JISB2704ばねの疲労限度曲線について

Question

初めて投稿させて頂きます。ばね屋ではないので専門ではないのですが、
ばねの仕様を検討する機会が時々あります。
その際に耐久性評価をする時は、上限応力係数を算出しJISB2704図4の
疲労限度線図を見て視覚的に判定しています。
しかし検討の標準化をするために、エクセルでﾊﾟﾗﾒｰﾀ入力をしたら簡易的な
耐久性能評価をできるシートを作りたいと考えているのですが、疲労限度線図の数値が分からないため教えて欲しいです。
具体的には10^4,10^5～10^7とグラフに曲線が描かれていますが、
この傾き（or下限応力係数ゼロの時の上限応力係数？）が分からないため
疲労限度曲線を書くことができません。
どなたか分かる方がいらっしゃいましたら教えて下さい。
宜しくお願いします。

Accepted Answer

m-sudo's Room
　　http://m-sudo.blogspot.jp/2009/10/blog-post_9331.html
この書き方では、JISの線図も根拠がしっかりしたものではなさそうです。

そのため、実際にデータを取得しようとしている。
　　圧縮コイルばねの疲労限度線図の改訂　http://www.jmf.or.jp/japanese/houkokusho/kensaku/pdf/2011/22kodoka_02.pdf

図6-1 SWOSC-V 4mm 材 107 回疲労限度の近似曲線

図2 107回疲労限度線図

最終形なのかはさておき、裏打ちデータがシッカリしている。
SUS線は見当たらないようです。

＞金属材料疲労強度データベース(有料です)

にあるのは  SUP6、SUP9A のＳ－Ｎ曲線だけ。

グラフ読み取って数式化する、で良いと思います。

どのグラフであっても厳密なものと考えないほうがよいのです。
ピアノ線で耐久テスト２、３万回しか保たなかったのが線材メーカを変えだけで１桁近くアップしたことを実体験してます。
レクサスの弁バネを世界トップのコベルコから新○鐵に変えてリコール騒ぎになったほどバネは微妙なものです。

あくまで目安。値の何十％はやってみないことには何ともいえない、その程度で考えるべきで、逆にテスト無く10^7回を確実に保たせたいなら余裕設計すべきものです。
テストも定まったストロークで回数重ねるのは、モータ＋カム機構の程度ですこしの工夫で出来るものと思います。

他から値を引っ張ってきて換算して  ﾄﾞｰﾉｺｰﾉ ～ ｸﾞﾁｬｸﾞﾁｬ  はその度毎に誤差が入込み収拾つかなくなるから止めた方が賢明です。

丸菱金属　　ばね設計に関する資料　　
　　http://www.mac-wire.com/pdf/spring.pdf

一応ＳＵＳもあるが、更に踏み込みたいとすると、ネタ本を辿るのが必要かと。
現在最も権威本とされるのはコレのようです。

丸善・ばね
　　http://pub.maruzen.co.jp/book_magazine/book_data/search/9784621079652.html
目次をみるとありそうなニオイ。しかし出回ってないようなのが難点。

古いものならコレ。地方図書館でも蔵書が多い。
　　丸善・ばねの設計
　　国会図書館・蔵書検索　右側に図書館名あり
　　http://iss.ndl.go.jp/books/R100000002-I000001395468-00

※”追記”というのは質問者へメールが送付されないものなのでしょうか？

そうです。重要と思ったなら回答しなおします。
しかし自分が目立とうとする意図で（誤りを認めないまま）ワケワカメな回答を見境無く上塗りする例があり、見苦しいとワタシは批判してます。

Answer

再々出です。小生は、有料サイトのデータを購入した方が良いと思います。また、SUS304やSUS316のばね材は、防錆効果を損なわない対処のために、浸炭等の処理後に熱処理はしなく、主に加工硬化にて硬度を上げ弾性限界値をアップさせます。ですから、製造方法のバラツキや製造メーカーの技量が反映されるので、注意が必要です。 <最初のURLのSUS304やSUS316項目を確認ください。> また当該材料が異なりますが、ＳＣ材のURL資料を添付します。やはり、“４．?　日本機械学会　金属材料　疲れ強さの設計資料?による”の記載があるように、日本機械学会から有料の資料を入手した方が良いでしょう。 <この資料から、前出の改ざん部分が明確化するか心配です (^_^;) > 再出で紹介した計算手法は、４０年程前のものです。未だ、材料が豊富ではない時代で、日本機械学会等の有料資料もない時代の社内設計基準です。＊＊重工の方は、見覚えがあるでしょう。

