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疑問・お悩み相談室

非線形ばねについて質問があります。

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板ばね
たわみ
荷重
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バネ特性
非線形ばね
たわみ点
荷重たわみ線図
機構

【ご相談内容】 ばね初心者

非線形ばねについて質問があります。

・たわみ始めは荷重が強く、徐々に、あるいはあるたわみ点から荷重がたち下がっていくようなばねは存在しますか?
理想の荷重たわみ線図を添付いたします。

コイルばねや板ばねなど形状は問わないので教えていただけると幸いです.

・コイルバネのページについて→https://www.tokaibane.com/tech/big_coil_info.html
また、コイルばねのページの図5の機構のばね特性が探しているものに近いのですが
なぜ予め荷重をかけておくのか、どの向きにこの機構に荷重をかけているのか
具体的に教えてください。

ばねっと君

【返答】 ばねっと君

ばね初心者さま

ご投稿ありがとうございます!
非線形特性を持つばねについてですが、皿ばねを使用することで添付ファイルのような
特性を得ることができます。
ただ、皿ばねも通常の使用ポイントではなく、反転手前のポイントを狙っていくことになるので
試作にて検証が必要になります。

コイルばねを直列に接続して使用する場合は、コイルばねのみでご要望の特性を得ることは
できません。ばね定数の高いばねと低いばねを組み合わせると共に、ばねを取り付けるケーシングの
構造が重要になってきます。
また、タワミ量についても、線図のような特性を得るには、十分な検証が必要になってきます。

HP記載の「あらかじめ」という表現は適切ではないので、訂正させて頂きます。
よろしくお願いします!

【返答】 ばね初心者の大学生

大学の課題で「線形ばねと非線形ばねの違いを調べろ」と言う課題があるのですが、どう調べてもイマイチ理解が出来ません。

そもそもばね自体が荷重に対して伸び縮みするのに線形、非線形を別ける理由から分かりません。

初歩的な質問で申し訳ないのですが、回答よろしくお願い致します。

ばねっと君

【返答】 ばねっと君

ご質問ありがとうございます。
ご質問にもあるとおり、ばねとは何か、と問われているのであれば
特に特性を分ける必要がないかと思います。

しかし、もう一歩深くその対象を知るためには、何かに着目して、
分類していくことで理解が深まっていきます。

ばねについて知る上で様々な切り口はありますが、今回の課題では、
その中でもばねの特性に注目して、線形と非線形という分類をしたとき、
どういう違いが表れるのか、それを調べることを課題にされています。

あまり書くと課題になりませんので、調べる上でヒントをいくつか書きます。
線形、非線形と分ける理由の1つとしては、線形といわれれば、一次関数(フックの法則)
の式で荷重とたわみの関係が表現でき、式としてシンプルで理解しやすいです。
また、ばねの形状に合わせて簡単計算で定数(ばね定数)が決まるので計算も楽です。
どういった形状なら、線形になるのかは、調べて下さい。

しかし、非線形となると式も複雑になってきます。そもそも非線形特性を狙うためには、
どういった形状で、どのように伸び縮みされるかということ考える必要があります。
代表的な形状とそれに付随した非線形特性はいくつもありますが、式が使える範囲が
限定されていることもあります。既存のもので満足できないときは、解析に加え、実験なども
必要になり、労力が必要になります。しかし、その労力を掛けてでも線形特性では満足できない、
メリットはあります。なぜ、非線形が必要かは調べて下さい。

最後に、それぞれ特性を発揮するための形状、荷重の負荷のさせ方、圧縮した時と
除荷した時の違い、材料の形状、非線形特性の種類と使用例、それぞれの特性の
メリット、デメリット、ばねの使用例といった観点で調べると課題に取り組みやすいと
思います。

【返答】 oganesson

バネ特性の意味を教えてください。

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。

基本的には「ばね定数」であったり、「あるたわみでの荷重」または
「ある長さまで変形させた場合の荷重」を総じてばね特性と称しています。

広い意味では、「力を加えると変形し、その力を取り除くと元の同じ形状に変形なく復元すること」、
また「エネルギーを吸収、蓄積し、放出(開放)すること」、さらに「固有振動数を持つこと」を
さす場合もあります。

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