おはようございます。本日は前回に引続き圧縮コイルばねについてご紹介します。
今回は圧縮コイルばねの荷重(強さ)の計算方法をご紹介したいと思います。
上写真のような一般的な圧縮コイルばねの計算方法
まず、線の太さ（直径）を調べます。次にばねの巻数を数えますが、この時に設置面に対しばねを安定して取付ける為の巻数は座巻といい、これを省いた本当にばねの役割を果たしている巻数を有効巻数といいます。
上の黒いばねだと巻数は約７巻ですが、両端1巻ずつが設置面につく状態となるので有効巻数は5巻となります。
次にばねの内径と外径を測ります。それを足して2で割るとばね平均径が算出されます。
それでは下の写真のばねの強さを計算してみたいと思います。
材 質 ステンレス 横弾性係数 G （ステンレス 7000 硬鋼線 8000）kgf/mm2
線の直径 1.2mm
平均径 8.8mm
総巻数 8巻
有効巻数 6巻
ばね全長 25.5mm
まずこのばねのばね定数（基本となる強さ）を求めます。
ばね定数＝（横弾性係数×線の直径の4乗）÷（8×有効巻数×コイル平均径の3乗）となります。
上記の式に代入しますと
ばね定数＝（7000×2.0736）÷（8×6×681.472）
＝（14515.2）÷（32710.656）
＝0.4437・・・・
となりばね定数は約0.444kgf/mmとなります。これはこのばねが1mm押さえられた時にかかる力になります。
ここまでくるとあとは簡単です。ばねをどこまで押さえて使いたいかを考えればその時の力が計算されます。
例えば上記のばねで計算すると、設置面から15mmの位置まで押さえて使用したいとなると。
全長25.5－15＝10.5 で10.5mmばねを押させる事になるので 10.5×0.444＝4.662kgfとなり4キロ強の力がかかってくるという事がわかります。
みなさんもホームセンターとか身近にあるばねを見つけたら計算してみるのも面白いかもしれないですよ。
こんなに力がかかっていたのか!!って物もあるかもしれないですよ。
今日は雨なので傘にしてみました。どれくらいの荷重がかかってるんでしょうね。
また次回もよろしくお願いします。