さまざまな種類のばねとその用途

ばねは、多くの製品で動きを与えたり、衝撃吸収能力を向上させたりするために使用される非常に重要な機械部品です。 つまり、次のようなラピッドプロトタイピングサービスです。 3Dプリント, CNC加工 時計、携帯電話などの製品の製造に使用されるさまざまな種類のバネを製造できます。

最も広く使用されている製品の中には、設計にバネが組み込まれているものがあります。 このため、知識と選択が必要となり、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、スプリング、その長所と短所、さまざまな種類のスプリングとその用途について説明します。

バネの原理

まずは春に関することから始めましょう。 ばねは、（荷重から）力が加えられるとエネルギーを蓄え、荷重が取り除かれると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スプリングの種類に関係なく、スプリングは荷重を取り除くと元の形状に戻ります。

あらゆる製品におけるスプリングの使用は、次の基準に基づいています。 フックの法則。 フックの法則は、バネにかかる「力」とその弾性の関係を単純に示しています。 簡単に言うと、フックの法則は、バネの圧縮と伸張に必要な力は変位に正比例すると述べています。

数学的にはフックの法則は F= -kX として表されます。

F = バネにかかる力

X = スプリングの変位 (負の値は、復元力が逆の方向であることを示します。

k = はバネ定数です。 スプリングの種類によって硬さが異なります。

さまざまな種類のばねとその用途

ばねは材質、形状、機能などが異なり、その用途も様々です。 そして、スプリングには XNUMX 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。

カテゴリー XNUMX: つる巻きバネ

コイルばねは、製品製造において最も一般的なタイプのばねです。 異なる断面を持つらせん形状 (そのため名前が付けられています) に巻かれたワイヤーは、らせんバネを作ることができます。 カテゴリー XNUMX に属する泉質の種類は次のとおりです。

1. 圧縮ばね

圧縮スプリングは、一定のコイル直径と軸方向の圧縮に抵抗する可変形状を備えたオープンコイル コイル スプリングです。

その応用の最も単純な例はボールペンであり、そこでは「はじける」効果を担当します。 バルブやサスペンションにも応用可能です。

2. 引張りスプリング

圧縮バネとは異なり、引張バネは閉じたコイルコイルバネです。 張力を生み出し、エネルギーを蓄え、そのエネルギーを利用してバネを元の形状に戻すのに適しています。

その応用例としては、ガレージドアが挙げられます。 他には、プルレバー、ジョープライヤー、計量機などがあります。

3. トーションスプリング

ねじりバネは、その両端を使用して XNUMX つの異なるコンポーネントに取り付けられます。 これにより、XNUMX 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。 これらのスプリングは、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。 そのうえ、 CNC加工 この機能により、カスタムの XNUMX 体ねじりバネを大量に生産できます。

4. 渦巻きバネ

渦巻きばねは、長方形の金属ストリップを平らな渦巻き状に巻くことによって作られます。 起動すると、適度な量のエネルギーが蓄えられ、一定の速度で放出できます。 常にリリースできるため、機械式時計、おもちゃ、リクライニングチェアなどに適しています。

カテゴリ XNUMX: 板バネ

板バネは、長方形の金属板で作られたバネの一種で、リーフとも呼ばれます。 長方形の金属プレートは通常、ボルトで固定されてクランプされ、大型車両で主に使用されます。 以下に、さまざまな種類の板バネとその用途を示します。

1. 楕円形の板バネ

２つの半楕円バネを逆方向に接続することにより、楕円板バネを構成することができる。 これにより、楕円形が形成されます。 アクスルとフレームには楕円形のリードスプリングが取り付けられています。 XNUMX つの半楕円形のスプリングは圧縮中に同じ量だけ伸びるため、スプリング シャックルは必要ありません。 楕円形の板バネは古い車にのみ適用されましたが、現在では適用できません。

2. 半楕円形の板バネ

自動車で最も普及している板バネです。 これらは、長さは異なりますが、幅と厚さは同じ鋼板で作られています。 両端の最上/最長のリーフがマスター リーフです。 鋼板の配置は半楕円形に似ています。

半楕円形の板バネは、一端が車両フレームにしっかりと固定され、もう一端がシャックルに固定されています。 これは、長さを変更したり、荒れた地形を移動する際の衝撃を吸収したりするのに役立ちます。 半楕円板バネはメンテナンスの手間が少なく、修理が容易で長寿命です。

3. XNUMX分のXNUMX楕円板バネ

片持ち式板バネとも呼ばれる四半楕円形板バネも古くからある板バネです。 U クランプまたは I ボルトを使用して、一端がフレームのサイドメンバーに固定されています。 もう XNUMX つは前車軸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. XNUMX分のXNUMX楕円板バネ 

