スプリング 101:スプリングの基本と種類を理解する

ばねは、加えられた荷重を弾性的に吸収する機械部品です。 「弾性的に」とは、加えられた荷重を取り除くと、これらのスプリングが元の位置に戻ることを意味します。これにより、エネルギー貯蔵や衝撃吸収機能を必要とする用途に役立ちます。

ただし、スプリングにはいくつかのタイプがあり、それらはすべて、異なるアプリケーションのニーズに合わせて異なるデザインと適合性を備えています。

この記事では、スプリングの基本に戻ります。最初にばねの動作原理について説明し、次にさまざまな種類のばねとその用途について説明します。

フックの法則:スプリングの基本動作原理を理解する

フックの法則は、ばねが加えられた荷重に反応する方法を説明しています。この法則を理解するために、下の図に示すように、負荷 (金の棒) がかかると伸びる単純なばねを考えます。

図 1:通常、スプリングはフックの法則に従います
出典:ウィキメディア コモンズ

フックの法則 このばねをある距離だけ伸ばすのに必要な力 (または荷重) の量は、その距離に比例して変化すると述べています。簡単に言えば、力 (または荷重) の量がバネの変位 (またはたわみ) に正比例することを意味します。したがって、バネに 2 倍の力を加えると、元の変位の 2 倍までバネが伸びます。

数学的には、フックの法則は次のように表されます:

F =-kX

場所:
F =スプリングに適用される力 (または荷重)
X =ばねの変位
k =ばね定数 (またはばね定数)

フックの式の負の符号は、ばねの復元力の方向が変位を引き起こす力と反対であることを意味します。そのため、たとえば、スプリングを引き下げる (伸張する) と、前もって復元力が発生します。ただし、フックの法則は、ばね材料の弾性限界を超えない場合にのみ成立することに注意してください。ここでは、知っておくべき 6 種類のスプリングについて説明します。

一般的なスプリングの種類とその用途

#1 圧縮スプリング

圧縮ばねは、軸方向の圧縮力に抵抗するように設計されたらせんコイルばねですㅡつまり、押しつぶしたり押したりする力に抵抗します。

図 2:圧縮スプリング

このように見てください。圧縮ばねに力 (または荷重) を適用すると、力によってばねが圧縮 (または短縮) され、エネルギーが蓄積されます。この加えられた荷重を取り除くと、バネはエネルギーを解放し、元の長さに戻ろうとするときに荷重を押し戻します。

圧縮ばねは、航空宇宙、医療、自動車産業など、さまざまな産業で使用されています。たとえば、自動車のショックアブソーバー、バルブ、ボールペンにこれらのスプリングが使われています。

#2 エクステンション スプリング

引張りばねは、引っ張り力に抵抗するらせんコイルばねですㅡつまり、引っ張る力に抵抗します。それらは通常、取り付けポイントとして機能するフックを端に備えています.

図 3:引張ばね

これらのスプリングは、ガレージのドアなど、コンポーネントが引き離されがちな用途に最適です。また、ペンチ、プルレバー、計量機にも使用されています。

#3 トーション スプリング

トーション スプリングは、ねじると力を発揮する (または回転やトルクに抵抗する) らせん状のスプリングです。押すのに直線的な力が必要な圧縮ばねとは異なり、ねじりばねは、直線的な力と同等の回転力であるトルクによって回転エネルギーを蓄えます (そして解放します)。

図 4:トーション スプリング

これらのスプリングには、両端に 2 つのまっすぐな脚があり、取り付けポイントとして機能し、トルクを加えることができます。このトルクにより、ばねがその軸を中心に回転し、回転エネルギーが蓄えられます。ただし、トーション スプリングの可動範囲は限られているため (最大 360°)、自動車用途のドアやヒンジ、カウンターバランス、レバー リターンに最適です。

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#4 リーフ スプリング

板ばねは、いくつかの平らで軽量な金属板 (曲率は似ていますがサイズはさまざま) を積み重ねたもので構成されています。これらの金属プレートは通常、クランプまたはボルトで固定されているため、強度と柔軟性が高くなります。

図 5:リーフ スプリング

これらの利点により、車輪、車軸、および車のシャーシの間に大量のサポートを提供する必要がある自動車用途に最適です。さらに、バン、トラック、バスなどの大型商用車の衝撃や振動を吸収できます。

ただし、板ばねは設計が複雑であり、価値あるものにするためには正確な製造精度が必要です。 CNC 機械加工は、これらのスプリングを正確に作成するために一般的に使用される数少ない製造プロセスの 1 つです。

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#5 ガーター スプリング

ガーター スプリングは、基本的にはコイル スプリング (引張りまたは圧縮スプリング) の両端を接続して円形を形成します。このユニークな設計により、ガーター スプリングは中心に向かって強い半径方向の力を提供できます。

図 6:ガーター スプリング

これらは、車両のトランスミッション システムや油圧ポンプ シールなど、圧力を維持する必要がある用途に最適です。これは、ガーター スプリングの強力な半径方向の力がパイプの周りに加圧シールを作成し、ほこりや化学物質による漏れや汚染を防ぐためです.

#6 皿ばね

皿ばねは、通常は鋼製の円錐形のばね座金です。これらは、車両のブレーキ システムや圧力調整器など、限られたスペースで非常に高い負荷がかかる用途に最適です。

図 7:皿ばね

ばねの製造:Gensun Precision Machining がお手伝いします

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