レバー比の計算

この記事はわかっているようで実はわかっていない！バネレートとレバー比と固有振動数(等)の記事の一部です。
ここからアクセスされた方がいましたら、上記のリンクから他の項目の方も見ていただけると嬉しいです。


・レバー比
バネレートをイジる上で切っても切れない関係であるレバー比と車体重量。

そのレバー比について今回書いていきます。


まずレバー比とは何か？

簡単に言うと
タイヤ(ホイール及びハブ)が1mm上に動いた時、バネが何ミリ縮むのか？を示したもの。
要は支点力点作用点のそれです。

実車にそれをあてがうと…。

こうなります。

あ、ちなみにレバー比は自分で実物測定しなくても、HKSさんのサイトで見る
ことができますw
例えばアクアならここのセッティングデータのところにあるレバー比を見れば書いてますw

"車種名 HKS 車高調"で調べれば大体でます。



で、このレバー比があると何なのか？何をどう司っているのか？

例えばレバー比1なら10kのバネは10kで動作します。
しかしレバー比2なら10kのバネは"2.5k"で動作します。

レバー比の倍率は2倍でも、動作するレート(以降動作レート)は1/4倍になります。


このレバー比に惑わされて
腰砕け感を改善するためにバネレートを上げたのに車の動きがふにゃふにゃなのが改善されない！とか
車高を10mm下げるために車高調10mm縮めたのに15mmも下がった！とかそいういことが起きてしまいます。
(よく目にするのはレバー比を加味せず計算し、失敗してしまう例)

で、そのややこしいレバー比を(個人的に)わかりやすく図にしてみました。



レバー比1はタイヤが10mm動いた時に10mm動きます。
対してレバー比1.3はおよそ6mmしか動きません。
またレバー比1.5に関しては4.4mmしか動きません。


アームの付け根はフレームに対して1mmも動かないけど、ナックル側はたくさん動きますよね？
要するにレバー比が大きければ大きいほど、バネ(この場合作用点)は少ししか縮まない。ということ。


しかもさらに厄介なのがレバー比が上がるに連れ、動作レートも同時に下がってしまうこと。


それもそのはず。
動作レートを出す計算式は
バネレート÷レバー比÷レバー比です。

つまりバネレートを10kから18kに変えたぞ！
といっても
レバー比1ならたしかに8kのレートアップですが、
レバー比1.3は4k程しかレートアップされず、
レバー比1.5に関しては3.6kしかレートアップされていませんからね。


そのため、先に言ったように腰砕け感をなくすためにレートアップしても全然改善されない！ということが起きてしまうんですね。



また、その逆で
車の車高を10mm下げたいから車高調を10mm縮めたら15mm下げっちゃった！
という話。
これもレバー比(この場合レバー比1.5)を加味していなかった結果、予想以上に下がってしまう、ということが起きてしまいます。

しかも、ロアアームを長いものに交換したり、調整式アームで長くしたりすると力点が更に外側=相対的に作用点が内側に入るのでレバー比が変化します！
純正の長さが何ミリで伸ばしたのが何ミリで何%伸びたのか？って感じにレバー比を計算できますし、アームにジャッキをかけ実寸で測るって方法もあります。
もちろん短くしてもそれはそれで変化するので、変更前後でレバー比を測っておくのは手だと思います。




で、これは動作レートの計算のそれとちょっと違くて
下げたい(または上げたい)車高÷レバー比です。
10mm下げたい。
レバー比が1なら10mmショックを縮める。
レバー比が1.3なら7.7mm
レバー比が1.5なら6.7mmとなります。
プリロードに関しても同じです。



ではなぜバネを変更する際、2回レバー比で割るのか？
これが車高調をイジるうえで一番の難所だと思っています。
この2回で割る(もしくは2乗して割るという動作を忘れると思った通りの足にはなりません！

それが何故かを簡単に書くと
レバー比1なら10mm縮めても正直にショックが10mm縮みますが
レバー比1.3は13mm縮めてようやくショックが10mm縮むんです。
レバー比1.5は15mm縮めて10mm縮む。

以前スプリングに付いて書きましたが、
基本バネレートはkg/mmで表示します。


例えば10kのバネがあったとして
レバー比1だと10kの力でバネが1mm、ハブが1mm動きますよね。

しかしレバー比1.3だと7.7k力でバネが1mm ハブが1.3mm動く(縮む)。
それで、基準はバネの縮量ではなく、ハブの動作(縮み)量なわけです。
なのでこの場合バネレート表記が7.7kg/1.3mmという不思議なことになってしまいます。

その単位をすべてkg/mmに直したいのでもう一度割ってkg/mmにしています。
ということは10/1.3/1.3 or 7.7k/1.3で5.9kとなりますね。

するとレバー比1.3は5.9kの力でバネ0.77mm、ハブ1mm動作します。


レバー比1.5も同じ。
バネは6.7kの力で1mm縮むけどハブは1.5mm動く。
4.4kでバネが0.67mm ハブは1mm動く。


っていう説明でわかるかな…？わかりにくかったらごめん。



・レバー比を加味したバネレートと車高調整

今までの説明の応用編です。

今の車の仕様がF:10k R:18kだったとする。
これをF:16k R:14kにし、更に車高を15mm落とすとき、ショックを何ミリ調整すればいいか？
車重はF:600kg R:400kg レバー比はF:1 R1.5とする。


まずここで必要になってくるのがスプリングの縮み量の計算。
以前私が書いた記事も使用しバネが何ミリ縮むのかを計算します。

まずはフロント。
車重600kg ということは、フロントのバネ1本にかかる重量は300kgです。
またフロントのレバー比は1なので
バネレート/レバー比/レバー比=実行レート
10k/1/1=10kです。

これに300kgの重量がかかるため、
荷重/実行レート=縮み量
300kg/10k=30mm
バネは30mm縮みます。


これを16kのバネでも同じ様に計算
16k/1/1=16k
300kg/16k=18.75mm

10k仕様の縮み量-16k仕様の縮み量=車高変化量
30mm-18.75mm=11.25mm

車高変化量/レバー比=ショック調整量
11.25/1=11.25mm

フロントは16kのバネに交換し、11.25mmショックを縮めると10kのバネのときと同じ車高になる。
更にここから15mm車高を落としたいので

車高調整量/レバー比=ショック調整量
15/1=15mm

車高変化量+車高調整量=最終ショック調整量
11.25+15=26.25mm

フロントは26.25mmショックを短くすれば16kのバネにして車高を15mm下げれます。




続いてリア。
車重は400kgだからバネ1本に掛かる重量は200kg。
バネ18kでレバー比1.5なので
18/1.5/1.5=8k 実行レート8k
200kg/8k=25mm バネ縮み量25mm

これを14kに交換
14/1.5/1.5=6.2 実行レート6.2k
200kg/6.2k=32mm バネ縮み量32mm

25mm-32mm=-7ｍｍ 車高変化量-7mm
-7/1.5=-4.7mm ショック調整量-4.7mm
18kのときと同じ車高にするにはショックを4.7mm上げなければいけません。

15mm落としたいので
15/1.5=10mm
-4.7+10=5.3mm

リアは5.3mmショックを短くすれば14kのバネにして車高を15mm下げれます。

とまぁこんな感じに計算することができます。





今後の話になりますが、固有振動数を求めるのにレバー比及び実行レートはかなり重要なワードになるのでぜひ覚えてください！ｗ