まとめ記事(コンテンツ)
2023/02/12
スプリングの考察
あんまり行われていないのですが、次の段階があるので私はやる必要性があり、組み込み済みでもあるので写真を用いて計算してみます。
ちなみにですね、以前も話題にしましたがスプリングレートを計算するにあたり、そのパラメータに自由長がないと話しました。
パラメータは、コイル線径、巻径、巻数となっています。
RS★R ビート純正バネ比較にて純正撥条を撮影しているので、有効巻線数がわかります。
スプリングレート=(定数✕コイル線形の4乗)÷(8✕巻数✕巻径)
レートそのものはわかっています。
何をするのか。
この撥条は直巻ではなく先程のパラメータのうち、コイル線径を除き一つの撥条の中でもかなり変わっています。
例えばフロントの比較画像で確認してみましょう。
純正撥条では上二本の径が変わっています。巻数も巻径も、増えるとレートが下がり減るとレートが上がります。
つまり、純正撥条はアッパーシート近くの二本は付け根が一番レートが高く、下に行くに従いレートが下がります。
よくある樽型撥条もこう言う形状でしたね。
樽型だと、真ん中から先に縮んでいきます。もちろん合成撥条になるのでレートはかなり低めに見積もられるでしょう。
よく純正で用いられるこの形状も、結果的にかなり柔らかい撥条になります。
ただ、端面をクローズにして面で受けた場合、撥条の応力が中央に向けて抜けるというか、先に中央が縮むので倒れにくい事が考えられます。
直巻と呼ばれる汎用撥条は、通常切削済クローズド端面と呼ばれる形状です。
しかし撥条は通常オープン形状、コイル端面を起点として応力が発生します。
傾いてますよね。コイルだし。もしクローズド端面にして切削した場合、その面に加わる応力は正しく面を押さえる形になりませんよね。傾斜して応力が発生してしまいますので、倒れます。
できる限りこれを抑えるための構造が、ピッチ変更、巻径変更というところなんでしょう。
端面に近づくに連れて径を小さくするのはこのためだと思われます。
巻線数が影響するということは、自由長が短くなってもレートは変わりませんけれど、ピッチが狭くなれば当然先に密着するようになります。
さてダウンサスを見てみます。
上は純正に似た形状ですので敢えて考えません。
またこの手のコイルを作るのに線径を変える事は難しいです。できなくないでしょうけれど。
なのでこのダウンサスは、おそらくこんな感じです。
1 巻線2 やや高め
2 巻線4 メインレート
3 巻線4 サブレート
この内3は線間密着して作動しなくなりますので、1+2のレートが公証レートだと考えると2.6kですよ。
やや難しい計算になりますが、荷重がかからない状態のサスペンションでは、スプリングの巻線は+4巻あるわけです。
1Gでは線間密着により巻数は4+2であるため、合成レートはおそらく半分以下のレートになるだろうと推測できます。
リアも同様に確認すると
1 巻線7 メインレート
2 巻線4 サブレート
上はあまり狭くない。今回は仮にこのかたちで計算すると、巻線7=3kと言うことになるのでサブレートはおそらく1.7k位?