Answer

再出です。

貴殿が質問されている内容での回答ではありませんが、近似値なら算出する手法があります。

“疲れ限度線図”や“疲れ限度線”、“疲れ限度”にて、ネット検索したり、その情報から
書籍検索して、書籍を購入して、算出手法をマスターしてください。

小生は、昔からの手法で、簡易的に、算出しています。
それは、Ｘ－Ｙ座標を用いまして、
ア）“Ｏ”を座標原点として、図を描きます
イ）“Ｏ－Ａ”の“Ａ”はＹ座標値です
　　そして、両振疲れ限度(σw[kg/mm^2])を、垂直応力(Ｙ座標値)とします
　　例えば、引張強さσb[kg/mm^2]の　炭素鋼では0.45×σb[kg/mm^2]±8、特殊鋼で
　　σb＜140[kg/mm^2]なら0.5×σb[kg/mm^2]±10、σb＜140[kg/mm^2]なら70[kg/mm^2]±10
　　を両振疲れ限度(σw[kg/mm^2])として、“Ａ”のＹ座標値(x＝0、Y＝両振疲れ限度
　　{σw[kg/mm^2]}値)とします
ウ）“Ｏ－Ｂ”の“Ｂ”はＸ座標値です
　　そして、直破断力σt[kg/mm^2]を、Ｘ座標値とします
　　例えば、引張強さσb[kg/mm^2]の　炭素鋼では(1.1×σb[kg/mm^2]＋35)±20、特殊鋼で
　　(1.45×σb[kg/mm^2]＋25)±20を直破断力σt[kg/mm^2]として、“Ｂ”ののＸ座標値
　　(x＝引張強さσb[kg/mm^2]値、Y＝0)とします
エ）“Ｏ”から、45°斜め上に線を引き、線Ａ－Ｂとの交点を“Ｃ”とします
　　“Ｃ”通ってＹ軸との平行線を引き、Ｘ軸との交点を“Ｄ”とします
　　線Ｃ－Ｄの長さの２倍が、片振疲れ限度σbo[kg/mm^2]となります
オ）両振疲れ限度(せん断応力)Ｔw[kg/mm^2]は、炭素鋼の場合σb＜80[kg/mm^2]なら0.25×σb±6
　　、σb＞80[kg/mm^2]なら200[kg/mm^2]±6、特殊鋼の場合0.25×σb±10
とかとします
です。
[数値の一部を改ざんして、掲載していますので、使用は控えてください]

また、ばねの種類によっても異なります。

圧縮ばねは、疲れ限度(応力)内のたわみ量で、設計しますと寿命は、
? 熱処理時の不具合ジャム率
? 取扱時の欠損ジャム率
? 材料欠陥ジャム率
等々はありますが、略計算通りになるケース割合が大きいです。

しかし、引張ばねは、ばね部ではなく、フック部分に応力集中や加工時にダメージが残り易く
ばね部よりフック部分の破損割合が圧倒的に多いので、その部分の新たな工夫が必要です。

以上も、設計時に考慮が必要です。
それか、破損したら予備品を多く製作していて、直ぐに交換するとかの対応が必要です。

参考URL添付を忘れていました。

http://jikosoft.com/cae/engineering/strmatf09.html
（　↑　9.疲労限度線図｜材料強度学　）

http://www.kobelcokaken.co.jp/tech_library/pdf/19940401/a.pdf#search='%E7%96%B2%E3%82%8C%E9%99%90%E5%BA%A6%E7%B7%9A'
（　↑　Ｓ－Ｎ線図と疲労限度線図　）

http://jikosoft.com/cae/engineering/strmatf07.html
（　↑　7.S-N曲線｜材料強度学　）

Answer

はねに使用する材質の“疲労限度曲線”を、有料等で入手し、疲労強度以下になる、

又は疲労強度×何割　かのたわみ範囲でばね計算をします。

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