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2019.07.13

摩擦係数

摩擦力の大きさを表すのは摩擦係数μを使いますがF=μWの式で表されます。

Fは摩擦力、Wが垂直荷重つまりFはある剛体を引くのに対抗する力でWは剛体の重さ

その比が摩擦係数μという事に成ります。これがク-ロンの摩擦法則です・・・しかし・・・

ゴムの場合は金属や石材のような剛体ではなく弾性を示す材料でこの法則には従わないことが殆どです。

まぁ通常の工学部などで学ぶことも少なく多くはゴム関係の業界に入って初めて学ぶことが多いと思います。

ゴムの場合、接触面積が同じであれば荷重が増加すると摩擦係数が減少し同じ荷重であれば接触面積が大きくなると摩擦係数は大きくなります。

これは研究結果としてタイヤ業界では当然の物理で文献としても成立しています。

そもそもゴムは金属などの剛体と比較し摩擦係数は約5倍も高いものです。

とはいえタイヤの空気圧が低い方が良い訳では無く空気はバネとしての役割もありケ-スの構造等と合わせて適正であることが肝心。

空気圧の高い低いの話は別として・・・・

あるサイトで見かけたタイヤの接地面積が変化しても摩擦係数は変わらないという理屈はゴムには当てはまりません。

またゴムが弾性を示す材料はク-ロンの摩擦法則に従わないという理論を知る上で否定しています・・・・(^^;

がしかし内圧を低めると接地面積が広がり転がり抵抗が増加するとも仰っていてこれはヒステリシスロスが増加するという事ですから感覚的には分かってらっしゃると思うのですが。

因みに根拠はJAFの実験デ-タ-によるものとしており更に参考にしたであろう関連サイトにも目を通しました。

例えば制動距離は重量によって左右されない・・・仮に車両重量が2倍に成れば運動エネルギ-も2倍に成るので制動距離は2倍に成るというのは間違いで実際は垂直荷重も2倍に成るのでタイヤと路面の摩擦力も2倍に成り増えた運動エネルギ-と打ち消しあうので制動距離は変わらないとしておられます。

これは上記のゴムの場合、接触面積が同じであれば荷重が大きいほど摩擦係数は低下するという理論を完全に否定しています。

解説に整合性が有りません。

また関連サイトではブレ-キシステムに関しても例え同じ車のブレ-キシステムをブレンボなどの高性能なシステムに置き換えても制動力は変わらないと名指しで言っておられます。

例えば20tトラックにおいて満載でも空荷でもブレ-キ性能は変わらず制動距離は同じだと。勿論ブレ-キシステムそのものの性能は変わりませんが・・・

因みにこのJAFの試験デ-タ-は見つけることが出来ませんでした。

車重別の車種による試験デ-タ-は確認しましたが・・・これは当然という結果。

JAFの試験結果も別の項目(過積載)では積載量による制動距離の差が大きいというデ-タ-が記載されています。

また同じサイズの乗用車で一人乗りと5人乗りで制動距離には差がある事を示しており注意喚起しています。

ブレンボの性能云々というよりも軽自動車では十分なブレ-キシステムを20tトラックに採用したら・・・また逆では・・・・

そんなものは物理が如何とか言う前に結果は火を見るより明らかなわけで一つの物理法則にとらわれずもっと多角的視野と創造力を持つべき。

兎も角もク-ロンの摩擦法則はタイヤには当てはまらないということです。

別の記事でアクスルシャフトに関して解説しておられる記事は理路整然としており要点を確り抑えられていてます。

こちらに関しては同感でございます。

 

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コメント

私もそのサイトを見て、ホンマかいな?と、思っていたので、これでスッキリ出来ました。
物理に疎いので、参考になりました。

いやいや・・・常日頃私が発信している情報が嘘に成っては困りますから・・・(^^;

こんにちは。何時も興味深く読ませていただいています。今回の話も興味津々です。ところで、

>ゴムの場合、接触面積が同じであれば荷重が増加すると摩擦係数が減少し同じ荷重であれば接触面積が大きくなると摩擦係数は大きくなります。

この一文の理解が私の頭では追いつきません。何か、図解や参考文献などございますでしょうか?ゴム 摩擦係数 荷重依存性などと検索してみましたが絞り込めませんでしたので。

