さまざまな種類のばねとその用途

ばねは、多くの製品で運動の実行、衝撃吸収能力の向上などに使用される非常に重要な機械部品です。言い換えれば、3D印刷やCNC機械加工などのラピッドプロトタイピングサービスでは、時計や携帯電話などの製品の製造や製造に使用されるさまざまな種類のばねを製造できます。

最も広く使用されている製品のいくつかは、設計にばねを組み込んでいます。これには知識と選択の必要性が必要であり、これによりばねとその用途を理解する必要が生じます。したがって、この記事では、ばね、その長所と短所、およびさまざまな種類のばねとその用途について説明します。

春の原則

春についての何かから始めましょう。ばねは、（負荷から）力が加えられたときにエネルギーを蓄え、負荷を取り除いた後にエネルギーを放出する装置です。通常の状態では、製品に使用されているばねの種類に関係なく、荷重を取り除くとばねは元の形状に戻ります。

すべての製品でのばねの使用は、フックの法則に基づいています。フックの法則は、ばねにかかる「力」とその弾性との関係を示しているにすぎません。簡単に言えば、フックの法則は、ばねの圧縮と伸長に必要な力は変位に正比例すると述べています。

数学的にフックの法則はF=-kX、

として表されます。

F=ばねに加えられる力

X =ばねの変位（負の値は、復元力が方向と反対であることを示します。

k=はばね定数です。ばねの種類によって異なり、剛性があります。

さまざまな種類のばねとその用途

ばねはさまざまな材料、形状、機能などで作られているため、さまざまな用途が必要です。また、泉には3つの主要なカテゴリがあり、各カテゴリには異なるサブカテゴリがあります。

カテゴリ1：らせんばね

らせんばねは、製品製造で最も一般的なタイプのばねです。断面が異なるらせん形状（名前の由来）に巻かれたワイヤーは、らせんばねを作ることができます。以下は、カテゴリ1のばねの種類です。

1。 圧縮ばね

圧縮ばねは、一定のコイル直径と可変形状を備えたオープンコイルのらせんばねであり、軸方向の圧縮に抵抗します。

そのアプリケーションの最も簡単な例は、「ポップ」効果の原因となるボールペンです。バルブやサスペンションにも適用できます。

2。 エクステンションスプリング

圧縮ばねとは異なり、引張ばねは閉じたコイルのらせんばねです。これらは、張力を発生させ、エネルギーを蓄積し、そのエネルギーを使用してばねを元の形状に戻すのに適しています。

そのアプリケーションの簡単な例は、ガレージのドアです。その他は、プルレバー、ペンチ、および計量機にあります。

3。トーションスプリング

ねじりばねは、その両端を使用して2つの異なるコンポーネントに取り付けられています。これにより、2つのコンポーネントが特定の角度で離れた状態に保たれます。これらのばねは、回転によって力が半径方向に作用するときに半径方向を使用します。さらに、CNC機械加工機能により、カスタムの2ボディトーションスプリングを大量に製造できます。

4。スパイラルスプリング

スパイラルスプリングは、長方形の金属ストリップを平らなスパイラルに巻くことによって作られています。起動すると、適度な量のエネルギーを蓄え、一定の速度で放出することができます。一定のリリースにより、機械式時計、おもちゃ、シートリクライニングチェアに適しています。

カテゴリ2：板ばね

板ばねは、長方形の金属板から作られたばねの一種で、葉とも呼ばれます。長方形の金属板は通常ボルトで固定されており、大型車で主に使用されています。以下は、さまざまな種類の板ばねとその用途です。

1。 楕円形の板ばね

反対方向に2つの半楕円ばねを接続することにより、楕円板ばねを構築できます。これは楕円形を形成します。車軸とフレームはエリプティカルリードスプリングを取り付けます。 2つの半楕円ばねは圧縮中に同じ量だけ引き伸ばされるため、ばねの束縛は必要ありません。楕円形の板ばねは古い車にのみ適用可能でしたが、現在は適用できませんでした。

