- 著者: Dowway Vehicle の CEO である Johnny Liu 氏
- 公開されました: 2026 年 6 月 17 日
- カテゴリー: 自動車工学 / パワートレイン NVH & エラストマー
- 読む時間: 12 分
著者について
ジョニー・リュー の最高経営責任者です ダウウェイ車. ジョニーは、自動車のシャーシ ダイナミクス、パワートレインの分離、および高度なエラストマー アプリケーションにおいて 20 年以上の直接的なリーダーシップを発揮しており、グローバル OEM の生のポリマー化学と車両の洗練の間のギャップを埋めています。 彼のリーダーシップのもと、ダウウェイ ビークルは次世代の NVH およびサスペンション システムの構築を続けています。
自動車用サスペンションとパワートレインの設計では、当社のキャリブレータは共通の経験則を共有しています。
「静的剛性を計算できますが、動的剛性を測定する必要があります。複利レシピを混合できますが、物理システムを調整する必要があります。」
ほとんどの人にとって、ゴムはただの柔らかい素材です。 しかし、経験豊富な NVH エンジニアにとって、ゴムはトリッキーで魅力的な獣です。 基本的な弾性ばねではありません。 また、純粋な粘性ダンパーでもありません。 これは、記憶のある粘弾性ポリマーです。実際、前回の圧迫感を覚えています。
ラバー マウントを単純なバネ ($F = KX$) として扱うと、物理的なリグ テストは失敗します。 現実の世界では、ゴム製のマウントがあります 4 つの異なる動作 それはそれがどのように機能するかを変えます：
┌──────────────────────────────────────────┐
│ The Viscoelastic Character of Rubber │
└────────────────────┬─────────────────────┘
│
┌───────────────────┬─────────────┴───────┬───────────────────┐
▼ ▼ ▼ ▼
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│Frequency Shift│ │Amplitude Shift│ │ Load History │ │ Time Delay │
│ (Fast vs. │ │ (Large vs. │ │ (Previous │ │ (How long is │
│ Slow?) │ │ Small?) │ │ loading? │ │ the load?) │
└───────────────┘ └───────────────┘ │ → Mullins) │ │ → Creep │
└───────────────┘ └───────────────┘
データシート上のすべてのパフォーマンス メトリックは、車両レベルの NVH ターゲットが合格または不合格になるという現実世界のシナリオにマッピングされます。 このガイドでは、 について説明します 13 コア条件 サスペンションラバー。 材料の仕様、時間効果、周期的な歴史、動的硬化について説明します。
パート 1: ID カード – 基本資料 & 引張特性
これらの最初の 4 つのパラメーターは、基本的な材料の受け入れ基準です。 彼らは簡単な品質管理に関する質問に答えます。 「このゴムのバッチを正しく混ぜて硬化させましたか?」
1️⃣ ショア A 硬度
- 定義: ショア A デュロメーターで測定した、ゴム材料がくぼみにどれだけ抵抗するかの尺度。
- エンジニアリング範囲: 通常 20 から 100 sha 車の部品用。
- NVH コンテキスト: 日次工学では、ショア A 硬度は、小さなひずみでのせん断弾性率 ($G$) に一致します。 より硬いゴムは、より高い基材係数 ($G_{BASE}$) を意味します。 これにより、コンポーネントの静的剛性の開始点が高くなります。
- 本当の警告: 硬度は剛性と同じではありません。 剛性はコンポーネント全体に属し、形状に大きく依存します。 硬度は、原料の基本的な特性です。
2️⃣ 引張強度 (MPa)
- 定義: ゴムのサンプルが引っ張る前に引き離す前に、ゴムのサンプルが受ける最大応力。
- NVH コンテキスト: この数字は、ゴムコンパウンドが取ることができる絶対的な限界を示しています。 縁石やハード エンジン トルクの反応など、極端な荷重に対する安全マージンを決定し、部品の耐久性を示します。
3️⃣ 引張応力 (所定の伸びでの弾性率)
- 定義: サンプルを一定のパーセンテージに伸ばすのに必要な力 100%、 300%、または 500% 伸び) は、元の開始領域で割られます。
- NVH コンテキスト: 引張強さが教えてくれます 何時何時 ゴムが割れると、引張り応力が教えてくれます なんと大変なことでしょう それを伸ばすことです。 中距離の移動中のゴムの構造的剛性を測定します。
- 重要な参照: エンジニアが使用します 300% 引張応力 特に天然ゴム (NR) システムのさまざまな化合物を比較するための主なベンチマークとして。
