荷重変化量 たわみの解説

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たわみとは圧縮、引張る、ねじる等の力をバネに加えた時の変化の量又は角度 設計記号=δ


専門書から抜粋すると

  • 力、モーメントなどを加えたときに発生の変位または回転角
  • ばねの両端の相対変位
  • 重ね板は、両目玉を結んだ線に対しセンターボルト位置からの垂線の距離
  • トーションバーは、両端の回転角をいう。ぜんまいは、巻き回数

上記の説明は少し難しいですが簡単に言うとバネのたわみとは、荷重方向への変化の量の事でどの位圧縮か、どの位引張るか、どの位ねじるか(押す、引張る、ねじる)の力をバネに加えた時の変化の値、ねじる場合はねじり角度と言う方が良いでしょう、設計(計算)記号はδ。ぜんまいは巻き数、回転数が該当。例えば20ミリ圧縮して使用なら20ミリが、15ミリ引張っるのなら15ミリがδ。疲労を防ぎ長期間に渡り安定作動を保つ為には適切な範囲での使用が大事。


適切な値

押しばねは、下の写真のように密着高までが圧縮可能な全範囲だがその80%以内で使うのが望ましく、計算は以下のように求められる。
δの最大範囲=自由高−密着高、この最大範囲の80%したがってδ×0.8(80%)で求める、これが適切な計算値
可能最大圧縮

例題

材料径0.6、コイル外寸10、総巻数12、L=27の両端研削処理なしを例にして適切なδを求める。
上の式よりδの最大範囲は27−7.8=19.2、この19.2の80%(19.2×0.8=15.36)の15.36mm以内での作動が望ましい。27-15.36=11.64mmとなってこの高サまでが適切なδの最大の値。
この場合、密着高は(材料の太サ=d×12巻)+1巻=7.8 両端研削処理している場合はd×12巻=7.2。


考慮すること

押しバネで巻き数が多いのはほぼ密着状態の程度までの作動をしても問題なく使えることも有り、但し巻き数の少ないものは全長の減少をおこしてしまう事もあって、又耐久性等を考慮して通常全たわみの80%以内での使用が望ましいとされています。 引きバネは、自由長の2倍程度が一般的な目安で、ばね指数(D/d)が大きい数値は引ける量も長く2倍をはるかに越してしまうほども十分に可能で、小さい値のものは短く、2倍程度も不可になる事もあり、1つの目安として取り付け状態の両端のフックの位置が、作動後に取り付け前の位置とずれているとすでにそれは伸ばしすぎの状態なので、それを更に伸ばしてしまうとコイル部が開いて隙間が出てしまい使用不可になってしまいます、もちろん取り外してコイル部に隙間が開いているのはもはや引張りすぎ。短く製作して長く引いて使うよりは耐久性を考え引く長さは短くする方が良いと思いますが、当然長い、短いでは作動範囲の問題や材料費の関係もあり、又はどうしても荷重変化量の大きいバネが必要という場合もあり難しくなってしまうかもしれません。材質によってはかなり稼げる優れる製品もあるがまだ一般的でありません、バネを設計する際は総合的にしなければなりませんが、たわみだけを考慮し簡単に言うと、密着やその付近までの使い方はしない、短いものを長く伸ばす使用はしない、ねじり角度は少なく巻き込む方向へという事が挙げられるが、以外とこれらの事柄を考えず、例えばピッチ過大(巻数不足)で更に80%を超えたδを設計してしまう事があってどうしても避けられない時を除いてなるべくδは少なくと考慮しての設計が良いでしょう。

具体例

1.SWP、d=1.0、D=7.0、総巻10、有効8、長さ20 δ=8ミリという使い方をしているバネが有り、このときの適切な値は計算で7.2mmですがオーバーの8mmで使用、そのときのPは28.5N d=線径 D=コイル平均径
2.材質は1と同じ、d=1.1、D=6.9、総巻10、有効8、長さ20 これはδ=5.2〜5.3ミリで1とほぼ同じ28.5Nの力がでる。
1と2の2つのバネはほとんど見た目では同じに見えるがたわみだけで言えば2の方が良いでしょう。もちろん5.2〜5.3ミリの圧縮では不可ということもあるかもしれませんがもし問題なければ2の方が良いと言えます、80%以上の変化量の時は別の仕様を考えて見ると著しい変更をしないで全く問題の無い良い設計になる場合もあります。


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