円筒形圧縮コイルばねのばね定数の変化について御教示いただきたく、お願い致します。
ばねが圧縮されて行くと、座巻の部分がだんだん接触して行き、ばね定数が変化するとされています。
ピッチ角や巻き数にもよると思いますが、その場合のばね定数の算定方法がありましたら御教示頂きたくよろしくお願い致します。
また、クローズドエンドとして、座巻部の影響を極力少なくするためには、例えば座巻数1巻と1.5巻のいずれを選ぶのが適当でしょうか。
お問い合わせありがとうございます。
ばね定数の基本的な式としては下記の通りになります。
R=(Gd^4)/(8nD^3 )
上記の式の通り、ばね定数に関しましては、座巻部の影響を受けるものではなく、
有効巻数や中心径、線径が大きく作用する要素となります。
座巻きについて、見かけ上ばねとしては作用しない部分となりまして、
直立したときの安定性を向上させ、コイルバネにかかる圧縮荷重に対し、
スムーズに荷重を受けることができます。座巻き1巻と1.5巻では、
後者の方が直立した時の安定性に寄与します。
コイルバネの各計算式に関しては弊社HPもしくはJISB2704-1をご参照いただけますと
幸いでございます。
なお、過去掲示板にバネ定数や座巻きに関する質問がございますので、
下記URLよりご参照いただけますと幸いです。
ばね定数
座巻き
よろしくお願いいたします。
御回答ありがとうごさいました。
確かにばね定数の基本式からは御指摘の通りです。
ただ、例えば、インターネット上で見られる、”バネ技術研究会設計分科会”の資料 “円筒コイルバネの有効巻数に関する調査” にあるように、ばねのたわみの計算式に関しては、線形ごとに横弾性係数を変えるのではなく、有効巻数が変化すると考えるのが合理的として、対象の点数は少ないものの、実際に測定した実験データを整理した結果の式が載っており、open endのもの、closed endのものについて、見かけ上の有効巻数は、一般式で使用される有効巻数とずれがある結果となっています。
上記の文献は、途中経過として記されていて、その後の経過は分かりませんが、何らかの結論に至っているのではないかとも思われます。
もし、その辺の情報もあれば、御教示頂きたく、よろしくお願いいたします。
ご質問ありがとうございます。
該当の文献につきまして、弊社で確認した範囲では日本ばね学会の論文検索等においても最終的な結論を
示した資料は確認できませんでした。
以前の回答は、あくまでJIS B 2704に規定されている計算式に基づいてご回答したものとなりますが、
該当の文献やご指摘の通り、実際のコイルばねでは圧縮に伴い座巻部が順次接触し、実質的な有効巻数が
変化することでばね定数も変化するものと考えられます。
また、JIS B 2704の解説においても、コイルばねの有効巻数は厳密には一定ではなく漸減することが
述べられており、ばね定数を計算値と合わせるためには有効巻数に適切な修正を加える必要があると
記載されています。
一方で、現行のばね定数の計算式では、圧縮過程における有効巻数の変化や座巻部の接触を考慮した一般的な計算方法までは規定されておりません。JISＢ2704の解説においても、有効巻数の変化がばね特性へ
与える影響は、線径やコイル平均径の製作誤差が与える影響と比較すると小さいことがその理由の一つとして記載されています。
従いまして、有効巻数の変化を考慮した一般的な計算式は規定されておらず、実用上は以前ご回答したJISＢ2704の計算式が用いられております。
そのため、有効巻数の変化を考慮してばね定数を評価する場合には、座巻数やピッチ角などの個別形状に応じた実測評価、あるいはFEM解析等による確認が必要になるものと考えます。
以上、ご参考になれば幸いです。
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