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ばねのせん断未修正応力とは

 
 

ばねのせん断未修正応力とは…

 

 

1.そもそも「せん断応力」とは

 

せん断応力とは、物体内部のある面と平行方向に、その面をすべらせるように作用する応力のことをいいます。せん断とは、ある物体をはさみ切るような作用をいいます。

 

 

下図で説明します。

 

せん断応力.jpg

 

 

 材料を切断しようとして青い矢印の方向に力がかかると、材料はずれまいとして反発し白矢印の方向に力が発生します。この力を「せん断応力」といいます。

 

ねじったときに生じる「せん断応力」は「ねじり応力」といいます。「ねじり応力」は「せん断応力」の一種です。

 

「圧縮ばね」と「引張ばね」には、「せん断応力」が発生します。

 

 

>そもそも「応力」とは

 

 

 

 

2.「未修正」の意味

 

「未修正」というからには「修正したもの」があるということです。

 

「未修正」と「修正」は何がどう違うのか?

 

 

 

ばねの設計応力は、ばねに生じる「計算上」のせん断応力です。

 

 

前提として、次の条件で計算しています。

①材料の全周に同じ値のせん断応力が発生している。

 

 →実際は、ばねをコイルすると内側と外側の応力は同じではありません。

 

 

②静的にばねを使用する。

 

 →「静的に」とは、ばねの使用状態で荷重変動がほとんどない、または繰り返し荷重があっても1000回以下をいいます。。1000回以上の場合は想定していません。

 

 

 

①と②の「前提条件」で「計算上」出した数値が「未修正」のせん断応力です。

 

純粋に計算だけして出す数値です。公式に当てはめれば自然に計算できます。

 

 

「せん断未修正応力」の公式や計算方法の詳しいことは、以下をご参照ください。

 

 

 

>ばねの最大試験力とは

 

 

 

 

ばねを動的に使用する場合(1000回以上使用する場合)には、応力を修正します。

 

どれくらい修正すればよいのかは、一般的にはワールの公式を使って修正します。

 

 

 

 

3.許容せん断応力の図について

 

ばねの線径と許容せん断応力の関係について次のような図があります。

 

ばね設計するときに、よく出てくる図です。

 

 

許容せん断応力.jpg

 

この図に関する注意点は以下のとおりです。

 

①この図は、計算した「せん断未修正応力」を材質ごとにグラフ化したものです。グラフからも数値は読み取れますが、計算した方が正確です。

 

②この図は「圧縮ばね」の場合の図です。「引張りばね」「ねじりばね」は違います。

 

③最大試験力のときの「せん断未修正応力」は、図の「許容せん断応力」になります。

 

④図に記載のない材料については、当事者間の協定によります。

 

 

 

 

4.引張ばねの場合について

 

引張りばねの場合には、圧縮ばねの場合の「せん断未修正応力」よりも一定の比率を掛けて小さくします。

 

この場合は、「修正応力」とはいいません。「引張ばね」の「せん断未修正応力」です。

 

 

 

なぜ圧縮ばねよりも小さな数値にする必要があるのかというと、以下の理由があげられます。

 

①引張バネは熱処理なし(テンパーなし)で使用する場合があるため。

 

②一般的にフック部の応力が大きいため。

 

 

 

引張ばねの場合には、次の比率を圧縮ばねのときの応力に掛けます。

 

①冷間成形ばねの場合 押しばねの「未修正せん断応力」×80%

 

②熱間成形ばねの場合 押しばねの「未修正せん断応力」×67%

 

 

ねじりばねの場合には「せん断応力」でなく「曲げ応力」となり、全く別の図になります。

 

 

 

 

 

 

関連項目

 

>ばね設計 「ばね設計手順 7つのポイント」

 

>ばね設計 「ばね材料選択 5つのポイント」

 

>ばね設計「押しばね設計 5つのポイント」

 

>ばね設計「引きばね設計 5つのポイント」

 

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