの後方に使うことにします。
強度がない手作り治具２個を固定箇所（３か所）のどの部位に割り当てれば、トータルでバイクとの固定に最適になるのだろうか？

ちなみに類似品を購入したらどうなるか？　
Amazonで探してみると....　メッチャ高いじゃん！（下記）
ムースレーシング MOOSE RACING スキッドプレート 補修用クランプ 25mm

フレーム接触部にゴムシート（EPDM）

アンダーガードとフレーム部が直接当たるのを避けたかったので、ゴムシート（EPDM材）を貼りました。これでフレームやアンダーガードへの衝撃が一点集中（局所集中）するのを防止してみます。

装着の儀

奥まった部分のボルトやナット取り付けはちょっとコツが必要でしたが、無事完了です。
訳の分からない住友３Ｍのプレートを貼っている部位に今後は穴あけして、バイクのフレームにボルトで固定するかもしれません。
誇張しすぎず、いい感じに仕上がりました。
オイル交換時にアンダーガードを外さなくていいように、ドレインボルトも容易にアクセスできそうです。
奥まった部分のナットは固定治具（ステー）と溶接されてないので、締め付け時にコツが必要でした。

結局、作成した固定治具はここに固定して使用しました。（黄色〇印）






溶接機があったらな～（欲しいぞよ！）
こちらは正規の固定治具なので溶接ナットで取り付けは楽々でした。
岩にぶつかれば、３Ｍプレートは、どこかに吹っ飛んでいくでしょう。

