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引張コイルバネについてご質問させてください。

キーワード
初張力
引張コイルばね
ばねの初張力
公式
標準値
最大値
素線
素線径
中心径

【ご相談内容】 ばね超初心者

引張コイルバネについてご質問させてください。

ばねの初張力には公式がありますが、それによって求められる初張力は標準値なのでしょうか?
もしくは理論的に出せる初張力の最大値になるのでしょうか?
また、標準値であればどのように標準であると決められたのでしょうか。

というのも、初張力の式Pi=(G・d^4)/(255・D^4)によると素線径と中心径によって
決定されるためです。
作り方によっては変わってくるのではとも思いまして、ご質問させていただきました。

ばね超初心者のため全く見当はずれな質問をしてしまっているかもしれません。
お手数お掛け致しますが、何卒ご回答の程、よろしくお願いいたします。

ばねっと君

【返答】 ばねっと君

ばね初心者さま

ご投稿頂きましてありがとうございます!
引張コイルばねの初張力についてですが、以下の計算式で求めることができます。

Pi=(横弾性係数×材料径^4)/(255×中心径^2)×0.75
※0.75は、低温焼きなましによる補正となります。SUSのときは0.8となります。)
または
Pi=(π×線径^3/8×中心径)×初せん断未修正応力
※初せん断未修正応力は、中心径と材料径の比(D/d)によって変数となっています。

低温焼きなまし補正をした場合、求められる初張力は理論的な最大値と考えれます。
実際には、経験則から理論式にさらに補正することで最適な設計をしています。

宜しくお願い致します。

【返答】 ばね超初心者

ご回答ありがとうございます。
“低温焼きなましを行わない場合”は最大値とは言えないのでしょうか?
また、作り方によっては最大値を超えることも容易にあり得ると考えて良いでしょうか?

よろしくお願い申し上げます。

【返答】 ばねマニア

すいません、便乗質問です。

>作り方によっては変わってくるのではとも思いまして、ご質問させていただきました。

2018年の改訂で記号も大幅に変更されたんですね・・・

JIS B2704-1:2018より-----------------------------
5.4.5 引張ばねの初張力

密着巻の引張ばねには,初張力Fi が生じる。この場合の初張力は,式(38)による。

なお,ピアノ線及び硬鋼線などの鋼線で密着巻に成形し,
低温焼なましを行っていない場合の初せん断未修正応力τ0,i は,
図10 の斜線の範囲内とする。
---------------------------------------

この「斜線の範囲内」とする・・・
は、設計者が指定できるってことで、いいでしょうか?

それとも、ばらつきの範囲ということでしょうか?

また、バネ特性や荷重(これも力になったんですね)を指定しなかった場合、
初張力はどうなるんでしょうか?
指定しないんだから、どうなってもしょうがないんでしょうね・・・

でも作る側は、コイルが密着するように作るわけですから・・・
質問者さんがいうところの「標準値」に近くなるのでしょうか?

>また、作り方によっては最大値を超えることも
>容易にあり得ると考えて良いでしょうか?

部外者ですが、無礼な書き込み失礼します。

それは、
・初張力なんか、なくしたい
・初張力を限界いっぱいまで、高めたい
・初張力を変更したい
・初張力の最大値が知りたい
・初張力のばらつきを知りたい

なにが知りたいのでしょうか?

JIS B 2704-2:2018より----------------------------
指定長さのときの力(荷重)の許容差 指定長さのときの力(荷重)の許容差は,
指定する許容差の等級に応じて表13 から係数αi の値と,
許容差を指定するばねの有効巻数に応じて表14 から係数β の値とを選択し,
次の式によって計算する。

表13-冷間成形引張ばねの初張力のばらつきの大きさを表す係数(αi)の値
1級:0.1、 2級:0.15、 3級:0.2
---------------------------------------

と、直接、初張力に公差をつけられませんが、
「指定長さのときの力」に公差をつけた場合、
初張力は10から20%くらいのばらつきとなります。

ばねっと君

【返答】 ばねっと君

ばね超初心者 様 ばねマニア 様

ご投稿ありがとうございます!!
ご質問について、下記にご回答させて頂きます!

①低温焼きなましを行わない場合”は最大値とは言えないのでしょうか?
A:低温焼きなましを行わない場合において、D/dに応じて斜線範囲の上限値を最大値として呼称
  する分については、特に差支えないと思いますが、計算値と製作上の限界値には差異が生じる
  ので、当社では理論式に補正をかけることで、製作も考慮した設計上の最大値として表現しました。
 
②作り方によっては最大値を超えることも容易にあり得ると考えて良いでしょうか?
A:最大値の定義を製作も考慮した値とした場合、それを容易に超えることは困難です。
 
③「斜線の範囲内」とする・・・は、設計者が指定できるってことで、いいでしょうか?
  それとも、ばらつきの範囲ということでしょうか?
A:初張力が求められる場合、材質や形状から、どれほどつけられるか?を考慮して設計しますので
  設計者が指定できるか?に対しては、設計者がバラつきも考慮して指定する。ということになります。

④バネ特性や荷重を指定しなかった場合、初張力はどうなるんでしょうか?
A:ユーザーとの協議によりますが、当社の場合は密着巻きで初張力をほぼゼロに作りこむ場合が
  多いです。

⑤質問者さんがいうところの「標準値」に近くなるのでしょうか?
A:これまでのご回答の通りではありますが、「標準値」という定義がないので、初張力の有無と
  必要な場合は、どれほどの初張力が必要なのかを確認し、設計で考慮することになります。
  その際に、設計・製造上の最大値を越えないように注意が必要となります。

宜しくお願いします!
今後も相談室をご活用くださいませ。

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