4️⃣ 破断時の伸び (%)
- 定義: サンプルが破裂する前の元の長さから伸縮できる最大の割合。
- NVH コンテキスト: 伸び率が高いということは、材料が非常に柔軟で耐性があることを意味します。 ただし、混乱しないでください 素材のストレッチ といっしょに 実際のコンポーネントの移動. ブラケット、金属リミッター、および包装スペースにより、部品の移動範囲が制限されます。 材料のストレッチ制限は、絶対的な最後の防御線と考えてください。
第 2 部: 時間の次元 – クリープ、ストレス緩和、および永続的なセット
ゴムは時間の経過とともに変化します。 数時間になると、その物理的性質がドリフトします。 これはテスト ラボではエラーではありません。 それは材料の物理的な性質です。
| 現象 | テスト条件 | 物理的な結果 |
|---|---|---|
| 這う | 一定の力 (静的荷重) | ひずみは時間の経過とともに増加します |
| くつろぎ | 一定変位（静的ひずみ） | 回復力は時間の経過とともに低下します |
| 恒久的なセット | アンロード後 | 残留変形が残っています |
5️⃣クリープ
- 一定のストレス下 $\rightarrow$ ひずみが増加します: ラバー マウント (エンジンの重量など) に一定の荷重を残すと、ゴムは時間の経過とともにゆっくりと伸びたり圧縮されたりします。
- NVH & エンジニアリングの問題点:
- パワートレインはゆっくりと垂れ下がっています。
- 排気管やステアリング シャフトなど、周囲の部品への隙間が収縮します。
- この静的位置の変化により、アイドル状態の振動が変化します。
6️⃣ ストレスリラクゼーション
- 一定のひずみの下 $\rightarrow$ 力は減衰します: ゴムを一定の変形で保持すると、時間の経過とともにゴムの押圧力が低下します。
- NVH & エンジニアリングの問題点:
- 圧入されたブッシングは、ラジアル スクイーズ力を失います。
- ジョイントが緩み、車両のサスペンションがずさんに感じられ始めます。
7️⃣ 永久変形/圧縮セット
- 回復不可能な残留ひずみ: ゴム製サンプルが一定時間、温度で絞った後、元の厚さの割合が回復しない場合の割合。
- エンジニアリングの現実: 古い使用済みのマウントを車から引き抜くと、CAD モデルよりもはるかに薄い、または短いことに気付くでしょう。
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│ High Exhaust/Engine Room Heat │
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│ Elastomer Base Modulus Drops │
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▼
┌─────────────────────────────────┐
│ Static Deformation Increases │
└────────────────┬────────────────┘
▼
┌─────────────────────────────────┐
│ Dynamic Stiffness (Kd) Drifts │
└────────────────┬────────────────┘
▼
┌─────────────────────────────────┐
│ Idle NVH Targets are Lost! │
└─────────────────────────────────┘
実車では、 クリープと熱が悪いサイクルを作り出します. 夏の間、エンジンからの高熱と排気により、ゴムの弾性率が低下します。 この余分なたるみにより、動的剛性 ($k_d$) が変化し、アイドル状態の振動目標が台無しになります。 このため、適切なマウント仕様には、室温のベースラインだけでなく、厳しい高温クリープおよび圧縮セット テストが含まれている必要があります。
パート 3: 周期的な荷重の記憶 – Mullins & ペイン効果
これら 2 つの概念は、ゴムを繰り返し振ったり伸ばしたりしたときに発生する物理的変化を表しています。
8️⃣ マリンズ効果
- 「私は以前にこの時点まで引き伸ばされたことがあるので、柔らかくします。」
- 物理学: ゴムを伸ばして初めて放すとき、次に伸ばすときは、同じレベルに到達するのに必要な力が少なくなります。 ヒステリシス ループも狭くなります。
- エンジニアリングへの影響: 工場出荷時の真新しいラバー マウントは、最初は硬すぎます。 テスト マシンで最初のエクササイズを実行した後、剛性とダンピングがわずかに低下し、落ち着きます。
- テスト リグ チップ: テスト手順で指定されていない場合 コンディショニング サイクル 測定する前に、報告された動的剛性と損失係数が誤って高すぎます。
9️⃣ ペイン効果
- 「振動が大きくなると、私は柔らかくなります。」
