ばね

本日も長文注意報です！













さてサーキットアタックに向けたクルマの準備を何ひとつしないまま、寒い季節が過ぎてしまいました。
なんかもう「負けず嫌い」という要素が決定的に足りてない自分を感じますね^^;
いずれにせよアタックが済んだら、ロードスターはもっと乗り心地を良くしたいなぁと思っています。

と言っても乗り心地の良さに関して「とことん追求するのか」と考えると、べつにそこまで乗り心地に対して興味があるわけでは…^^;
「とりあえず手持ちの8k-6k入れて、ちょっとプリロードかけて済ましておこうか」などと考えてる時点で志が低いと言わざるを得ない（笑）
まぁそれでも今よりはずいぶん楽になるでしょうから……僕はそんなのでいいです^^;

ところでよく「同じレートのスプリングでもメーカーによって乗り味が違う」と聞きます。
多くは「レートが同じと言っても表示レートが同じだけで、実際のレートはストロークするにしたがって微妙に変化するから」と説明されています。
swiftのページを見てみるとパーセント表示のグラフが出てますが、サンプルＡとＢって酷すぎじゃないかって思いますが（笑）

僕は正直6k-4kでも8k-6kでも何でもいいような人間なので高級なスプリングを使っても宝の持ち腐れだと思うのですが（汗）、バネに関わる理屈は気になります。
そこで少し調べてみると、レートだけでなくスプリングの固有振動数についての記述もちらほらと見かけたので気になりました。
ん？レートが同じでも固有振動数が高いと？低いと？なんか良くなるのかな？
ちょっと分かりません。
いや僕あほなんで…（苦笑）

クルマとしての固有振動数が高いと、つまり車体の固有振動数が高いと運転操作に対するタイヤの荷重変化がより早く発生する、そういうのは何となく分かります。
純正足で何度かアタックしたとき、12k-10kと比べるとずいぶん反応が鈍いなぁと思いました。
でもダンパも違うので純粋にバネだけの違いとは言えませんケド…。

でもバネの違いによる車体の固有振動数ってレート（ばね定数）しか関係してきませんね。
教科書をめくると、車体の固有振動数は1/2π×ルート（9800×ばね定数÷荷重）で決まると書いてあります（あほなので記号の書き方が分からない。笑）。

それに対してバネ単体の固有振動数は鋼の場合（356000×線径）÷（平均径の２乗×有効巻き数）となるようなので、同じレートでもバネの種類によって固有振動数は違うことになります。
「同じレートで固有振動数が違う」ってどういうことなんでしょう？
バネ単体の固有振動数が違っても、あくまでレートが同じであれば、車体の固有振動数は変わらないはずです。（1/2π×ルート（9800×ばね定数÷荷重））

ただ、もしも「同じレートでも固有振動数が低いほうが乗り心地が良い」とすると、そういうバネを選んだほうが乗り心地が良くなることになりますね。
固有振動数は乗り心地にどのように関わるか？
極端な例として「レートは低いが固有振動数は高い」という場合と「レートは高いが固有振動数は低い」という場合で比較してみると分かりやすいかもしれませんね。

まてまて、そもそもそんなバネは存在するのか？
あほなんで分かりません…。
分からないときは計算してみましょう。

■条件１：線径12mm、平均径65mm、有効巻き数8
→ばね定数92.61N、固有振動数126.39Hz

■条件２：線径13mm、平均径65mm、有効巻き数10
→ばね定数102.05N、固有振動数109.54Hz

普通にあり得るようです。
バネおたく御用達のばねっとくんに聞いてみても問題ないそうなので大丈夫でしょう（笑）
もっと極端な場合も見てみようか…。

■条件３：線径6mm、平均径65mm、有効巻き数2
→ばね定数23.15N、固有振動数252.78Hz

■条件４：線径20mm、平均径65mm、有効巻き数30
→ばね定数190.56N、固有振動数56.17Hz

うーん、興味出ますね（笑）
べつに乗り心地にはこだわらないんですけど、どれくらい違うのかなぁ～って気になります（笑）
知的好奇心を満たすためだけに新しくバネを買うのもなんだかなぁって感じですが^^;

というかバネ単体の固有振動数ってめちゃめちゃに高いですよね。
１秒間に100往復……ちょっと待て、タイヤってそんなに速く動かないよなぁ（笑）

実際のバネの動きがバネ単体の固有振動より遅い範囲では、あまり関係ないような気もします。
100Hzとかに対して、実際のクルマの固有振動数は通常1Hz～3Hzとかですね。
例えばゆっくりじんわりと荷重をかけていくぶんには固有振動数もなにも……、という感じがするので、いずれにしても入力速度によって違いが出そうだということが分かりました。

もしも入力速度がバネ単体の振動よりも速かった場合はどうなるでしょうか？
うーん。
やはりあほなんでよく分かりません…。
極端な例で考えてみましょう。

■条件５：線径5mm、平均径65mm、有効巻き数400
→ばね定数0.06N、固有振動数1.05Hz

このバネなら1Hzなので１秒間に１往復ですね。
ばねっとくんに「自由長が長すぎです」とか怒られましたが気にしないことにします（笑）
ところで１秒間に１往復ということは、①縮んで②戻って③伸びて④戻ってが１秒間に１回発生するということですね。
このうち①の工程にかかる時間は1/4秒です。
もっと分かりやすいように、①にかかる時間が１秒となるようなバネで考えてみます。

このバネの自由長が5mくらいあったとして、壁へ横向きにセットし、そこに秒速10mのボールを水平にぶつけたとします。
バネが1mくらい縮んで、その後跳ね返されました。
このバネが①の工程にかかる時間は１秒なのに対して、ボールは１秒間に10m進むことが出来ますから、ボールの動きのほうが速いことになります。
したがってバネが縮む速度は秒速10mということに…

って待て待て、そんなわけありません^^;
ボールは常に押し戻される力を受けながら進みますから、バネが縮んでいる最中はバネの抵抗分だけ必ずボールの速度が落ちることになります。
それではどのくらい速度が落ちるのか？
うーん…。

少なくとも「バネが1m縮んでその後跳ね返される」ということは、1m縮んだ時点でのボールの速度は0になるわけですね。
ボールがバネに触れた瞬間から速度は徐々に落ち始め、やがて0になり、それからボールは逆方向に加速し、もとの速度に近い速度で跳ね返されることになります。

単振動は円運動の射影なので速度はそのとおりに低下していくことになりますから、結局のところバネが縮む速度はボールの速度によって変わる、と言えそうです。
そしてここにバネの固有振動数は出てこないので…関係ないことになりますね…。

えっ関係ないの（笑）

頭痛くなってきたんでまた暇なとき続き考えます…^^;