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2020年09月17日

LSDのチャタリングをオイルで抑える

LSDのチャタリングをオイルで抑える 機械式LSDにつきもののチャタリング。 これは工学の世界で言うところのスティックスリップ現象、つまりフリクションプレートが付着(スティック)とすべり(スリップ)を繰り返している状態です。

チャタリングを抑えるためには次の2点が大事になるかな。
 ①金属接触の摩擦を減らす
 ②μ-V特性を負の勾配にしない


①金属接触の摩擦を減らす
LSDのフリクションプレートの潤滑状態は境界潤滑。境界潤滑とは、薄い油膜で分離されていて、部分的に金属接触している状態。 主に接触部の弾性変形、塑性変形、凝着によって摩擦力が発生していると考えられているそうな。

摩擦のメカニズム、トライボロジーは大学の機械工学で学ぶ内容なんだけど、こちら👇の資料は数式とか出てこず分かりやすく解説されているのでおすすめ。

【参考】トライボロジーの基礎 埼玉工業大学 長谷亜蘭
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jjspe/81/7/81_643/_pdf

金属接触をそのままにしておくと 静止摩擦係数が大きくなってチャタリングが起きやすくなってしまうので、接触部の潤滑状態を改善するためにオイルに添加されるのが極圧剤。極圧剤は金属表面に吸着し、金属と反応して固体潤滑皮膜を形成します。この皮膜によって摩擦、摩耗が減ります。

②μ-V特性を負の勾配にしない
μ-V特性とは、摩擦係数と速度の関係 。LSDにおいてのμ-V特性は、左右の回転数の差(V)が大きくなるほど摩擦係数(μ)が上がるのが正の勾配、逆に回転数の差(V)が大きくなるほど摩擦係数(μ)が下がるのが負の勾配です。流体潤滑の世界では、速度(V)が大きくなるほど流体の膜厚が増えるので摩擦係数(μ)は下がっていくのが普通です。だから一般的なオイルのμ-V特性は負勾配。

LSDのコントロール性を良好にするためにはμ-V特性はフラットが望ましい。そこで 摩擦調整剤(FM剤) が登場します。ただ、色々な条件の変化によってμ-V特性が負勾配になるとチャタリングが起きやすくなるため、若干の正勾配にしてマージンを持たせておくことを狙う。

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左:LSDオイル 80W-90 / 右:ミッションオイル 75W-85

という視点でCUSCOのLSDオイル80W-90のμ-V特性を見ると、ゆるい正勾配になっている。比較の他社品も新油であれば同じような特性だが、劣化で比較的早く負勾配になる。CUSCOも同条件で劣化して負勾配に転じるが、その程度はだいぶ軽い。対して75W-85のμ-V特性を見るとゆるい負勾配になっているので、このオイルをLSDに使うとチャタリングが盛大に起きます。これは粘度の違いでこうなっているのではなく、添加剤の違いによるもの。そもそもオイルの目的が違うからですね。

もうひとつ大きく違いが出ているのは速度ゼロ付近。CUSCOの80W-90は新油も試験48時間後も変化はわずか。対して他社品は新油で右肩上がりの線だったものが、劣化で右肩下がりに。この速度ゼロ付近の摩擦係数の低さもチャタリング防止には大事だそうな。
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Posted at 2020/09/17 22:48:23

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この記事へのコメント

2021年1月6日 0:10
こんばんは♪

機械式LSDで気になるのは
ディスクが接触してるから効いてるのか?(締結?)
あるいは
油膜が保持されてて
その何かしらの効果で効きが保持されてるのか?
ってことで
硬いオイルの方が効きが強い
でも
オイルがヘタって
チャタリングが起きてる状態は
結構効いてるイメージだったり。

よくわかりません😓
コメントへの返答
2021年1月6日 21:24
こんばんは。

機械式LSDは本文で書いた通り、薄い油膜で分離されて部分的に金属接触している境界潤滑のはずです。接触している部分は極圧添加剤のおかげで大体は直接の接触を免れていますが。

オイルの粘度が高い方がオイルのせん断応力が大きくなる点が効きが強くなる要因になりますが、粘度が高い方が油膜が厚くなる傾向のため、金属接触部分が減って逆に摩擦が下がる要因にもなると思います。

ですので、多少の粘度の違いよりも極圧添加剤と摩擦調整剤の方が効きに影響が大きいんではないかと思っています。実際、CUSCOのは80W-90よりも75W-85の方が効きが強いです(チャタリングも起きやすい)。

オイルがヘタって極圧添加剤がダメになってくると、本当の金属接触が増えてくるので摩擦が大きくなりますね。潤滑状態としてはよろしくない。チャタリングが起きるわけです。ついでに鉄粉の発生も激しくなるはずです。

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