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引張コイルばね

取付け時長さ160mm、取付け時荷重が176Nで、最大時長さ180mm、最大時荷重が275N、コイル外径は36mm以下、フックはUフックとし両側とも同じ長さで20mm以上確保のこと。また、使用環境は常温で1×回以上の疲れ強さを有する引張りコイルばねを設計せよ。

<解>
材質はSWP-Aを使用することにする。又、初張力は標準とする。へたりを考慮し最大引張り応力は0.7以下、最大せん断応力は0.45以下を目標とする。
このような条件を満足する材料径、及びその他のばね諸元を決定する。ここでは、材料径をφ4.0mmとする。
材料径φ4.0mmのSWP-Aの引張り強さは、である。
コイル外径をφ36.0mmとすると、ばね指数はとなる。
又、与えられた条件よりばね定数は、

となる。有効巻数は、

となる。
次に、初張力を求める。は、式(1-18)より求める。

式(1-17)より初張力は、

となる。よって、自由時長さHf は、

となる。
片側フック長さは、

となり、与えられた条件である20mm以上を満足する。
Uフック部に発生する最大引張り応力の下限応力、上限応力は、式(1- )より求める。
このとき、式(1-16)より=1.134を得る。

応力値より応力係数を求める。

これらの係数を図4にプロットすると、1×回以上の疲れ強さを有していることが分かる。
Uフック部に発生する最大せん断応力の下限応力、上限応力は、式(1-11)より求める。
このとき、フック立上り半径(中心)を4.0とするとは、2.0になる。
又、式(1-12)より 2=1.75を得る。

応力値より応力係数を求める。

これらの係数を図3にプロットすると、1×回以上の疲れ強さを有していることが分かる。


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