バネの折損について

Question

こんにちは。弊社の設備内の引張バネが頻繁(ｻｲｸﾙ：５～８万回)に折損しております。設備ﾒｰｶに問い合わせても、ﾁﾝﾌﾟﾝｶﾝﾌﾟﾝですので図面を取り寄せて、自分で計算してみました。諸先輩方の添削をお願いいたします。諸元材質：SUP6 線径：Φ6 ｺｲﾙ平均径：Φ40 巻数：25巻ﾌｯｸ形状：逆丸ﾌｯｸ(両端とも) 初張力：図面標記無し自由長：217mm 取付長：240mm(図面標記無しのため実測) 作用長：320mm(図面標記無しのため実測) ここで、私が計算した結果は概算ですが、初張力：209N(図面値が無いので概算) <ｺｲﾙ部> 最大応力：485N/mm2 応力修正係数：1.2 理論最大応力：593N/mm2 <ﾌｯｸ部> 応力修正係数：1.15 最大応力(作用時)：1128N/mm2 となりました。また、SUP6の許容応力が1200N/mm2程度と資料にありました。したがって、ﾌｯｸ部での応力係数が0.94と高値となるため、ﾌｯｸ部での折損は起きるべき不具合でしょうか？以上、添削をお願いいたします。

Answer

バネ部からフック部へ移行するポイントは、
＊ 繰返し荷重による“疲労”
＊ 応力が集中する“形状係数”
の両方を考慮する必要があり、バネでは良く壊れるポイントの一つです。

因って、充分余裕を持って設計をする必要があります。

Answer

バネの情報は、以下を参考にして下さい。
http://www.tokaibane.com/tech/tech_info_coil.html
材料の疲労は、Ｓ－Ｎ曲線をサイトで調査してみたら、良く判ります。
以下は、参考事例です。
http://fatigue.jsms.jp/database/images/hcgraph.gif
応力集中は、以下を先ず確認して下さい。
http://www.ai-link.jp/free/learning/kouza/04/answer/answer-p5.htm

Answer

最大応力が高すぎで、降伏してますね。
許容応力ではなく　疲労限度設計をすべきです。
平均応力+-繰返し応力　で　判定基準は
まず平均が　５００+―５０N/mm2 以下
くりかえし　は３００　以下　ってとこでしょう

Answer

最大応力485N/mm2は繰り返し応力を受けるバネには高すぎます。
私の経験では圧縮バネであれば、コイル長の中間で折れてもおかしくない値です。
通常300N/mm2以下に設計しますが、応力頻度が極少ない場合（数回/Hr)
等では600N/mm2も可能です。
今回のご質問はフック部分の折損との事ですが、私は私の考案した形状にして、回避しています。

１．丸棒の外形を平均コイル系より小さく切削し、その端面から線形の溝を
　　密着ピッチで削ります。（R底の有るネジのようになり、外径部は薄く　　　尖っている）
　　線形φ6であればR3x幅6の溝を切り、谷底径をコイルの内径にします。
　　コイルにねじ込める雄ネジを想像して下さい。

２．引っ張りバネの端面を直角に切断したものをネジ端から回転させながら、　　ねじ込みます（入れる時はコイルが開く方向なので入れやすい）
　　当然巻き方向はそろえます、コイル径の長さほどねじ込んで完成です。
　　（折れたバネでテストが出来ます）。
　　万が一折れたりして外す時は、ねじ込み端面をポンチ等で叩き
　　コイルの緩み方向に叩き出す。（直角に切断はこの時の為）

３．軸の端面は、相手取り付け方法により加工してください。
　　（2面加工に穴、ネジ加工など）

４．抜け止め？　の心配は有りません、引っ張られるとコイル内径は
　　減少しますので、部品を締め付けるので動きません。

Answer

先ず、コイルバネの設計方法（計算方法）をご存知ですか？
設計教本又は、バネの専用カタログを入手して、確認して下さい。

次に、バネの寿命計算は、可能ですか？
材料疲労の数値を使用します。
<10の*乗使用の場合は、許容応力が1200N/mm2×**で使用…>

最後に、フック部には、応力が集中します。
"フック部の応力係数が0.94"は？？？ですが、少し理解しているのかな？

バネの折損について