静的荷重を加え続けた圧縮ばねの『へたり』について

質問

私の質問内容は、常時圧縮方向に一定の荷重を与え続けたばねのへたり具合についてです。また、以下に示すようなものが実際に作れるものなのか？ということです。
ばねの使用目的は、永久構造物を地盤に押さえ付ける際のクッション材としてです。そのため、経年変化でばねがへたるようでは問題があります。
具体的な数値で例えると、
・常時与える荷重：200kN程度
・ばねの大きさ：直径15～20cm程度
・長さ（高さ）：10～15cm程度
・歪み量：1～5cm程度
というものがあればと思っていますが、私がばねについて全くの素人なので、この内容が現実的に無理なことなのかも分かりません。

申し訳ありませんが、どなたかご意見をお聞かせ下さい。

回答No.1

noname#46618 · ベストアンサー

金属ばねならば常温ではへたりません。

へたるという現場用語があるので、苦労しています。

自動車の例ですと、サスペンションでへたるのはゴムや、ショックアブソーバーです。

ばねの自由長が時間で変化する原因としては、
１）素材にゴムを使った場合
２）素材に樹脂などを使った場合
３）降伏点ぎりぎりでばねを設計した場合。
４）高温でばねを使用した場合
５）ばねの座面に均一に当たっていなくて、座面、ばねの一部の面圧が上がって、局部的に降伏を起こす場合。
６）座面が繰り返し負荷を受けた場合磨り減る。
７）コーティング材（防錆）が厚い場合、これが磨り減る。

設計されたばねが、どのくらいの応力が出るかを計算してみてください。その上で、使用材料（鉄の場合にはバネ鋼が一般的）のせん断降伏応力を下回っていることを確認してください。
そうすればバネ単体としては大丈夫です。
後は、座面（バネの取り付け部）に一様な力がかかるように設計してください。又、ゴムなどを介在させないようにすることをお勧めします。
ゴムを使う場合には、時間とともに劣化を起こしますから、定期交換するか、劣化しにくい材質を選んでください。（建材用のゴム材については知りません。）

お礼

丁寧な回答ありがとうございます。
実は、上記のようなクッション材をゴムでできないかメーカーに聞きに行ったことがあります。その際、メーカーからは「ゴムでは劣化の問題が大きく無理」という回答を貰っていました。
そこで、金属製のバネならどうなんだろう？と考えておりました。

wakranaiさんのお陰で、目の前にかかっていたモヤが晴れそうです！
どうもありがとうございました。