豆知識

自分でアンダーガードを自作する設備や能力があったとすると、アルミ材の板厚として何ｍｍのものを選定すればいいか？　ＡＩに手伝ってもらって検討してみた。

1. 設計要件の定義
アンダーガードの設計において、以下の要件を明確に定義します：
(1) 機能的要求
  • 強度: 石や岩、段差などによる強打（衝撃荷重）や継続的な圧力（擦り傷や接触）に耐える。変形や破損が許されない。
  • 変形許容値: 軽度の変形（例：1～2mmのたわみ）は許容するが、エンジンやフレームに接触するような大きな変形は不可。
  • 保護範囲: エンジンケース、フレーム下部、オイルパンなどを保護。XR250の場合、エンジンの下部やサイドケースが特に脆弱。
  • 耐久性: 繰り返しの衝撃や振動、腐食（泥や水濡れ）に対する耐久性。
(2) 重量目標
  • オフロードバイクでは軽量性が重要。XR250の乾燥重量（約120kg）を考慮し、アンダーガードは全体重量の増加を2～3kg以内に抑える（例：2.5kg以下）。
  • 重量増加によるハンドリングや燃費への影響を最小限にする。
(3) 加工性とコスト
  • 加工方法：プレス成形、切削、曲げ加工、溶接など。量産性を考慮し、シンプルな加工プロセスを優先。
  • 材料：アルミ合金（例：A5052、A6061など）を使用。強度と加工性のバランスが良い。
  • コスト：量産時の材料費と加工費を抑え、一般的なオフロードバイク向けアクセサリーの価格帯（例：1～3万円）に収める。
(4) その他の要件
  • 取り付け性: XR250のフレーム形状に適合し、既存のボルト穴を利用可能。
  • メンテナンス性: オイル交換や点検時に脱着が容易。
  • 空力/排熱: 走行風やエンジン熱の排出を妨げない形状。
2. 検討項目と計算プロセス
アンダーガードの板厚を決定するため、以下の項目を検討し、計算や解析を行います。
(1) 荷重条件の定義
オフロード走行でのアンダーガードに作用する荷重は以下のように仮定します：
  • 衝撃荷重: 石や岩への衝突。例：500N～1000N（50～100kgf）の集中荷重を想定（岩への衝突を模擬）。
  • 分布荷重: 地面との擦れや圧力。例：100kPa（約0.1MPa）の分布荷重。
  • 繰り返し荷重: 振動や繰り返し衝撃による疲労を考慮。
  • 安全率: エンジニアリングスタンダードに基づき、安全率を2.0～3.0に設定（オフロードの過酷な環境を考慮）。
(2) 材料選定
アルミ合金として、一般的なA5052（汎用性が高く、耐食偶発性と加工性に優れる）を選択。A5052の物性：
  • 降伏強度（σ_y）：約140MPa（A5052-H32の場合）
  • 引張強度：約210MPa
  • 密度：2.7g/cm³
  • ヤング率（E）：約70GPa
(3) 強度計算
アンダーガードを単純な平板（例：400mm×300mm）としてモデル化し、衝撃荷重に対するたわみと応力を計算します。
仮定：
  • アンダーガードの形状：長方形平板、固定端（ボルト固定部）を持つ。
  • 荷重：中心に500Nの集中荷重。
  • 板厚：仮にt=3mm、4mm、5mmで試算。
  • 許容たわみ：最大2mm。
  • 許容応力：降伏強度（140MPa）の1/安全率（例：140/2=70MPa）以下。
たわみの計算（単純支持梁モデル、集中荷重）： たわみ（δ）は以下の式で計算：
\delta = \frac{P L^3}{48 E I}
ここで：
  • P = 500N
    （荷重）
  • L = 0.4m
    （スパンの長さ）
  • E = 70 \times 10^9 Pa
    （ヤング率）
  • I = \frac{b t^3}{12}
    （断面二次モーメント、b=0.3mとして）
応力の計算： 最大曲げ応力（σ）は以下：
結果：
  • t=3mm：たわみ2.47mm（許容値2mmを超える）、応力111MPa（70MPaを超える）。
  • t=4mm：たわみ1.04mm、応力47MPa（許容範囲内）。
  • t=5mm：たわみ0.53mm、応力24MPa（余裕大）。
(4) 重量計算
  • 面積：400mm×300mm=0.12m²
  • 密度：2.7g/cm³=2700kg/m³
  • t=3mm：重量=0.12×0.003×2700=0.972kg
  • t=4mm：重量=0.12×0.004×2700=1.296kg
  • t=5mm：重量=0.12×0.005×2700=1.62kg
  • リブや補強、取り付け部を考慮し、実際の重量は1.5～2倍（例：t=4mmで約2kg）。
(5) 軽量化のための孔開け
  • 強度を維持しつつ重量を軽減するため、孔（例：直径30mmの円形孔）を配置。
  • 孔による断面二次モーメントの減少率を計算（例：10%減少）し、強度解析を再実施。
  • 孔の配置は応力集中を避けるため、荷重のかからない領域（端部）に設定。
(6) 加工性の検討
  • プレス成形：単純な平板形状ならコスト低。リブや曲げ部はプレスで対応可能。
  • 溶接：補強リブや取り付けブラケットの接合に使用。ただし、溶接はコスト増。
  • 切削：孔開けはレーザー切断やパンチングで対応可能。量産性が高い。
  • 加工をプレス＋パンチングに限定し、溶接を最小限にすることでコストと加工時間を削減。
3. 板厚の選定
以下のバランスを考慮し、板厚を決定：
  • t=3mm：強度不足（たわみ2.47mm、応力111MPa）。許容値を超えるため不採用。
  • t=4mm：たわみ1.04mm、応力47MPaで許容範囲内。重量約2kg（孔開けで1.8kg程度に軽減可能）。強度と重量のバランス良好。
  • t=5mm：たわみ0.53mm、応力24MPaで余裕大だが、重量1.62kg（孔開けで1.5kg程度）。XR250の軽量性を損なう可能性。
結論：t=4mmを選択。
  • 理由：強度（応力47MPa<70MPa、たわみ1.04mm<2mm）と重量（約2kg、孔開けで1.8kg）のバランスが最適。加工性もプレス＋パンチングで量産可能。
  • 補強：リブや折り曲げを追加し、局部的な強度を向上。孔開けで重量を10～15%軽減（例：1.8kg）。
4. エンジニアリングスタンダード（ES）への適合と余裕度
  • 安全率：衝撃荷重に安全率2.0を適用（応力70MPa以下）。t=4mmで47MPaは余裕あり。
  • 疲労寿命：繰り返し荷重（例：100N、10万回）を考慮し、A5052の疲労限（約100MPa）以下を確保。
  • 耐食性：A5052は耐食性良好。オプションでアルマイト処理を施し、泥や水濡れに対応。
  • 取り付け：XR250の既存ボルト穴（M8ボルト×4箇所など）に適合するブラケットを設計。
  • 試作用テスト：試作品で実走テスト（岩衝突、振動試験）を実施し、たわみや破損を確認。
5. 最終設計仕様
  • 板厚：4mm（A5052-H32）
  • 重量：約1.8kg（孔開け後）
  • 形状：平板＋補強リブ、取り付けブラケット付き
  • 加工：プレス成形＋レーザー切断（孔開け）
  • 表面処理：アルマイト処理（オプション）
  • 取り付け：XR250のフレームにM8ボルトで固定
  • 重量軽減：直径30mmの孔を応力低減部に配置（10～15%軽量化）
6. 設計の検証
  • FEA（有限要素解析）：ANSYSやSolidWorksで衝撃荷重（500N）と分布荷重（100kPa）をシミュレーション。たわみと応力を再確認。
  • 実走テスト：試作品をXR250に装着し、岩場やラフロードで実走。変形や破損、取り付け部の緩みを確認。
  • ユーザーFB：オフロードライダーの意見を反映し、取り付けやすさやメンテナンス性を調整。
まとめ
XR250のアンダーガードのアルミ板厚は、強度（応力47MPa、たわみ1.04mm）、重量（約1.8kg）、加工性（プレス＋パンチング）のバランスを考慮し、**4mm（A5052-H32）**を選択。孔開けやリブで軽量化と強度を両立し、エンジニアリングスタンダード（安全率2.0、耐食性、量産性）を満たす設計とした。FEAと実走テストで検証し、XR250のオフロード性能を最大限に引き出すアンダーガードを実現します。

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