2。半楕円板ばね

これらは自動車で最も人気のある板ばねです。それらは、長さは異なるが幅と厚さが同じである鋼の葉から作られています。両端の最上部/最長の葉がマスターリーフです。鋼の葉の配置は半楕円形に似ています。

半楕円板ばねの端は車両フレームにしっかりと固定され、もう一方の端はシャックルに固定されています。これは、起伏の多い地形を移動するときに、長さを変えたり、衝撃を吸収したりするのに役立ちます。半楕円形の板ばねは、メンテナンスが少なく、修理が簡単で、長寿命です。

3。クォーターエリプティカルリーフスプリング

カンチレバータイプの板ばねとも呼ばれ、四分の一楕円板ばねは古い板ばねでもあります。それらは、UクランプまたはIボルトの助けを借りてフレームのサイドメンバーに固定された一端を持っています。もう1つはフロントアクスルに自由に接続されています。フロントアクスルビームに衝撃荷重がかかると、リーフが真っ直ぐになって衝撃を吸収します。

4。 3クォーターエリプティカルリーフスプリング

そのアプリケーションの簡単な例は、ドアのヒンジです。ここで、ドアを開くと、ばねはその回転エネルギーを蓄えます。ドアを離すと、ばねは貯蔵エネルギーを使用してドアを元の位置に戻します。回転力はばねの回転に依存します。

この板ばねは、1/4楕円ばねと半楕円ばねを組み合わせたものです。一方の端の半楕円形の部分は車両フレームに取り付けられ、もう一方の端は四分の一楕円形のばねに取り付けられています。四分の一楕円ばねのもう一方の端は、Iボルトによってフレームとヘッドに取り付けられています。

5。横板ばね

横方向の板ばねは、車両の幅に沿って半楕円形の板ばねを横方向に取り付けることで得られます。ばねの最も長い葉が下部に配置され、中央部分がUボルトを使用してフレームに固定されるように配置されています。横板ばねは2つの束縛を利用します。ただし、ローリングを引き起こす可能性があるため、自動車には適していません。

カテゴリ3：ディスクスプリング

横板ばねディスクばねは、直列または並列に配置された単一または複数のばねです。この配置により、狭いスペースで高い負荷を吸収することができます。ディスクスプリングの種類は次のとおりです。

1。ベルビルディスクスプリング

円錐形のディスクスプリングとしても知られているベルビルディスクスプリングは、カップ構造になっています。彼らは平らに横たわっていません。代わりに、それらは圧縮して重い負荷を処理できるようにする標準的な形状を取ります。

2。湾曲したディスクスプリング

三日月ワッシャーとも呼ばれ、振動の結果として緩むのを防ぐために、相手のパーに軽い圧力をかけます。一定の振動を発生する機械で、ねじ山付きボルト、ねじ、ナットの荷重を均等に分散するのに適しています。

3。スロット付きディスクスプリング

ディスクスプリングの外径と内径にあるスロットは、スロット付きディスクスプリングを作ることができます。これにより、ばね荷重が減少し、たわみが増加するレバーが得られます。スロット付きディスクスプリングは、オートマチックトランスミッション、クラッチ、過負荷カップリングに幅広く使用されています。

4。ウェーブディスクスプリング

ウェーブディスクスプリングは、1ターンに複数のウェーブがあり、価格と予測可能な負荷を提供するのに適しています。ここでは、軸方向の圧縮による応力を吸収することにより、クッションとして機能することができます。

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ばねの製造に使用される材料

泉は鉄から来るという従来の仮定とは異なり、泉は異なる材料から来ることを知っておくことが重要です。したがって、材料の種類によって、特性、ばねの種類、およびそれらの用途が決まります。一般的な資料は次のとおりです。

・ ベリリウム銅合金

これから作られたばねは、高強度、低クリープ、および優れた導電性を備えています。また、複雑な形状や形状の形成にも適しています。したがって、銅合金を使用して、楽器、特定の測定装置、弾丸などに使用されるばねを作成することをお勧めします。

