ホイールバランス

ガレージＫ氏がホイールバランスについて書いているので、ホイールバランスが悪化したときの影響を具体的に計算してみましょう。

ホイールのバランスを取るときは１０ｇとか２０ｇもオモリをリムに貼り付けます。
ここで、このオモリが取れてしまった場合の影響を計算してみます。

バランスが悪化したときの影響と言うと具体的ではないので、何を計算するかを決めます。
バランスが悪化すると起きること、それは振動の発生です。
特に前輪のバランスが崩れるとステアリングホイールがブルブル震えます。
これをステアリングシミーと言います。ジミーではありません。Shimmy Motion のシミーです。
日本語にすると舵取り装置の振動です。

なんでブルブル震えるかと言うと、タイヤが前後に動こうとするからです。
重い側が前方に来たときには前方へ引張られ、後ろに来たときは後ろへ引張ります。
バランスが崩れると、このようにホイールが前後に動こうとするので、その力がタイロッドを伝わりステアリングホイールを振動させます。
そこで今回は、このときに前後方向に発生する力の大きさを計算します。
（実際はさらに共振現象が大きく関係するのですが、今回の計算では割愛します）

では早速計算
計算には次の式を使います。
アンバランス力をＦ（Ｎ）とすると
Ｆ＝ｍ×ｒ×ω＾２　・・・　①
ここでｍはアンバランス量（ｋｇ）、ｒはアンバランス部の回転中心からの距離（ｍ）、ωはホイールの角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）です。

時速Ｖ（ｋｍ／ｈ）で走行しているクルマのホイール角速度ωは、タイヤの半径をＲ（ｍ）とすると
ω＝Ｖ×１０００／３６００／Ｒ（ｒａｄ／ｓｅｃ）　・・・②
ちなみに角度は３６０°が２π（ｒａｄ）です。

②を①に代入すると
Ｆ＝ｍ × ｒ ×（Ｖ／３．６／Ｒ）＾２　・・・③

今回は２０ｇのオモリが取れた場合を計算します。
理由はこのくらいのアンバランスがあるとステアリングシミーが発生するからです。
ホイールはＳ２０００の標準ホイールサイズである１７インチとします。
リム部の直径は１７インチなだけに１７×２．５４＝４３．２ｃｍです。
速度はサーキット走行を前提として１２０ｋｍ／ｈとします。
ｍ＝０．０２（ｋｇ）、ｒ＝０．４３２／２（ｍ）、Ｖ＝１００（ｋｍ／ｈ）、Ｒ＝０．３０５（ｍ）を③に代入します。

Ｆ＝０．０２×０．２１６×（１００／３．６／０．３０５）＾２
　＝３５．８（Ｎ）＝３．６５（ｋｇｆ）

意外に小さく３．６５ｋｇｆで前後に引っ張られていることになっているようです。
停止中のクルマのタイヤに３．６５ｋｇｆの力を前後に与えてもステアリングには力はほとんど伝わらないと思うので共振時にしかステアリングがブルブルしないのも理解できます。

また、このくらいの力であればタイヤが路面から受ける前後力の方が遥かに大きいと思うので、ステアリングシミーの発生しない速度であれば、ホイールハブ等の強度的にもなんら影響ないと考えられます。

僕はタイヤ組替えを自分でやらないので、どのくらいのオモリの設定があるのか詳しく知りませんが、５ｇか１０ｇ刻みのオモリしか見たことがないので、実際はリム上で５ｇくらいなら振動影響はないようです。