我们孙子最感兴趣的事情之一就是火车，尤其是蒸汽火车。通过来自不同朋友和亲戚的礼物，他收集了大量的Brio木制模型火车和轨道；它是我们家最喜欢的玩具。我从Thingiverse上与 Brio 兼容的惊人选择中下载模型，并使用两年前通过Kickstarter获得的Creality CR6-SE打印它们，从而将需要的作品添加到收藏中。其中包括开关、缓冲器、性别转换器和长直轨。
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他对火车的另一部分兴趣是“大男孩”，联合太平洋 4014 ，“全世界有史以来最大的蒸汽火车”。所以我的妻子决定，合适的圣诞礼物是兼容 Brio 的 Big Boy 型号。你买不到，我在 Thingiverse 上也找不到，所以我展示了我的Tinkercad肌肉，开始了后来证明是相当传奇的事情。首屏之下，细节。
4-8-8-4 还是 4-6-6-4？
UP4014 对它可以穿越的轨道有限制，因为它重 110 万磅，而且它的两组 8 个驱动轮的长固定轴距无法通过急转弯。 Brio 轨道的曲线紧凑，因此布局仅占据客厅的一部分。 Brio 车型都没有 4 轴固定轴距，所以第一个问题是：
具有 4 个固定轴的 Brio 模型可以通过曲线吗？
回答这个问题需要制作第一个测试件，包括 8 个车轮、4 个 3.1 毫米钢杆轴和一个从 3 轴 Brio 模型复制并扩展的块。这表明它可以通过曲线，但 4 轴的官方 Brio 模型可能不会。真正的 Brio 车轮具有凸出车轮外侧和内侧的凸台。内侧凸台限制了车轮在曲线上的侧隙量。我的轮子是简单的圆盘；缺少内侧凸台给了他们更大的边距，使 4 轴测试件能够控制曲线。
因此我决定选择 4-8-8-4 模型
注意：印有白色的零件是测试件，印有黑色以匹配 UP4014 的零件是“生产”零件。
关节
UP4014是一种铰接式机车，前导转向架和转向架可以旋转通过曲线，后驱动轮固定在机车底盘上。 Brio 拥有铰接式机车模型。它们有在中间旋转的 2 轴转向架。在中间转动 4 轴转向架不允许通过曲线。因此，驱动转向架的枢轴必须在后部，尽可能靠近 4 个固定驱动轴的前部。
前导和尾随卡车
同样的考虑也适用于前导和尾随 2 轴卡车。前部卡车必须在后部转动，而后部卡车必须在前部转动。弄清楚设计需要第二个试件，它在 4 轴试件的前部添加了一个突起，并在后部制造了一个带有突起的双轴卡车。两个突起都有孔，我可以使用 M2 螺钉和螺母将它们连接起来。
UP4014 卡车的车轮比驱动轮小得多。 Brio的轮子都是一样的尺寸，我做的试件驱动轮的尺寸，直径20mm。所以下一个问题是：
我可以将前导和尾随卡车的车轮制造多小？
实际的火车轨道有铁轨坐在枕木顶部的椅子上（英语为枕木）。因此，轨道的中心位于轨头下方。与此不同，Brio 轨道是在木底座上切割的凹槽；轨道的中心在轨头上方。因此，模型底面必须保持在轨头上方的最小距离。在真正的 Brio 模型上测量，这是 5.5 毫米，距离轴中心线 4.5 毫米。这对于 3.1 毫米的轴和间隙来说已经足够了。
使用 1.5 毫米的轴并最大限度地减少卡车底部到轴底部的距离，我能够将卡车车轮的直径降至 13.3 毫米。
一旦我为整个 4-8-8-4 底盘组装好测试件，我就清楚了这个模型将有多么庞大。这是底盘，没有标书，与“Thomas”的比例相比又增加了大约 30%。锅炉将向前延伸到框架的末端。领先的卡车上将有一个 cowcatcher 和其他东西。驾驶室将位于拖车上方。通过招标，它将比“托马斯”长约 5 倍。
悬垂在曲线上
底盘固定部分（包括锅炉和驾驶室）的巨大长度与尖锐的 Brio 曲线相结合，导致了这张照片中显示的不可避免的问题。
其余设计需要确保轴距固定部分有足够的重量，以避免在弯道上摔倒的风险。
锅炉和驾驶室
UP4014 的动力转向架很好地延伸到烟箱门的前方，因此该型号的锅炉只需延伸到框架的前部。幸运的是，将锅炉垂直打印成扁平圆柱体完全在我的 Creality CR6-SE 的能力范围内。驾驶室被建模为一个实心块，它落在框架下方并覆盖了拖车。将驾驶室建模为实心块有助于在轴距的固定部分施加足够的重量。我用环氧树脂将驾驶室固定在锅炉上。