・ セラミック

セラミック材料は、非常に高温で使用されるばねの製造に適しています。耐摩耗性、耐水性があり、非常に硬いです。また、摩擦係数が低く、密度も低くなっています。

・ 一方向ガラス繊維複合材料

一方向ガラス繊維複合材料は、強力な強度を持つ強化ガラス繊維です。その結果、メーカーは現在、すべてのばねを製造するための潜在的な材料としてそれを検討しています。

・ ゴム/ウレタン

これらの材料は、円筒/非コイル設計のばねを作成するのに適しています。安全で信頼性が高く、非導電性であるため、磁気、腐食、振動の問題が常に発生する製品に使用できます。

・ 鋼合金

鋼合金ばねは、使用されるばねの最も人気のあるタイプです。他の素材で強化することもできますが、それでも強度と耐久性に優れています。

スプリングの長所と短所

ばねは、広く使用されている多くの製品を構成する重要な部品の1つである場合、いくつかの優れた利点がありますが、いくつかの欠点もあります。ばねの長所と短所を順番に見ていきましょう。

スプリングの利点

・ より優れた衝撃吸収能力

ばねは、それらを吸収することによって衝撃の影響を減らすことができるため、多くの製品で幅広い用途があります。製品に衝撃が加わると、ばねが圧縮および弛緩して吸収します。したがって、ばねは車両の重要な部分です。

・ エネルギー貯蔵

スパイラルスプリングは、バッテリーの代わりに使用できるスプリングの一例です。力を加えると、ばねはエネルギーを生成し、一定の方法でエネルギーを放出することができます。これにより、機械式時計の重要なコンポーネントになります。

・ 結合メカニズム

スプリングを使用すると、製品の2つのパーツまたはパーツを結合できます。たとえば、ガレージ、ドア、計量機にバネを取り付けて、機能させるために2つの部品を結合します。

・ 製品の安定性

スプリングは衝撃吸収機能に使用することで、スプリングを使用する製品の安定性を確保します。製品の安定性は、部品の摩擦や振動の低減の一形態でもあります。

スプリングのデメリット

・ 高価

一部の機械では、ばねの追加に費用がかかる場合があります。これらは、さまざまな種類のばね、それらの製造の容易さ、適切な材料の入手可能性、および製品設計によるものです。

・ 時間の経過とともに効果が失われます

ばねは、圧縮と弛緩が同時に起こるため、時間の経過とともにその効果を失います。これは、それを作るのに使用される材料に依存します。最終的には、フックの法則に従わなくなります。つまり、変形しても元の形状に戻りません。

結論

ばねは、運動する製品の重要な部分です。圧縮および拡張すると、エネルギーを貯蔵および放出できます。適切なばねを選択するには、現在使用されているばねの種類を知る必要があります。各ばねには、使用する材料の種類、設計、製造プロセスに応じて、独自の特徴と特性があります。したがって、製品のスプリングを作成する場合は、上記の要素を考慮するのが最善です。

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よくある質問

スプリングの3つのタイプは何ですか？

ばねには、らせんばね、円盤ばね、板ばねの3つの主要なタイプがあります。メインタイプごとに、その下にさまざまなタイプのスプリングがあります。たとえば、らせんばねは、ねじりばね、伸長ばね、らせんばね、および圧縮ばねで構成されています。

らせんばねの種類は何ですか？

らせんばねは、4種類のばねで構成されており、それぞれに用途があります。 4つは、ねじりばね、伸長ばね、らせんばね、および圧縮ばねです。

最も一般的な種類のばねは何ですか？

最も一般的なタイプのばねはねじりばねです。それらは、特定の角度でそれらを離しておくために、2つの異なるコンポーネントに取り付けられた2つの端を持っています。アプリケーションの例は、ドアのヒンジにあります。ここで、ドアを開くと、ばねはその回転エネルギーを蓄えます。ドアを離すと、バネが蓄えたエネルギーを使ってドアを元の位置に戻します。