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2020.06.10|ばねを知る
圧縮ばね(押しばね)の設計に用いる記号や設計する上での気をつけるポイント

ばねは同じ機能性部品であるねじや歯車と異なり、規格品が少なく設計者が設計することが多い部品の一つです。
コイルばねの一般的なものは、圧縮ばね(押しばね)・引張りばね(引きばね)・トーションばねの3つになります。
設計方法はそれぞれ異なった方法となります。今回は圧縮ばねの設計について説明します。

–  ばね設計のポイント

圧縮バネ(押しばね)の計算式に用いる記号と意味を理解しましょう。

表1 圧縮ばね(押しばね)の基本用語一覧

 (参考文献:はじめてのコイルばね設計 山田学 日刊工業新聞社

ばね指数(c)はばねの加工性や寿命を設計する上で重要な値となります。
 コイルの中心径(D)÷ 線径(d)=ばね指数(c)
 一般的には4~22倍の範囲に設定することが望ましいです。

 

–  圧縮ばね(押しばね)の基本記号を理解した上で
 ばね定数や応力が設定できれば、線径や巻数、コイル径などを選定していきましょう。

圧縮ばね(押しばね)の基本公式

ばね定数(N/㎜):$ κ=\frac{ρ}{δ}=\frac{Gd^{4}}{8nD^{3}} $
 

応力(Mpa):$ τ=\frac{8PD}{nd^{3}} $

P:荷重(N) δ:たわみ(㎜)
d:材料線径(㎜) D:コイル中心径(㎜)
G:横弾性係数(Mpa) n:有効巻数

 

 

・横弾性係数(G)
ねじり応力、せん断応力の計算をするときに使用します。主な材料の横弾性係数(G)は、表2によります。

表2 ばね材料の横弾性係数 一覧表

材料 Gの値
ばね鋼材 $ 7.85×10^{4} $
硬鋼材
ピアノ線
オイルテンパー線
ステンレス鋼 SUS304 $ 6.85×10^{4} $
SUS316 $ 6.85×10^{4} $
SUS631 $ 7.35×10^{4} $
黄銅線・洋白線 $ 3.9×10^{4} $
リン青銅線 $ 4.2×10^{4} $
ベリリウム銅線 $ 4.4×10^{4} $

(参考文献:はじめてのコイルばね設計 山田学 日刊工業新聞社

 

 -  圧縮ばね(押しばね)設計時の注意点
押しばね設計時の注意点は、繰り返し使用されることが多いばねや、高温で物体を保持するばねなどは、設計の段階である程度応力を低く設定しなければいけません。例えば、ばねの線径を太くする・有効巻数を増やすことで応力を低く設定できます。
ただし圧縮ばねの数値上で設計ができても、製造工程において製作不可がまれに発生する場合があります。

栄光技研株式会社では、加工不可の形状でもできる形状でもご提案します。
加工の可否に関しまして、お気軽にご相談ください。お問合せはTELやFAXでも承ります。

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