ばねのプリロードってね、すごく誤解しやすい部分なんですよ。
「そんなふうに思っちゃうのも無理はないよね」ってところがいくつもあって。
だってそもそも、名前が「プリロード」ですからね。
あー仕方ない！これはもう仕方ない！笑
…意味分かります？
先日調べものをしていたら、いつものようにプリロードで勘違いされてる記事を見かけたんです｡
でも表面的にはしっかり理論的に書かれてて、読んでると「この人これ頑張って調べたんだろうな～」っていうのが伝わるわけですよ。
曰く、スプリングのレートというのは厳密に言うとストロークの最初から最後まできっちり表記レートが出てるわけじゃないので、同じレートでも、銘柄によって微妙な違いがある。
例えばオープンエンドとクローズドエンドでは、ストローク初期のレートの立ち上がりが変わってくる。
線間密着に近いストローク終わりについても、銘柄によって微妙にレートは変わる、と。
ふむふむ。そうだよね。
「なので、プリロードをかけるとばねがたくさんストロークするようになって、ストローク範囲が変わるから、それでクルマの乗り味が変わるのである！」
わーぉ…。
途中まで良かったのに、一体なんでそんなことになっちゃうんでしょう^^;
いや、こういうこと書ける人って本当はすごく頭いいと思うんですよ。
なので、変にプリロードにこだわらないで普通に考えれば、これ、明らかにおかしいよなってことが分かるはずだと思うんです。
名前にまどわされてるな笑
よく考えてください、150mmのストロークで線間密着する1kgf/mmのばねに50mmのプリロードかけると、そのばねは100kgfで線間密着しますか？
そんなことはありません、1kgf/mmのばねを150mmストロークさせるには150kgf必要です。
プリロード50kgfかけたら100kgfで線間密着しました、なんてことはありません。
そのばね、10mmプリロードかけたら110mm縮みますか？20mmかけたら120mm縮みますか？
ばねの働きというのはそうじゃありません、試しにボールペンの中に入ってるスプリングを指で潰してみてください。
あらかじめどれだけ縮めておいたかに関わらず、ばねが縮む量はそこにかかる荷重によって決まります。
もうちょっと言うと、プリロードというのは「ばねが伸びようとするのをダンパが押さえつけること」です。
「ダンパのアッパーマウントとロアシートの間の長さ」をばねの自由長よりも短くすることによって、その長さ以上にばねが伸びないようにします。
ただこれ、別にばねに力が蓄積されてるわけじゃなくて、ダンパが踏ん張ってるだけなので、例えばしっかりプリロードかかった状態のダンパのロッドをサンダーで切ると、ばこーん！とかいってばねは自由長まで伸びます。
純正ダンパーをバラしたことある人はイメージ出来ますよね。
プリロードの分、ダンパはばねが伸びないように押さえつけてるわけです。
でも例えばハイパー力持ちの人がダンパの上と下をしっかり手で持って、ぐいっとダンパを縮めてあげたらどうなるでしょう？
プリロードかけてた分以上に縮められると、もはやロッドには力はかかっていないので、その状態でロッドをサンダーでぶった切っても、ばねは伸びません！
今度は人間のお手々でばねを縮めているからです。
プリロードが20mmであろうと、50mmであろうと、お手々の力がそれを上回った瞬間に、プリロードの有無がばねに与える影響は全くのゼロになります。
クルマに取り付けられている場合、ダンパを縮めているのって車重なんですよ。
なのでクルマがジャッキアップされている状態を除いて、通常、クルマのダンパはプリロード分以上に縮んでいます。
その状態では、プリロードはばねに対して何の影響も与えません。
プリロードをかけると何が変わる？
でもプリロードをかけると実際「なんか」変わりますよね。
プリロードをかけることで変わるのは、ばねのストローク量ではなく、ボディに対するダンパの位置関係です。
このあたりちょっと文字では分かりにくいと思うので、図解しますね。
そもそも「プリロードをかける」というのは普通、「ジャッキアップされたクルマのダンパのロアシートを回す」っていう作業です。
ジャッキアップ状態というのはタイヤが離陸している特殊な状態ですが、皆さんが普段クルマを運転するとき、タイヤは離陸していませんよね。
…え？あなたＷＲＣのドライバーだったんですか？それは失礼しました！（おいおい。笑）
えーと気を取り直して（笑）、今度は走行中、つまりクルマにしっかり車重がかかった状態でプリロードを増やしていくと一体どうなるのか、アニメーションで見てみましょう。
（分かりやすさのためボディを空中に固定し、地面側が動く視点で動かしています）
ここでダンパのところに注目し、内部をスケルトンにして動きを見ます。
これ何をしてるか分かります？
