☆バネ☆マスターを目指して

 

あるメーカー様から以下の条件下で

バネ定数が大きい引張バネの設計及び製作依頼の問合せを受けました。

・引張りばねの仕様　　
①外径D＝9未満　　
②自由長H＝23~25　　
③最大たわみ　38以上

材質：引張力が高いピアノ線を選定、
理由：高いばね定数より高荷重を求められているの、引張力の高い材質を選びました。

仕様のポイント：タワミ量が多いが、自由長が短かい為に巻数を取れないこと、
納期が1週間しかなく（営業日4日） ので逆丸フックを採用。

以上より適切なばね指数を選定し、フックの変形・折損をさけた設計をしました。

Φ0.6×外8.4×有15.5×自由長25
バネ定数：0.17N/mm
初張力：0.41N

私が今の職業に就いた頃はPCは無く、電卓が一般に出回ってきたような時代で
今のPCの機能を持つものは関数電卓がやっと登場したような時代でした。

そのときはバネの計算をする時は、数式を手書きで変形させて線径や荷重・応力等を
求めていました。

圧縮バネ・引張バネ用計算尺

ある時弊社の材料問屋の人に貰ったのが↓の「バネの計算尺」でした、
バネ定数を求めたい時は中心径・線径を合わせてカーソールで、
欲しいバネ定数（R)に合わせると有効巻数が求められると言う
優れものです。
下の画像は
中心径：１０、線径：Φ1.0、バネ定数：0.24kgf/mmを求めたものです。

裏面はネジリバネの計算尺になっています。

世の中便利になったものです。（^^

 

 

こんにちわ、のざきです。

線径	d
コイル中心径	D
応力修正係数	κ
最大許容応力	τmax
最大荷重	Pmax

として次式が成り立ちます。

Pmax=（τmax/κ）/（8D/πd3)------------------------------------(1)

上記式より材質、コイル径（コイルスペース）が決まっていれば

最大許容応力より最大荷重が凡そ推測できます。

例えば、材質がピアノ線、コイル中心径が20mm（適正バネ指数：10～11より）取れるとすれば

線径はφ2.0（c＝D/d）

応力修正係数：1.145

ピアノ線φ2.0のJIS規定によるMin引張力は、1810Mpa

最大許容応力：814Mpa（最低引張力×45%）

以上より式(1)より

Pmax≒112---------------------------------------------------------(2)

よって1個のバネに掛かる荷重が(2)の値よりも大きければ、材質・スペースの見直し

バネを並列使い、もしくは親子バネ等を使用方法も再検討する必要があります。

実は、最近問い合わせの中で、使用温度が決まっており、スペースも決まっているのに

荷重条件が大きく求められたことがありましたので、前記を設計検討書に纏めて

報告したところ、よく理解して頂きました。

このように、何方にとっても解り易い報告書は大事ですね。

こんにちわ、のざきです。

やはり、基本はここからですね。

                             

荷重の種類	荷重状態	知るべき数値	材料の必須性質
静的荷重	常に一定不変の荷重が掛かっている場合  （微小荷重の変動は含む）	荷重たわみ量	弾性限が高いこと 　引張強さが高い
繰返し荷重	一定の荷重が繰返しかかる場合	平均荷重 荷重振幅 たわみ 繰返し数	疲れ強さの大きいこと
衝撃荷重	衝撃的に荷重が掛かる場合	衝撃力 たわみ 繰返し数	弾制限の大きいこと 衝撃値の大きいこと
荷重規定用	秤のようにたわみに対して荷重が 広い範囲に渡り正確である場合	バネ定数 最大荷重	弾制限の高いこと 寸法精度の高いこと

  バネ材料の横弾性係数、及びヤング率（縦弾性係数）次の通りです。

材料	横弾性係数G (GPa）	ヤング率　E （縦弾性係数） (GPa)
ばね鋼鋼材	78.5	206
硬鋼線 ピアノ線 オイルテンパー線	78.5	206
ばね用ステンレス鋼線 SUS302 SUS304 SUS304N SUS316	68.5	186
バネ用ステンレス鋼線 SUS631J1	73.5	196
黄銅線	39	98
洋白線	39	108
りん青銅線	42	98
ベリリウム線	44	127

こんにちわ、のざきです。
最近、応力についての問合せを多く頂いていますので、急遽掲載しました。

下の図のように物体に荷重Pが掛かると、物体は変形したり破断したりしないように抵抗するちからP'が材料内部に生じる。抵抗する、P'の大きさは破壊されない限りP=P'になる。この材料内部に起る力を内力といい、単位面積あたりの内力を応力と呼びます。

つまり、この応力を超える荷重がバネにかかると、永久変性や破断を招きます。

バネ素片に受ける応力状態

引張荷重の材料内部状態　　　　　　　　　　　　　　　　圧縮荷重の材料内部状態

材料の引張力は、材質及び線径によって異なります。線径が細くなると、一般的には強くなります。