投标
UP4014 的小船有 7 个轴，占总长度的 35%。显然，该模型的投标不能有固定的轴距。因此，我制作了一个带有 3 个固定引导轴和一个牵引 3 轴转向架的招标测试件，所有车轮都与机车的引导和牵引卡车尺寸相同。将这辆小火车与机车放在一起可以看出该模型相对于普通 Brio 模型有多大！
磁性耦合器
曲线上的悬垂导致了下一个问题； Brio 磁性耦合器。为了保持连接的圆形曲线，耦合器必须位于前导卡车和尾随卡车上。根据Dave Pecota的说法，Brio 耦合器的历史是：
到 1964 年，BRIO 客户可以选择购买带有钩眼车钩或“浮动”平盘磁性车钩的火车（这些小火车的一项重要创新）。 1974 年，BRIO 获得了“固定式”磁性车钩的美国专利，这种车钩由圆头金属钉固定……这是当今最常用的木质火车车钩设计。
1974年的专利是US3850310A 。
设计问题是：
如何实现四个磁性耦合器：
- 在领头卡车的前面。
- 在尾随卡车的后部。
- 在招标的前面。
- 在招标转向架的后部，
我考虑过但拒绝了在机车和招标之间建立永久联系的想法，但拒绝了它，因为：
- 考虑到机车和招标的长度提供的杠杆作用，它太脆弱了
- 考虑到 Brio 轨道固有的“不规则性”，这将过于严格。
- 实际的 Brio 模型有带磁力耦合器的尾巴
解决方案是圆头家具钉和10x3mm 环形磁铁。由于卡车低于标准 Brio 车型，耦合器必须安装在靠近顶部的位置，因此圆头延伸到卡车顶部上方，但耦合器低于标准 Brio 高度。幸运的是，它们仍然工作得很好，Brio 耦合器设计的天才在于它可以容忍相当大的错位。
捕牛人
下一步是设计一块放在领头卡车的顶部，以模仿 UP4014 的捕牛器，以及位于烟箱门前面的各种组件。无法将磁耦合器与捕牛器集成在一起，也无法复制 UP4014 正面的坡度和复杂性。但我确实用电线模仿了 UP4014 的扶手。这涉及打印一个夹具以帮助正确弯曲电线。
把它们放在一起
这时候我对每个组件的设计都非常满意，所以我改用黑色灯丝并将它们全部打印出来。
组装模型比我预期的要困难。棘手的事情是将车轮连接到车轴。 CR6-SE 打印小孔的尺寸精度不足以使车轮压装在车轴上，因此必须将它们粘合在一起。因为孔比车轴大，所以在胶水凝固时，车轴和车轮需要保持成直角，如果车轮要真正运行的话。
我在车轮外侧添加了凸台，使轴孔成为盲孔，确保仪表正确。这些凸台很难确保车轴成直角。最后，我将车轮分别粘在每一侧，每个轴都在它的孔中，还有一个固定转向架的夹具，以便它压在车轮的背面。这需要用透明胶带遮盖转向架，以防止车轮粘在转向架上。
最后的细节是在驾驶室两侧写上“4014”，在小艇两侧写上“UNION PACIFIC”。我的标志画技巧是不存在的，但幸运的是 DYMO 有白色透明胶带，这很容易。唯一的缺点是胶带有光泽，与哑光黑色 PLA 形成鲜明对比。
该模型是在圣诞节前三天组装和测试的，有足够的时间修改一个曾经装有一瓶干邑白兰地的盒子，形成一个展示盒，我们希望它能安全地交给新主人。
尽管已经完成，可以展示了，但它仍然需要工作：
- 有些轴孔不够大，无法让车轮像我希望的那样自由运行。
- 更严重的是，转向架的枢轴太脆弱，长期使用肯定无法生存。此外，它们还允许转向架向每一侧旋转太多，增加损坏的机会。它们需要重新设计和重新打印。
后记
我将Creality CR6-SE视为我最成功的众筹活动之一。组装起来很容易，学习曲线也很短，尤其是当我发现Magigoo解决了床粘附问题后。事实证明它非常有用，不仅可以打印 Brio 轨道和我的孙女们的各种可动人偶，她们已经从从 Thingiverse 下载到使用 Tinkercad 进行设计，而且还有关于房子的一系列令人惊讶的事情。这些产品包括用于通过 Raspberry Pi 相机外壳将我们的前路灯替换为 LED 的组件，再到烤面包架。它为 UP4014 打印了无数的白色部分，最后的黑色部分也没有问题。我使用并且对Sunlu PLA 灯丝非常满意。
原文： https://blog.dshr.org/2022/12/brio-compatible-big-boy-model.html