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圧縮・引張コイルばねの径方向の変形について
2023/10/16 04:18
- コイルばねの径方向の変形について調査
- 径方向に拡がり又は縮みが発生すると思われるが、変形量を算出する式などはあるのか
- ねじりコイルばねでは見たことがあるが、圧縮・引張コイルばねではどうなのか
圧縮・引張コイルばねの径方向の変形について
2008/08/21 18:08
コイルばねを圧縮・引張した際、
径方向に拡がり又は縮みが発生すると思うのですが、
変形量を算出する式などはあるのでしょうか?
ねじりコイルばねでは見たことあるのですが…
回答 (3件中 1~3件目)
コイルばねを圧縮・引張した場合、径方向変化も発生します。
この量については、通常の材料力学の教科書では、扱っていません。
決して2次以下の微小量になる量ではないのに、扱っていない理由は、ばねの性能に直接関係しないためだけだと思います。
計算方法は、1周分を考えて、
d:コイル直径
Δd:コイル直径変化
p:コイルピッチ
Δp:コイルピッチの変化(=1周分のコイルの伸び量)
と書くと、
「コイル自身の素線長の変化はない(あっても無視できる)」
ので、伸びる前後の長さを等値すれば、OKです。
具体的に式を表示すれば、
[{πd}^2+p^2]^0.5 = [{π(d+Δd)}^2+(p+Δp)^2]^0.5
となります。
これを変形すれば、Δpの2乗の項などの微小項は省略可なので、私が計算間違いをしていない限り、次のようになります。
Δd=-pΔp/(π^2*d)
引張方向を正としているので、引張ったら径が縮むという、定性的に妥当な式が得られます。
ピッチの変化Δpは、
F:コイルばねの引張力
k:コイルばねの引張のばね定数
n:コイルの巻数
とすれば、
Δp=F/nk
となるので、最終的には、
Δd=-pF/(π^2*dnk)
となります。
あとは私の計算の検算がてら、ご自分で式を展開してみてください。
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解を得る式は省略しますが、1回転分を考えてみて
コイル直径をD、ピッチをPとすると、巻き付く線の展開長さは直角三角形の斜辺。
Sqrt((π*D)^2+P^2)
圧縮、引張りとはそれぞれ P→小、大であるから、上記展開長さは不変でDが変化することになります。
実際には座り部分で摩擦を受け回転が抑制されているが、ある限度で滑ることになり、その分の計算はしきれないから、大雑把に何割の隙間を確保せよとの指針になると思います。
お礼
2008/08/25 09:49
無荷重のときの斜辺の直径と
圧縮・引張の際のピッチの変化によって
ΔDが求められるということですね。
参考になりました。ありがとうございます。
基本的には、コイルばねを圧縮・引張した際、径方向に拡がり又は縮みは
発生しません。
コイルばねの断面図を頭に浮かべて下さい。
バネ動作は、鋼線がねじれて、鋼線ピッチが拡がったり縮まったりします。
以上が、理由です。
お礼
2008/08/22 13:49
変形が発生しないというのは、ごく微量な変形のため
設計上考慮しなくて良いということでしょうか。
下記URLの0009項では
“…圧縮コイルスプリングが縮むときはその外径が膨らむので…”
とのコメントがあり、気になっていたのですが。。。
http://www.j-tokkyo.com/2007/F16F/JP2007-333053.shtml
私のケースは、案内として筒状のザグリにばねを入れ、荷重を受ける機構で
伸びた状態では着脱できたばねが、縮んだ状態ではまってしまいました。
ばね外径(φ5.0mm)ザグリ径(φ5.2mm)でクリアランスはφ0.2mmだったのですが
スプリングが縮むことで、ねじれが発生し、
その反発力で微量に外形が膨らんだと考えました。
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もう少し調べてみます。
ありがとうございました。
お礼
2008/08/25 13:06
式に当てはめ計算してみたところ、それっぽい値になりました。
まだ理解しきれていないため、ゆっくり考えてみたいと思います。
ありがとうございました。