モーションレシオ → リンク荷重計算ツール

ホイールの鉛直荷重を、局所的なモーションレシオを使って、サスペンションの取付点(スプリング/ダンパー、プッシュロッド、リンク)が実際に受ける力に換算します。結果は、静的安全率、チューブ座屈、ボルトせん断の各計算ツールに使用荷重として入力できます。

サスペンション運動学 · 仮想仕事の原理

モーションレシオ → リンク荷重見積ツール

ホイールの鉛直荷重を、局所的なモーションレシオを使って、サスペンションの取付点(スプリング/ダンパー、プッシュロッド、リンク)が実際に受ける力に換算します。結果は、静的安全率計算ツール(モジュール2)に使用荷重として入力できます。

ホイール鉛直荷重
[lbf]

タイヤ接地面での推定動的荷重です。簡易的な見積もりでは、コーナーの静的重量 × 動的係数(モジュール2/5/6のKd値を参照)が一般的な出発点です。

この取付点でのモーションレシオ
リンクのストローク ÷ ホイールのストローク

MR = (取付点の変位)/(ホイールの鉛直変位)。目標車高で実測するか、キネマティクスモデルから読み取ります。ダブルウィッシュボーンのスプリングMRの一般的な値はおよそ0.5〜0.9で、プッシュロッド/ベルクランク方式ははるかに広く変わります。

この取付点での推定荷重

3,077 lbf

✔ モーションレシオが低いほど力が増幅されます。ピボットに近いリンクは、ホイール自体よりも大きな荷重を受けます。

設計モデル(ISO/SAEの式ではありません)

標準的な参考文献モーションレシオによる力の増幅は、剛なリンク機構に対する仮想仕事(エネルギー保存)の古典的な原理に従い、車両運動力学の文献、たとえばMilliken & Millikenのレースカーの車両運動力学 やCarroll Smithのチューニングで勝つ に記載されています。ISO/SAEが発行した式ではありません。

計算方法 Wheel Force × Wheel Travel = Link Force × Link Travel ⟹ Link Force = Wheel Force / MR

次のステップこれは静的な力の増幅のみです。衝撃/動的なシナリオでは、得られたリンク荷重を使用荷重(P)として、静的安全率計算ツールに適切なKdとともに入力してください。

前提と制約

モーションレシオは一定として扱っていますが、実際のサスペンション幾何のほとんどでは、ストローク範囲で変化します。これは1つの車高点での線形化した見積もりです。
準静的で小角度の近似を前提とし、リンク機構の摩擦損失はないものとしています。
動的衝撃係数は含まれていません。結果をモジュール2、5、6に引き継ぐ際に、別途適用してください。

静的な参考データ

参考:ホイール荷重とモーションレシオ別のリンク力

上記の式で事前計算した値です。入力し直さずに素早く参照できます。

ホイール荷重	MR=0.40	MR=0.55	MR=0.65(初期値)	MR=0.80	MR=1.00
1,500 lbf	3,750 lbf	2,727 lbf	2,308 lbf	1,875 lbf	1,500 lbf
2,000 lbf(初期値)	5,000 lbf	3,636 lbf	3,077 lbf	2,500 lbf	2,000 lbf
3,000 lbf	7,500 lbf	5,455 lbf	4,615 lbf	3,750 lbf	3,000 lbf

計算例

ホイール荷重からリンク設計の流れへ

ショートコーストラックの後輪コーナーに、推定2,000 lbfの動的ホイール荷重がかかります。この車高での下側4リンクバーのモーションレシオは0.65です。バー自体はどれだけの力を受け、それは設計の他の部分にどうつながるでしょうか?

リンク力 = ホイール荷重 / MR = 2,000 / 0.65 ≈ 3,077 lbf。
使用荷重(P)として3,077 lbfをチューブ・溶接ブッシュ座屈荷重計算ツールに入力し、バーのチューブ径/肉厚を決めます。
同じ3,077 lbfをボルト2面せん断計算ツールに入力し、両端のクレビスボルトを確認します。
リンクに中実ブッシュではなくロッドエンドを使う場合は、静的安全率計算ツールでロッドエンド自身の定格荷重に対しても確認してください。
これこそが、このツール群で想定している一連の流れです。モーションレシオによる荷重の見積もり1つを、設計を確定する前に、3つの異なる破壊モード(座屈、ボルトせん断、ロッドエンド定格)に対して確認します。

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