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質問させてください。軽荷重の接触型ゼンマイバネを設計しており・・・

キーワード
ゼンマイばね
計算
設計
ゼンマイ
接触型ぜんまい

【ご相談内容】 ばね初心者

質問させてください。
軽荷重の接触型ゼンマイバネを設計しております。
ゼンマイばねの寿命計算方法を教えていただけないでしょうか。
多数のパラメータや補正が必要になるようですが、
簡易的に算出する計算方法などはないのでしょうか?

ゼンマイバネ素人です。
何卒よいアドバイスをよろしくお願いします。

ばねっと君

【返答】 ばねっと君

ご質問いただきありがとうございます。
ぜんまいの計算式や寿命の計算については、
JIS B2713をご覧になっていただくのが、確実かと思います。
WEB上(JIS規格のWEBサイト、無料のID登録必要)または本などから
確認していただきますようよろしくお願いします。

【返答】 ばね初心者

JIS B 2713を閲覧しましたが、ゼンマイバネの寿命計算に関する記述がありませんでした。

ばねっと君

【返答】 ばねっと君

JISに沿った細かな回答になりますのでJISを再度ご覧いただきながら、
読んでいただけたらと思います。 JISB2713(2009)をもとに説明します。

ぜんまいばねであれば、18ページの7.3.2項の接触形ぜんまい、
20ページの7.3.3項の非接触ぜんまいの計算式を使用することになります。

寿命求めるには、取付時(最小トルク)と使用最大時(最大トルク)の
2点の応力が必要になってきます。
接触形ぜんまいであれば(10)式、非接触ぜんまいであれば、形状に
よって(12)式or(14)式を使用して、取付時の応力をσminと使用最大時の
応力をσmaxとして求めます。

22ページの8.2.b)項に繰り返し荷重を受ける薄板ばねの設計応力からの
疲労寿命の推定について記載があります。
先ほど、取付時の応力σminと使用最大時の応力σmaxと、材料の引張り
強さをσBをもとに、下限応力係数σmin/σBと上限応力係数σmax/σBを
求めます。この2つの係数をもとに、23ページの図16疲れ強さ線図より、
2つの係数の交わるポイントに印(図16でいう×印)をつけます。その印が、
右斜め上に向かって引かれている線(表記が2×10^4から10^7)のどの位置
にあるかで寿命を推定します。例えば、10^5と10^6の線の間に印がきた
場合は、寿命の短い方である10^5(1万回)が推定寿命になります。

このような手順で寿命を決めますので、計算で求めるといった感じでは
ありません。

【返答】 ばね初心者

大変ご親切な回答ありがとうございました。
勉強になりました。

【返答】 ばね初心者

もう一つだけ質問させてください。
この取付時(最小トルク)と使用最大時(最大トルク)とはどの値を指すのでしょうか?

例えば
ケースに収まった状態で巻数が N巻ある接触形ゼンマイバネで、
2~7巻を実使用に使用するとします。
バネ定数kから1回転巻いた時のトルクM=k・2π(N・mm/回)はでています。

ここで上記の取付時(最小トルク)Mmin と使用最大時(最大トルク)Mmaxとは
2巻した状態のトルク Mmin=2・M
7巻した状態のトルク Mmax=7・M と考えてよろしいんでしょうか?

ケースに収まった状態の巻数は考慮する必要はないのでしょうか?
例えば Mmin=(N+2)・M のように。

何度も質問させていただき恐縮ですが、何卒ご教授宜しくお願いします。

以上

ばねっと君

【返答】 ばねっと君

追加の質問ありがとうございます。
考え方としては、
2巻した状態のトルク Mmin=2・M
7巻した状態のトルク Mmax=7・M
であっております。ケースに納まっているとき(何も負荷されていない状態)の巻数は、
考慮する必要はありません。

【返答】 ばね初心者

ありがとうございました。
また、何かあれば宜しくお願い致します。

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