その応用例としては、ドアのヒンジが挙げられます。 ここでは、ドアを開けると、バネが回転エネルギーを蓄えます。 ドアから手を放すと、バネが蓄えられたエネルギーを利用してドアを元の位置に戻します。 回転力はバネの回転に依存します。

四分楕円バネと半楕円バネを組み合わせた板バネです。 一方の半楕円形の部分は車両の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スプリングに取り付けられます。 四分の一楕円バネの他端は I ボルトによってフレームとヘッドに取り付けられます。

5. 横方向板ばね

横置きリーフスプリングは、半楕円形のリーフスプリングを車幅に沿って横に取り付けることで生まれます。 スプリングの最も長いリーフが下部に配置され、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。 横方向板バネは XNUMX つのシャックルを使用します。 ただし、転がり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 XNUMX: 皿ばね

横板ばね 皿ばねは、単一または複数のばねを直列または並列に積み重ねたものです。 この配置により、狭いスペースでも高い荷重を吸収できます。 皿ばねの種類には次のようなものがあります。

1.皿バネ

皿ばねは円錐形の皿ばねとも呼ばれ、カップ状の構造をしています。 それらは平らに横たわっているわけではありません。 代わりに、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採用しています。

2. 湾曲皿バネ

三日月ワッシャーとしても知られており、相手部分に軽い圧力を加えて、振動による緩みを防ぎます。 一定の振動が発生する機械において、ねじ付きボルト、ネジ、ナットの荷重を均等に分散するのに適しています。

3. 穴付き皿ばね

皿ばねの外径と内径に溝を設けることで、溝付き皿ばねを作ることができます。 これにより、レバーのバネ荷重が減少し、たわみが増加します。 スロット付き皿ばねは、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などに幅広く使用されています。

4. ウェーブ皿バネ

ウェーブ ディスク スプリングは XNUMX 回転ごとに複数のウェーブがあり、価格と予測可能な荷重を提供するのに適しています。 ここで、軸方向の圧縮による応力を吸収することでクッションとして機能することができます。

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ばねの材料

ばねは鉄から作られるという従来の想定とは異なり、ばねはさまざまな材料から作られることを知ることが重要です。 したがって、材料の種類によって、ばねの特性、種類、用途が決まります。 一般的な素材は以下の通りです。

· ベリリウム銅合金

この材料から作られたばねは、高強度、低クリープ、優れた導電性を備えています。 複雑な形状や形状の成形にも適しています。 したがって、使用すると良いです 銅 楽器、特定の測定装置、弾丸などに使用されるバネを作るための合金。

· 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。 摩耗や水に強く、非常に硬いです。 また、摩擦係数が低く、密度も低いです。

· 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もつ強化ガラス繊維です。 その結果、メーカーは現在、あらゆる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、円筒形/ノンコイル設計のバネの製造に適しています。 これらは安全で信頼性が高く、その非導電性の特性により、磁気、腐食、振動の問題が常に発生する製品に応用されています。

· 鋼合金

鋼合金ばねは、使用されるばねの最も一般的なタイプです。 他の素材で強化することもできますが、いずれにしても優れた強度と耐久性を備えています。

スプリングのメリットとデメリット

スプリングは、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 XNUMX つであるため、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。 スプリングのメリットとデメリット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

スプリングは衝撃を吸収することで衝撃を軽減することができるため、多くの製品に広く応用されています。 製品に衝撃が加わるとスプリングが縮んだり緩んだりして衝撃を吸収します。 したがって、ばねは自動車にとって重要な部品です。

· エネルギー貯蔵

電池の代替となるバネの一例として、渦巻バネがある。 力を加えると、バネはエネルギーを生成し、一定の方法でエネルギーを放出します。 このため、機械式時計の重要な部品となっています。

· 接合機構

スプリングを使用すると、製品または部品の XNUMX つの部分を結合できます。 たとえば、スプリングはガレージ、ドア、計量機に適用され、機能するために XNUMX つの部品を結合します。

· 製品の安定性

バネには衝撃吸収機能があり、使用された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にもつながります。

スプリングのデメリット

· 高価な

機械によっては、スプリングの追加に費用がかかる場合があります。 これらは、さまざまな種類のスプリング、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

スプリング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が失われます。 これは製造に使用される材料によって異なります。 最終的には、フックの法則に従わなくなり、変形しても元の形状に戻らなくなります。

まとめ

ばねは、動作するあらゆる製品の重要な部分です。 圧縮および膨張すると、エネルギーを貯蔵したり放出したりできます。 適切なスプリングを選択するには、現在使用されているスプリングの種類を知ることが必要です。 ばねは、使用する材料の種類や設計、製造工程などにより、それぞれに特徴や特徴があります。 したがって、製品用のスプリングを選択するときは、上記の要素を考慮することが最善です。

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