エンジニアのための技術講座

ローコストオートメーション講座

掲載日:2005年09月09日

カテゴリ : 自動化要素技術

第224回 ばねの設計−3:圧縮コイルばねにかかる荷重と変形の関係

(1)荷重と変形の関係

 ばねにかかる荷重:Pとたわみ(変形量):δが比例(線形)関係にあるとき、「フックの法則」の関係にあるといいます。このときの比例定数:kを「ばね定数」と呼びます。【図1】に荷重と変形の関係を示します。この図において、傾きがばね定数:kを表します。

P = k x δ   k:ばね定数

 この性質を利用して、ものの重さを測定する「ばねはかり」や、必要な力で作動する安全弁用ばねなどが設計・製作されます。

(2)色々な荷重特性を持つばね

 ばねの荷重-たわみの関係には、上記(1)の線形特性のほかに、非線形特性を持つばねがあります。
 圧縮コイルばねを例とすると、荷重とたわみの非線形特性を持たせる方法には、次の3種類があります。

図

 非線形特性の圧縮コイルばねは、[1] コイル径、[2] ピッチ、[3] 線径のいずれか一つ以上の設計パラメータを、コイルばねの位置によって変化させることで、荷重の増加に伴って線同士もしくは線と座面を接触させて実現しています。

図1

図2

図3

図4

 上に挙げた代表的な非線形特性ばねの長所・短所をまとめました。

■代表的な非線形特性ばねの長所と短所
非線形特性ばねの種類長所短所
円錐コイルばね
ばねの変形時に外周隣接物を避けることができる。
座面接触型は密着高さを低くできる。
等線径型では、コイル径が小さくなるに従いエネルギ吸収効率が小さくなる。
線間接触型は密着高さが高くなる。
不等ピッチばね
低価格
密着高さが高い
質量が大きい
テーパコイルばね
密着高さが低い
不等ピッチばねより質量が小さくできる
高価格

 次回は、引張りコイルばねの荷重とたわみについて解説します。

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