例えばホイールハウス内にカメラを固定しておいて、プリロードを1mmだけかけてジャッキから降ろした状態で写真を撮り、再びジャッキアップしてもう1mmプリロードをかけてから同じように写真を撮る、というのを繰り返すことで10枚分の写真をつなげてアニメーションを作ったものだと思ってください。
するとどうなるかというとご覧の通りで、アッパーマウントとダンパケースとの距離が長くなります。
それによってダンパケース内のピストン位置、つまりストロークバランスが変わることが分かりますね。
また地面からの高さで言えば、ロアシート、つまりばねを置いておく土台の位置が高くなるので、車高が上がります。
そして、変わるのはそれだけです。
そもそもダンパケースしか動かしていないので、車高とストロークバランス以外は何も変わりません。
大事なのは、ロアシートを回すという作業が、そもそも「ばねを縮めてすらいない」ってことです。
ジャッキアップ状態であればそのように見えますよ、ジャッキアップ状態では車重がかかっていませんから。
でも車重がかかっている状態では、プリロードをかけることで変わるのは、車高とストロークバランスだけです。
でもややこしいのが、たまにストロークバランスが変わることを「ばねのどこを使うかが変わる」って表現する人もいるんですよ。
これ間違いじゃないんです、間違いじゃないんですけど勘違いを生んじゃう表現ですよね。トラップだ笑
スーパーフォーミュラやスーパーＧＴで活躍している「チームルマン」のエンジニアの方も、プリロードについてこのように書いてます（出典：ダンパー講座 第101回）
———————————–
プレロードがマスばねシステムに影響するか？
プレロードを変えても図でもわかるように伸び切ったり底付きしたりしない限りばねとしては何も変わりません、車重とバランスした点を中心に振動します。
ばねは固くも柔らかくもなりません、一本のばねのどこを使うかが変わるだけです。
———————————–
「ばねのどこを使うかが変わる」って言ってますよね。
これを勘違いして「10mmプリロードをかけたらばねが10mm余計に縮むようになる、20mmプリロードをかけたら20mm余計に縮むようになるのか！」と思いこんでしまうケースがとても多いようです。
でも上記の文章が書かれた同じ記事の最後のほうで、このようにも書かれているんです。
———————————–
実際７ポストリグで加振しても何も変わりません。
でもレース界の人でも７ポストリグに来て「ちょっとプレロード掛けてみようと思うんですけど」って聞いてくる人もいます、「変えてもいいですけど伸び切らない限りリグでは何も変わりませんよ」って答えますが。
あくまでもプレロードは“ストローク配分の変化を伴う車高調整”でそれ以外の何物でもありません。
———————————–
はい、それが全てです。
あ、7ポストリグっていうのはそういう試験機（めちゃくちゃ高度なロードシミュレータ）のことなんですけどね。
あくまでもプリロードは“ストローク配分の変化を伴う車高調整”であって、それ以外の何物でもありません。
というかプリロードそのものは必ずしも車高変化を伴うとは限らないので、厳密に言えば車高すら関係なくて、純粋に「ダンパのストロークバランス調整」これだけです。
車高が一緒に変わるのは単に作業する上でロアシートを回すほうがラクだから皆がそうするだけであって、例えばダンパを取り外してアッパーマウント下のワッシャを10mmぶん抜き、ロアシートの高さは変えずにダンパを組み直してやると、10mmぶんのプリロードはかかりますが車高は変わりません。
なので、本質的にはプリロードとはただの「ストロークバランス調整」です。
実際にはストロークバランス調整をすることでバンプラバーの潰れ具合が変わったりしますし、車高が変わればトー角やロール軸なども変わります。
だから「プリロードを変えてこんなに変わった！ばねを縮めておく効果ってすごい！」とか思っちゃうのは仕方ないんですけどね。
そりゃあ車高が変われば挙動はめちゃくちゃ変わりますよ、アライメントやロール軸が変われば挙動が変わるのは当然です。
でもそれはプリロード自体の働きではない。
ばねをあらかじめ縮めておくことでばねの動きが変わる、なんてことはないからです。
プリロードかけた分だけばねが余計にストロークするようになる、と思いこんでしまうと、将来例えば線間密着までの余裕が厳しいクルマのセッティングすることになったとき、予想と実態が違うので困った思いをすることになりますよ。
プリロードをかけることの意味は厳密に言うと「ばねを縮めておく」ではなくて「ストロークバランスを変える」または「ばねが伸びないようにする」です。
それがプリロードの働きです。
でもね～、名前が「プリロード」ですからね、そりゃ勘違いもするわ笑
最初に「意味わかります？」って言ったのはこういうことなんです。
こればっかりはしょうがないんですけど理解を妨げるトラップみたいなもんだよなぁと常々思ってます笑