一般社団法人日本規格協会が発行している文献にも記載が有ります。
元ブリヂストンの設計技師 渡邊徹郎氏の著書でも詳しく解説されています。
他にもタイヤメ-カ-や日本ゴム協会などでも調べることができると思います。

全然違う話ですが、どうしたら(努力しないで)、ビビリミッターが解除されて、タイヤの端まで消しゴムみたいに擦る事ができるのでしょうか、、、^^。

・・・・・・(^^;
公道でそんなことする必要はないと無いと思います。ヒビリミッタ-は非常に有効な安全装置だと思います(^^)/

コメント失礼します、一ヵ月ほど前にCB250Rのサスの相談でお店にお邪魔した者です。
件のブログのA氏とは過去に個人的なメールで議論をした事がありました。
A氏の過去のブログでタイヤの摩擦がアモントンクーロンの法則のみで説明されていたので、私が「ゴムの摩擦係数には荷重依存性があるはずでは」とメールを送ったのがきっかけでした。
※今回のあのブログに出てくる意地の悪いエンスーはたぶん私の事です(笑)

そのメールに対しては非常に真面目に返答をしてくださり「ゴムの摩擦係数は確かに荷重によって変動するが、実走行において実際どのように変動しているかは正確には計測できていない。また丸いタイヤは潰れると見かけの接地面は大きくなるが、グリップを発揮しているのは接地面の輪郭部分であり中心部はたわんで路面から離れてしまうのでグリップは増えない、よって空気圧を下げて接地面を大きくしてもタイヤのグリップが上がるとは言えない」との回答をいただきました。

その説明がA氏の個人的な見解なのか、または氏が在籍していたメーカー開発部の見解なのかはわかりません。
また、私には内容の正否まではわかりません。

A氏曰くブログでは初心者にもわかりやすいように難しい話は省略しているとの事でしたが、ただ主張に対しては一定の根拠を持たれていて、メールで質問をすれば真面目に回答してくれる方であることは確かなようです。

グリップを発揮しているのは接地面の輪郭部分であり中心部はたわんで路面から離れてしまうのでグリップは増えない。

よく聞く内容ですが国内ではブリヂストンさんがアルティメットアイで可視化解析してそうではないことが証明されています。

MICHELIN社もかなり前に違った解析技術で同じ結果を出しています。

因みに上記の理屈がそうであれば高い場合も低い場合も同現象が有る訳で実接地面積は何れにしても変化するという事にもなりますよね。

ヒントはタイヤ内の空気は均等に圧力がかかっているという事でもあると思います。

接地圧の形状等はブリヂストンが公開していたと思います。

この辺りの事はS22のインプレでも少し触れているのでご参考にしていただければと思います。

内圧についても程度の問題です、高い低いではなく適正値で評価するという事が肝心です。

「トラックの制動距離が空荷と荷物満載で同じ」なんてなことはないだろうと、思わずひとりツッコミしてしまいました(笑)
クロモリシャフトに関しては私も装着して、これってプラシーボちゃうん?と感じてましたからたぶん正解なんだろうと思ってました。
ネット記事のメディアリテラシーの難しさ、ですね。
しかし、超メジャーメーカーでこうなの??というまた違う意味で、何だかなぁー(-ω-;)

餅は餅屋と申します^^

弾性→粘弾性

規格協会の文献では弾性としています。

ブリヂストンのカタログ冊子を見ると、RS10Rのページにタイヤの接地面形状と接地圧分布の解析画像が載っていました。
GPベルトの採用によって接地面内の接地圧分布が改善したという説明のようです。
※ただ中心部の圧力が比較的低くなっているのは事実みたいです。

つまりタイヤがグリップを発揮するには、接地面形状(面積)と接地圧分布が高くバランスする必要があり、そのようにバランスする内圧がタイヤの適正内圧となる。

そして適正内圧値はタイヤの構造によって違い、単純に高い低いでは考えられない、それぞれのタイヤの持つ適正内圧から高くなっても低くなってもグリップ性能は低下する。という事でしょうか。
とすると、内圧を適正値より低くし過ぎた時に感じるタイヤの感触の悪さは接地面内の接地圧の分布が乱れているから、という事なのでしょうか。

合っているかどうかわかりませんが考えると面白いです(^^)

内圧はグリップだけではなく操安への影響も大きく適正値はバランスでもあります。

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