- 物理学: 補強フィラー (カーボン ブラックやシリカなど) を充填したゴムでは、振動のサイズが大きくなると、貯蔵弾性率 ($K$) が急速に低下します。 小さな動きでは、内部フィラー ネットワークは一緒にロックされたままになり、厳密に動作します。 強く振ると、この内部ネットワークがバラバラになり、有効なモジュラスが低下します。
Storage Modulus (K')
▲
│ ████████ ◄─── Tiny Movement (Filler Network Intact: High Modulus)
│ █
│ █
│ █████████████ ◄─── Larger Movement (Network Broken: Low Modulus)
│
└────────────────────────────────────────► Vibration Amplitude
- NVH & エンジニアリングの問題点:
- 微振動 (アイドル時の高周波キャビンの話題など) の下では、マウントは固いブロックのように動作します。
- 道路の大きな影響 (穴を越えるなど) では、剛性が即座に低下します。
- 剛性は振幅とともに変化するため、 1 つの剛性番号は使用できません $k$ 車両音響シミュレーション用。
パート 4: NVH コア – 粘弾性と動的剛性
これは、騒音と振動の制御にとって最も重要な領域です。 これらのパラメーターは、マウントがキャビンに到達するのを防ぐ高周波の揺れをどの程度防いでいるのかを決定します。
? 粘弾性特性
ゴムは粘弾性であるため、力の応答は位相角 ($\delta$) の動きよりも遅れます。 損失係数 ($\tan\delta$) を使用してこのラグを測定します。 複素数で、次のように書きます:$$\text{複素動的剛性: } k^* = k + iK$$$\text{動的剛性の大きさ: } |k^*| = \sqrt{(k)^2 + (k)^2}$$$$\text{損失係数 (減衰): } \tan\delta = \frac{k}{k}$$
- $k$ (ストレージ コンポーネント): これが弾性剛性です。 これは、荷重を支え、動きに抵抗するための通常のスプリングのように機能します。
- $k$ (損失コンポーネント): これが粘性減衰です。 それは運動エネルギーを取り、それを熱に変えます。
1️⃣1️⃣動的剛性 ($k_d$)
- 「物事が揺れ始めるとき、私はどれほど硬直していますか。」
- NVH の特徴付け: 静的剛性 ($K_S$) は、コーナリング中のエンジンの配置と車両の傾斜が遅いです。 ただし、動的剛性 ($K_D$) は、高周波振動を制御します。 これは、車両の快適さの真の指標です。
- 重要な現実: $k_d$ は単一の数字ではありません。 いくつかの要因に基づいて常に変化します。
$$k_d = f(\text{frequency}, \text{amplitude}, \text{preload}, \text{temperature}, \text{recipe}, \text{hardness})$$
動的対静比を駆動する 5 つの要因 ($k_d/k_s$):
- 材料の硬度: より硬いゴム コンパウンドは、よりダイナミックな硬化を示し、$k_d/k_s$ の比率を高めます。
- 複合レシピ: 正確なポリマー、カーボンブラックのフィラー、およびオイルによって、減衰ピークがどこにあるか、ペイン効果がどれほど悪いか、そして熱がマウントにどのように影響するかが決まります。
- 振動周波数: 周波数が上がるにつれて、分子鎖が十分に速く動くことができなくなります。 それらはフリーズして、マウントがより硬く感じられます ($k_d$ が上昇します)。
- 振動振幅: Payne の影響により、振動が小さいと $k_d$ の値が高くなります。 マウントを非常に遠くに変形すると、物理的な形状の制限により、剛性が再び上昇します。
- 静的プリロード: マウントをより硬く絞ると、その形状と境界が変化し、$k_d$ が上昇し、$k_d/k_s$ の比率が変化します。
1️⃣2️⃣ リバウンド レジリエンス
- 定義: 投入されたエネルギーと比較して、衝撃後にシステムに返されるエネルギーの比率。
- NVH コンテキスト: 高いレジリエンスは、内部エネルギー損失が低く、ラグ角 ($\delta$) が小さく、$k_d/k_s$ の比率が低いことを意味します。
- エンジニアリングの妥協点:
- 高周波ノイズをブロックするには、高反発性と低減衰量 (低 $k_d/k_s$ 比) が必要です。
- 大きなエンジンの動きを制御するには (悪路でエンジンが揺れるのを止めるなど)、高い内部減衰 (高 $\tan\delta$、低反発) が必要です。
- この対立を解決するには、スマートな化学混合と巧妙な物理的形状 (油圧流体チャンバーや成形エア ギャップの使用など) を組み合わせる必要があります。
パート 5: 失敗のエッジ – 材料とインターフェース
最終的に、すべてのデザインはライフサイクル テストに直面する必要があります。 マウントが失敗すると、通常、2 つのパスのいずれかを下ります。
