ダンパ減衰力計算

ブ～リ～ザ～ド、ブ～リ～ザ～ド　包め～世界を～♪　（２分３０秒のところ見てね）
セリカかっこいい！！

もう歌うしかないくらい、外がヤバいです。

さて、春が来るまで外に出られそうにないので、みんカラ更新することにしました。
今日のお題はダンパ減衰力計算です。

ダンパ特性のグラフは普通、横軸にピストン速度、縦軸に減衰力を表します。
しかし、現象を考えてみると、ピストンに力が作用するからピストンが動き始めてピストン速度が発生するのであって、ピストン速度があるから減衰力が発生するわけではありません。

なので、ダンパ特性のグラフを理解するときは、横軸と縦軸を入れ替えた方がわかりやすいです。
（ダンパ特性のグラフを使うときはそのままの方がわかりやすいです）

さらに
ピストン速度＝ピストンを通過する流量／ピストン面積
減衰力＝ピストン上下面の圧力差×ピストン面積
ここで、ピストン面積は圧力差により変化しないので

ダンパ特性のグラフというのは、ピストン上下面の圧力差とピストンを通過するオイル流量の関係を示しています。

ということで、今回はオリフィス領域に限った減衰力の計算をしてみました。
かなり簡略化しているので、実際の現象とは違いが多々あると思いますが、現象の大枠を理解するにはこれで問題ないと思います。

詳細を勉強したい人は、こちらのThe Shock Absorber Handbook が実用的でいいと思います。
英語で書いてあるので、英和辞書も忘れずに同時購入しましょう。

それでは計算内容と結果です。
ロッドがあるとややこしいので、今回の計算では割愛していますが、実際はピストンロッドも計算にいれなければなりません。


ここで、ピストンの上下面に作用する力Ｆｐが、ダンパの減衰力になるので、ピストン速度はダンパ減衰力の１／２乗に比例することがわかります。

この説明の絵ではピストンロッドを割愛していますが、ピストンが動き始めるのはロッドから力を受けるためなので、ピストンがロッドから受ける力＝ダンパ減衰力を横軸にした計算をする方がわかりやすいと思います。

ピストン径φ４６、オリフィス径φ１．５として計算したものをグラフにすると


ちなみに先端径がφ１以上の注射器に水を入れて、押す力を変えて先端から出る流量を測ると、このグラフと同じように、押した力の１／２乗に比例した流量になります。

横軸と縦軸を入れ替えると見慣れた低速域の減衰力グラフになります。


実際はこんな簡単ではなく、粘性影響も無視できないのですが、低速域（オリフィス領域）の減衰力がピストン速度の２乗にほぼ比例するような状態になっている理由はこれでわかると思います。

こういうのも計算と実測を対比すると面白いんだろうなぁって思います。