いつも拝見させて頂いております。
バネの劣化について調べておりますが、圧縮バネが繰返し荷重等によりヘタリ（塑性変形）を起こした場合、そのバネのバネ定数は変化するのでしょうか。
当然自然長は変化しますが、その際金属が硬化（？）してバネとしての特性が変化するのか知りたいのです。
初心者の質問で申し訳有りませんがご教示願います。
以上
SHINO様
書込みありがとうございます！
へたりは、そのばねのもっている弾性限をこえるような力が一回でもばねにかかると、へたります。（永久変形）
セッチングなどでへたるのはこの場合です。一般にこの弾性限は、材料の引張強さと一定の関係があり、またどこまでたわませればへたる・・・については、材質や形状寸法によってある程度計算可能です。
しかし、ばね定数は基本的には変化はありません。
このへたりが起こりますと、自然長はやがて短くなってきて、やがて使い物にならないばねになります。
※セッチング・・・成形・熱処理の終わったばねを最終工程で、材料の弾性限以上の高い応力を使用方向に負荷すること。一種の塑性加工。
ばねっと君 はじめまして(*^_^*)
ばねについて２点質問があります。
どうぞよろしくお願いいたします！
（質問 １）
ばねを試作してもらうときに
「ばね定数１０N／mmを作ってください」といった感じで
ばね定数を指定してお願いするはできるのでしょうか？
（質問 ２）
「そのばねのもっている弾性限」を超えない範囲では
ばねはいつまで使い続けることができるのでしょうか？
例えばノック式のボールペンは何回ぐらいカチカチすると
ばねがダメになるといったことはの設計時点でわかるのでしょうか？
お手数をおかけいたします。
初心者でも分かる感じでご回答いただけたら嬉しいです(*^_^*)
どうぞよろしくお願いいたします！
わらび餅さま
ご投稿ありがとうございます！！
ご質問についてご回答させていただきますね！
質問１
ばね定数を指定頂ければそれに応じてばねの形状を設計させていただきます。
その際、ばね定数以外にも、ばねの慨寸イメージや取り付けスペースなどの
情報を頂ければ、形状を決定させる参考情報となります。
質問２
ばねの弾性限を超えない範囲で、ばねを使用した場合の耐久性は、ばねの
設計段階で、ばねの繰り返し動作に対して、ねじりせん断応力で評価することができます。
評価基準は、材料強度に応じて変わりますが、ボールペンの繰り返し動作によるばねの圧縮量が
わかれば推定することは可能です。
よろしくお願いします！！
圧縮ばねで１００万回くらい使用したバネが新品のばねよりバネ定数が２０％反発力が下がっていました
全長４０mmのものが０.１mmくらいへたっていたくらいですが
７.４mm圧縮しして使用で許容範囲で使用していたのですが
いくつか使用したばねで１０本９本は特に変化はなく
1本だけ２０％も新品のばねより弱くなっていました
２４０Nが１９５Nくらいまで下がっていました
大きくへたっていないバネでも使用すると圧縮力、バネ定数は変わるものなのでしょうか？
特に高温では使用していませんしサビもクラックも見当たりません
他のものはヘタリも圧縮力の変化も見当たらないのいのにわずか一本だけ変化していたので
今は受け入れ時に不良品が混じっていたとしか考えられないのですが
塑性変形のない状態のヘタリの可能性を教えていただけませんか？
どうぞよろしくお願いいたします
ばね初心者さま
ご投稿ありがとうございます！
10本中、1本のみ著しく反発力が低下しているというのは、すべて同じ環境、
同じ条件で使用されていたとしたら何か不具合が生じていた可能性が考えられます。
材質が分かりませんが、例えば熱処理不良が考えられます。
バネ鋼であれば、焼入れ焼戻しはもちろんですが、SUS系であれば低温焼鈍の未施工などです。
しかし、いずれも塑性変形が生じます。
気になるのは、0.1mmしかヘタっていないという点です。
バネ定数が450N/mmということであれば、あり得るのですが。。。
ヘタリや変形がない状態で、荷重特性が変化するとなると、弾性係数が変化するということになりますが
温度変化もないということですので、何とも言えない状況です・・・
ご使用の環境や、実ばねの検証ができれば要因特定ができるかもしれません。
よろしくお願いします！！
初歩的な質問ですが、ばねの向きによってばねの伸びは変化しますか？