1️⃣3️⃣ 故障性能
- ラバーバルクの故障: ゴム自体の内側から始まるひび割れや裂け目。 これは、引張強度、伸縮限界、および化合物内での亀裂の成長の速さに依存します。
- ゴムと金属の界面障害 (剥離): ラバーが金属ブラケットにくっつく部分の剥がれ。 これは、接着剤の品質、ケミカル プライマー、金属の清浄度、硬化熱、およびストレス ポイントに依存します。
[Rubber Bulk Failure] [Interface Failure / Debonding]
/\ /\ /\ ================ (Metal Plate)
/ \/ \/ \ ◄── Rubber Tears - - - - - - - - ◄── Glue Layer Peels
/ \ ~~~~~~~~~~~~~~~~ (Rubber Body)
- エンジニアリングの洞察: 実際の車両と試験装置で、 金属ゴムの剥離は、はるかに一般的で、解決が困難です ゴムの引き裂きより。 マウントは外側が完全にきれいに見える場合がありますが、小さな皮が下に隠れ始めます。 マウントの耐久性とは、強力なゴム製レシピを混ぜるだけでなく、ストレス ポイントと結合化学を管理することです。
NVH エンジニアのチート シート
このクイック リファレンス テーブルを使用して、車両の問題を Raw Rubber のメトリクスに直接接続します。
| 車両の問題 | 確認するゴムメトリック |
|---|---|
| 生の化合物の選択とレシピの開始 | ショア A 硬度、引張強度、引張応力、伸び、反発弾性 |
| パワートレインは、何マイルも運転した後、たるんだり、クリアランスを失ったりします | クリープ、応力緩和、圧縮セット (特にエンジンの熱中) |
| リグの結果は、テスト実行間で変化し続けます | Mullins Effect (データを取得する前にコンディショニング サイクルを実行してください) |
| アイドル時は振動がよくブロックしますが、バンプでは激しくクラッシュします | Payne 効果 (振幅感度) と幾何学的非線形性 |
| シミュレーション モデルは、実際の車の騒音テストと一致しません | フル $K_D$ スキャン全体のスキャン $\times$ 振幅 $\times$ プリロード $\times$ 温度 |
| 耐久性テスト中に破れ、ひび割れ、剥がれが取れます | 故障性能: ゴム製のボディと金属の接着剤の結合を確認してください |
マウント デザインの 3 つの経験則
テスト チームとデザイン グループと協力するときは、次の 3 つのガイドラインに留意してください。
? ルール 1
「硬度はベースラインを設定し、形状はレバーとして機能し、振動の周波数とサイズによって、その動作が決まります。」 説明: 同じ 50 SHA ラバーでできた 2 つのマウントは、成形された形状、ボイド ホール、および揺れの速さに応じて、まったく異なる動的剛性動作を行うことができます。
? ルール 2
「テスト リグで静的剛性を通過しても、車の動的ノイズ テストに合格するわけではありません。」 説明: ラボ プレスでマウントをゆっくりと押すと、エンジンがシャーシのレベルにあるかどうかだけがわかります。 高周波エンジンのバズがアイドル時にハンドルを振るかどうかはわかりません。
? ルール 3
「周波数、振幅、予圧、温度のない動的剛性測定は役に立ちません。」 説明: サプライヤーが、どのようにテストしたかを伝えずに動的剛性番号を 1 つ渡した場合、そのデータは使用できません。 最初にテスト環境を指定する必要があります。
よくある質問 (FAQ)
Q1: ラバー マウントの動的対静剛性比 ($k_d/k_s$) が常に 1 より大きいのはなぜですか?
答え: ゴムは粘弾性のため、1 より大きくなり、すばやく振ると分子鎖が硬くなります。 ゆっくりとした静的な力の下で、ポリマー チェーンはリラックスして互いにすり抜けるのに十分な時間があります。 急速な周期的揺れの下では、これらのチェーンは応答するのに十分な速さで移動できず、材料がより硬い固体のように振る舞います。
Q2: ペイン効果は車両のアイドル振動に直接どのような影響を与えますか?
答え: エンジンのアイドル状態では、振動サイズが小さいため、内部のカーボン ブラック ネットワークをロックして高剛性のままにすることができます。 物理的な動きが非常に小さいため (多くの場合、$\pm 0.05\text{ mm}$ の下にあります)、内部フィラー粒子はバラバラになりません。 これにより、マウントが可能な限り硬い状態に保たれ、エンジンの振動を車のキャビンに直接伝達します。
Q3: なぜ合成オプションよりもエンジン マウントの主な材料であるのはなぜですか?
答え: 天然ゴムは、高い耐引裂性、優れた耐久性、非常に低い動的硬化のまれな組み合わせを提供します。 EPDM のような合成ゴムは、オゾンと高熱をより適切に処理しますが、動的振動 ($k_d/k_s$ 比が悪化する) の下でさらに硬くなり、繰り返しの周期的応力の下でより早く分解されます。