合成レートは1.1k程度になります。
このピッチの狭い部分がメインスプリングに対するヘルパースプリングだといえます。
このように可変レートスプリングとして完結しているダウンサスですが、ダウンサスは車高を下げるためにツインレート、場合によってはトリプルレートになっています。
合成レートが高すぎると車高が下がりません。
だのでフロントは上二巻を絞って高レートにすることで全体レートを下げているのではないかと思います。
純正は一巻きですしね。
またこれを参考にツインレートを組むのも簡単ですが(自由長もレートもだいたいわかっているので)、売られている汎用スプリングはここまで短かったり+低レートのスプリングはありませんし、価格を考えれば無駄ですわね。
また直巻は前述したとおり面圧の差もあり、作動によってねじれるためベアリングやシートを付けることも必須になります。
とはいえ。
そんな風に合成レートを扱うスプリングの組み合わせで、ダウンサスのように一つの撥条を設計できるんじゃなかろうか。
ダウンサススプリングの価格を考慮すると、一度設計してしまえば面白い商品が作れそうなのに今まで出てないってのは、そういうものを作るより車高調一つ用意する方がコスト低くやれるってことなんだろうか。
うーん。
ちなみにですね、以前も話題にしましたがスプリングレートを計算するにあたり、そのパラメータに自由長がないと話しました。
パラメータは、コイル線径、巻径、巻数となっています。
RS★R ビート純正バネ比較にて純正撥条を撮影しているので、有効巻線数がわかります。
スプリングレート=(定数✕コイル線形の4乗)÷(8✕巻数✕巻径)
レートそのものはわかっています。
何をするのか。
この撥条は直巻ではなく先程のパラメータのうち、コイル線径を除き一つの撥条の中でもかなり変わっています。
例えばフロントの比較画像で確認してみましょう。
純正撥条では上二本の径が変わっています。巻数も巻径も、増えるとレートが下がり減るとレートが上がります。
つまり、純正撥条はアッパーシート近くの二本は付け根が一番レートが高く、下に行くに従いレートが下がります。
よくある樽型撥条もこう言う形状でしたね。
樽型だと、真ん中から先に縮んでいきます。もちろん合成撥条になるのでレートはかなり低めに見積もられるでしょう。
よく純正で用いられるこの形状も、結果的にかなり柔らかい撥条になります。
ただ、端面をクローズにして面で受けた場合、撥条の応力が中央に向けて抜けるというか、先に中央が縮むので倒れにくい事が考えられます。
直巻と呼ばれる汎用撥条は、通常切削済クローズド端面と呼ばれる形状です。
しかし撥条は通常オープン形状、コイル端面を起点として応力が発生します。
傾いてますよね。コイルだし。もしクローズド端面にして切削した場合、その面に加わる応力は正しく面を押さえる形になりませんよね。傾斜して応力が発生してしまいますので、倒れます。
できる限りこれを抑えるための構造が、ピッチ変更、巻径変更というところなんでしょう。
端面に近づくに連れて径を小さくするのはこのためだと思われます。
巻線数が影響するということは、自由長が短くなってもレートは変わりませんけれど、ピッチが狭くなれば当然先に密着するようになります。
さてダウンサスを見てみます。
上は純正に似た形状ですので敢えて考えません。
またこの手のコイルを作るのに線径を変える事は難しいです。できなくないでしょうけれど。
なのでこのダウンサスは、おそらくこんな感じです。
1 巻線2 やや高め
2 巻線4 メインレート
3 巻線4 サブレート
この内3は線間密着して作動しなくなりますので、1+2のレートが公証レートだと考えると2.6kですよ。
やや難しい計算になりますが、荷重がかからない状態のサスペンションでは、スプリングの巻線は+4巻あるわけです。
1Gでは線間密着により巻数は4+2であるため、合成レートはおそらく半分以下のレートになるだろうと推測できます。
リアも同様に確認すると
1 巻線7 メインレート
2 巻線4 サブレート
上はあまり狭くない。今回は仮にこのかたちで計算すると、巻線7=3kと言うことになるのでサブレートはおそらく1.7k位?
合成レートは1.1k程度になります。
このピッチの狭い部分がメインスプリングに対するヘルパースプリングだといえます。
このように可変レートスプリングとして完結しているダウンサスですが、ダウンサスは車高を下げるためにツインレート、場合によってはトリプルレートになっています。
合成レートが高すぎると車高が下がりません。
だのでフロントは上二巻を絞って高レートにすることで全体レートを下げているのではないかと思います。
純正は一巻きですしね。
またこれを参考にツインレートを組むのも簡単ですが(自由長もレートもだいたいわかっているので)、売られている汎用スプリングはここまで短かったり+低レートのスプリングはありませんし、価格を考えれば無駄ですわね。
また直巻は前述したとおり面圧の差もあり、作動によってねじれるためベアリングやシートを付けることも必須になります。
とはいえ。
そんな風に合成レートを扱うスプリングの組み合わせで、ダウンサスのように一つの撥条を設計できるんじゃなかろうか。
ダウンサススプリングの価格を考慮すると、一度設計してしまえば面白い商品が作れそうなのに今まで出てないってのは、そういうものを作るより車高調一つ用意する方がコスト低くやれるってことなんだろうか。
うーん。
Posted at 2023/02/12 15:47:53
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