ばね初心者さま
お問い合わせ頂きありがとうございます。
具体的な内容が分からないので一般的に
ばねを鉛直に使用すると当然重力があるため
コイルばねであれば自重の影響範囲で
横に置いた時より縦の方が高さは微妙に低くなります。
引張ばねであれば、初張力が無ければ
上記同様高さは少し高くなります。
ここからのスタートになる以外横、縦方向は
そのばねの特性で変化します。
温度域～１５０℃で使用されるバネについて、現在購入しているバネは１０００万回で開閉した場合のrelaxationは３％と言っています。
このRelaxation３％ とは具体的にバネの何が変わっていることになるのでしょうか？
へたってセット長が３％短くなると言う事なのでしょうか？
よろしくお願いいたします。
relaxationは、業界的にばねのへたりのことを指します。その場合は、
繰り返し負荷する前後の自由長の変化量を使用前の自由長でわった値となります。
また、JIS B0103(ばね用語)では、応力緩和のことを指します。
その場合は、任意の高さまで圧縮した時の繰り返し負荷する前後の荷重(応力)の変化量を
使用前の荷重(応力)で割った値となります。
そのため、セット長が3%が短くなるということではありません。
装置の一部に使用しているバネを久しぶりに分解して取り出してみると、新品の状態より全長が伸びていました。
圧縮された状態で使用するバネであり、縮むことはあったとしても、伸びていることが理解できません。バネが延びる要因として何が考えられますでしょうか？
ご教示のほどよろしくお願いします。
ご質問いただきありがとうございます。
今回、ご質問をいただいた状況に当てはまるかどうかは、分かりかねますが、
使用前よりばねの自由長が伸びる事象について以下のとおり回答します。
基本的な認識としては、セッチング時や実際に使用していく過程でばねにへたり(永久変形)が発生し、
ばねの自由長が徐々に縮んでいき、あるところでそのへたりがほぼ発生せず、ばねの自由長さが一定になる
という認識で問題ありません。
しかし、ご質問でいただいたように、使用前よりばねの自由長が伸びるということは
発生する場合があります。
例えば、セッチングの際にへたり発生し、ばねの自由長が縮みます。
しかし、その後かなり時間が経つと材料内のひずみが回復し、セッチング直後のばねの自由長より、
若干ですがばねが伸びます。
この現象は、“擬弾性”や“ひずみの回復”、“回復現象”という言葉で、表現されることがあります。
ただし、これらの言葉は、形状記憶合金に関連して使用されることが多く、通常のばね材料では、
ほとんど見かけない言葉です。詳細については、以下の関連URLをご確認下さい。
その他にばねの自由長が伸びる例としては、熱による影響が考えられるます。
多くは製造工程での事象になりますが、熱処理中に変形し寸法変化が発生します。
これはばねの自由長だけでなく、その他の寸法にも変化が発生します。
ばねを使用されている温度が高温の場合、熱処理時に発生する寸法変化ほどではありませんが、
使用されている材料やばねの製造方法によっては、ご使用中にばねの自由長を変化させる可能性が
あります。この例に関しては、そのばねがどのような製造工程だったかによって変化の
程度に差が発生すると考えられるため、自由長が長くなる可能性もある一方で、短くなる可能性も
あります。
ご参考になれば幸いです。
(ばねの擬弾性、ひずみの回復に関するURL)
・コイルばねの疲労変形
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jsms1963/12/115/12_115_235/_pdf
・鋼製圧縮コイルばねに見られる擬弾性残留変位の圧縮時間依存性
https://www.jstage.jst.go.jp/article/trbane/2019/64/2019_53/_pdf
・鋼製圧縮コイルばねの擬弾性に対する磁場攪拌の効果
https://www.jstage.jst.go.jp/article/trbane/2018/63/2018_41/_pdf/-char/ja
個別のご相談はこちらから！
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