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疑問・お悩み相談室

お世話になります。圧縮コイルばねのたわみについて教えてください

キーワード
圧縮コイルばね
たわみ量
総たわみ量
20%~80%
文献
ばねを設計
問題が懸念

【ご相談内容】 ばね初心者

お世話になります。
圧縮コイルばねのたわみについて教えてください。
一般的にたわみ量は総たわみ量の20%~80%の範囲にするのが適切と文献等に記載されているのですが、
上記の範囲を外れた状態のばねを設計し使用した場合、どのような問題が懸念されるのでしょうか?

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います!
圧縮コイルばねのたわみ量が、密着たわみの20%~80%の間にするのが
適切である理由は、圧縮コイルばねを圧縮した際に、座の部分の線間接触部が
変わるために圧縮直後と密着付近の線形特性が得られにくいためです。
圧縮直後から密着まで、線形特性を得るためには、座がないオープンエンドと
するのもひとつですが、クローズドエンドのつくり込みで圧縮に伴う線間接触
をなくすことや、ピッチ角のつけ方次第で、線形特性の範囲を広げるような
作りこみを検討する場合もあります。

(計算上は、有効巻数がわずかに変化するという考え方もできます)

よろしくお願いします!

【返答】 質問者

上記回答に対しての追加質問です。
バネを使用する際、1つ1つのバネに対してたわみ量を調整する機構を用いて個別に初期荷重を設定し、かつ使用中のたわみ量変化に際して特段の規定も不要である(つまり荷重特性の線形性を必要としない)場合は、20%ー80%の考え方に捉われず、例えば5%ー95%で使っても良いということでしょうか?
こういった使い方のデメリットはなにが考えられますか?

ばねっと君

【返答】 ばねっと君

質問者さま

荷重特性の線形性を必要としない場合は、20%-80%を越える範囲で使用する場合もございます。
注意点として、密着に近づくほど荷重特性が立ち上がっていきますので、計算上の応力よりも
高応力が負荷される可能性がございます。
従いまして、設計時には密着の可能性も考慮して設計する必要がございます。

詳細諸元をこちらからご教示いただけましたら、設計提案させて頂きます。

よろしくお願いします!!!

【返答】 ばね入門者

圧縮コイルばねのたわみ量について質問です。
まず確認です。たわみ量は、全たわみ(自由長ー密着長)に対し、たわみ(セット時長ー動作時長)が全たわみの20%~80%にするのが適切と認識していますが、これは間違っていませんか?

であれば、この場合80%側は密着時に隣同士の線材が接触するのを回避するため安全策と思いますが、20%のほうはどのような問題があるのでしょうか?

ばねっと君

【返答】 ばねっと君

ご認識いただいているとおり、たわみ量は全たわみの20~80%にするのが基本的には適切です。
20%未満のたわみ量では、荷重が設計値よりも弱くなる傾向にあります。
弱くなる要因としては、実際のばねは、ばねの直角度や端面の平行度が傾いていたり、うねり、座巻の付き方などの影響で、圧縮の初期ではばね全体ではなく、部分的にしかたわみが発生しないため荷重が弱くなったり、また例えば長さを基準に荷重を測定する場合、自由長さのばらつきによって、設計基準より低くできたときは、実際の圧縮量が少なくなるため、荷重が弱くなったりします。

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