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11月11日

カテゴリ : 自動化要素技術

第232回 ばねの設計−11:ばね設計の計算式

 LCAにおけるばねの設計対象は、ほとんどが圧縮コイルばねか引張りコイルばねです。この2種類のばね設計では、以下の項目が検討課題となります。ここではa)、b)、c)について解説します。

a)使用範囲におけるたわみ量とそのときのばね荷重:ばね定数
b)ばねを設置する場所のスペース:長さx外形
c)ばねの固定方法:ばねの両端形状と固定方法・・・(第230回参照)
d)その他:ばねのへたり(永久変形)、疲れ

(1)ばね定数とばね形状寸法の関係式

 ばねのたわみと、そのときのばね荷重(力)の関係は、第224回で解説した「フックの法則」があります。

  P = k x δ
    P:ばね荷重
    k:ばね定数
    δ:ばねのたわみ(変形量)

 この「k:ばね定数」は、ばね材料特性とばね形状から、次式で表現できます。この式は圧縮コイルばね、引張りコイルばねの両方で使用できます。

  k = P/δ = G x d4/8 x n x D3 ・・・(A)
    G:横弾性係数(ヤング率)
    d:線径
    n:有効巻数
    D:平均コイル径

 式(A)を変形させて、D(平均コイル径)、d(線径)、k(ばね定数)を仮に設定し、有効巻数:nを算出したり、既知のP、D、d、n値からたわみ量:δを求めるなどに利用できます。

(2)ばね長さ、外形の設計

 ばね長さは「許容たわみ量」とばね荷重の関係から選定設計します。
 「許容たわみ量」とは、ばねが伸びきって変形したり破損の可能性のある変形量です(【図1】参照)。

図1

 次回は、ミクロン、ナノの位置制御に多く採用される平行バネについて解説します。

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