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限定スペースで適切なバネを選ぶ

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バネの選定は先ず、取り付く場所(スペース)について1. 取り付け環境(範囲)が限定してる 2. バネを含めてその周辺が限定してるの2つの時、構成部品扱いから1の条件が大変に多いが 出来るのなら当然2の方が種類を決める事や設計を行う際に無理が少なく良い訳で、1の場合はすでに種類も限られる事も多く取り付く更に作動範囲にも制限の為、選定のバネに対し非常に厳しく寸法公差を付けなくてはならず、あるいは効率良く生産性の高い製作に対し問題が出ることもあります。

厳しいスペースの環境では難しいかもしれませんがコイルばねの3種の場合、(圧縮、引張、トーション)バネは相反する、或いは異なる作動方法だが、例えば圧縮して戻るを上から引っ張って戻るで同じ役割ができる場合も、トーションスプリングで上方向へ上げるあるいは下方向へ下げるで同じ役割が出来る場合もあって加わる荷重状態で取り付けるスプリングは決定もしくは必然的に決定されると考えるのは正しくも又必ずしもそうでは無いとも言える事で例えば、圧縮、引張の荷重方向を矢印で表せばどちらも↓↑です。条件は取り付けスペースだけでなく多々あるかもしれませんが、1種にこだわらず詰まってしまった時には少し柔軟に考えてみることも必要でしょう。

実際の例で、取り付け方法が内径にシャフトが入り更に外径のそとに筒状のカバーが付く状況でコイル径の公差が±0.05mm、傾き1°以内、研削処理有り指定の押しばねの依頼を頂きました、設計者には只々厳しく指定をしておけば良いという考えの人もいるのでよく話をしてみると後者で無く取り付け条件の限定が厳しいようです、コイル径の±0.05mmはJIS1級より厳しく更に他もあわせて満足するにはほぼ公差なしに等しい寸法になります、幸いまだ試作段階の為、バネだけで無くその周辺の設計変更を依頼し試行錯誤の結果、引きばねに変更となり量産時に非常に効率よい製造ができるようになった実例があります。

  1. 荷重状態、例えば直線的(上下、横)、静的、繰り返し、衝撃か、単純に押す、引っ張り、ねじりの力の加わり方で選定
  2. 量産時の製造、例えば機械のみでの製造が可能か、手作業は入らずにすむか、特別(非常に高額)な冶具、特殊材が要るなどコストダウン、効率よく生産可能かの考慮
  3. 更に上記2の生産性に関連で複雑形状、工程数が多いより単純形状、極力工程数を減らすことを心掛ける
  4. 許容差の検討、仕様や特性に厳しい公差の指定が必要か、寸法重視か特性重視か、コストに影響
  5. 使用環境について高温状態、低温状態、戸外、戸内などの使用場所
  6. 成形完了後、後処理は特になしか錆び止め剤の添付で良いかメッキ等の表面処理、研削処理、セッチング、ショットピーニングは行う必要があるのか

以上の事項を考慮し選定された後具体的に設計する事になる訳で、これは用途、設計のポイントをご覧になり是非に、設計のバネの耐久見込みが1000万回の高い評価がでる優秀な製品にして下さい。

耐久見込みは、あくまで参考ですが問題が起こってしまう箇所が多ければ1000万回以上の耐久の見込み評価は決してでるものではありません。

その他の要因として以下の表を参考に最も適切な材質を決める。スプリング製作によく使用される3つの種類を例にすると価格は線径が0.25mm以上はSUS、SWP、SWCの順番で高価、但し0.25mm以下になるとSUSよりSWPの方が高価になります。材質に関しては、当サイトの色々な項で述べておりますが単に安い、強いというのみの判断では無く総合的に最も適する材料にしてください、間違えると後に単に材料だけの変更で済まなくなりその他の箇所の変更も必要になって結構大事になってしまうかもしれません、材料についても慎重に十分な検討をして下さい。

SUS・・ステンレス SWP・・ピアノ線 SWC・・硬鋼線

材料/参考欄

材質 記号 汎用 耐熱 耐食 耐疲労 作動温度 価格 引張り強度
硬鋼線 SWC 110
ピアノ線 SWP 140
ステンレス SUS304 300

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