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バネの折損について
- 弊社の設備内の引張バネが頻繁に折損しております。
- 私が計算した結果は概算ですが、初張力は209Nで、最大応力は593N/mm2です。
- SUP6の許容応力が1200N/mm2程度と資料にあります。したがって、フック部での折損は起きるべき不具合でしょうか？
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バネ部からフック部へ移行するポイントは、 ＊ 繰返し荷重による“疲労” ＊ 応力が集中する“形状係数” の両方を考慮する必要があり、バネでは良く壊れるポイントの一つです。 因って、充分余裕を持って設計をする必要があります。
バネの情報は、以下を参考にして下さい。 http://www.tokaibane.com/tech/tech_info_coil.html 材料の疲労は、Ｓ－Ｎ曲線をサイトで調査してみたら、良く判ります。 以下は、参考事例です。 http://fatigue.jsms.jp/database/images/hcgraph.gif 応力集中は、以下を先ず確認して下さい。 http://www.ai-link.jp/free/learning/kouza/04/answer/answer-p5.htm
お礼
ありがとうございます。 私も東海ばねさんのHPで勉強しております。 そこから、自分なりに応力計算をして見ました。 確かにﾌｯｸ部は応力が効く部位なのですが、加工的には 問題無さそうに見えるのです。 なのに低ｻｲｸﾙで折損してしまうのは何故なのか？ 私見ですが、初張力過多か材料の選定不良では無いかと・・・。 現状が設備の危険域であり、またﾋﾞﾃﾞｵ設置も難しく、 現状解析がなかなかできておりません。 現状解析を何とかできるように検討してみます。
最大応力が高すぎで、降伏してますね。 許容応力ではなく 疲労限度設計をすべきです。 平均応力+-繰返し応力 で 判定基準は まず平均が ５００+―５０N/mm2 以下 くりかえし は３００ 以下 ってとこでしょう
お礼
ありがとうございます。 疲労限度設計ですね。調べてみます。 しかし、300N/mm2以下まで攻めないと厳しいですかね？
最大応力485N/mm2は繰り返し応力を受けるバネには高すぎます。 私の経験では圧縮バネであれば、コイル長の中間で折れてもおかしくない値です。 通常300N/mm2以下に設計しますが、応力頻度が極少ない場合（数回/Hr) 等では600N/mm2も可能です。 今回のご質問はフック部分の折損との事ですが、私は私の考案した形状にして、回避しています。 １．丸棒の外形を平均コイル系より小さく切削し、その端面から線形の溝を 密着ピッチで削ります。（R底の有るネジのようになり、外径部は薄く 尖っている） 線形φ6であればR3x幅6の溝を切り、谷底径をコイルの内径にします。 コイルにねじ込める雄ネジを想像して下さい。 ２．引っ張りバネの端面を直角に切断したものをネジ端から回転させながら、 ねじ込みます（入れる時はコイルが開く方向なので入れやすい） 当然巻き方向はそろえます、コイル径の長さほどねじ込んで完成です。 （折れたバネでテストが出来ます）。 万が一折れたりして外す時は、ねじ込み端面をポンチ等で叩き コイルの緩み方向に叩き出す。（直角に切断はこの時の為） ３．軸の端面は、相手取り付け方法により加工してください。 （2面加工に穴、ネジ加工など） ４．抜け止め？ の心配は有りません、引っ張られるとコイル内径は 減少しますので、部品を締め付けるので動きません。
お礼
ありがとうございます。 お礼が遅くなり申し訳ありません。 引きバネのﾌｯｸ折損対策として、良くある対策ですよね。 存じております。 今回の対策の1つの方法として考えております。 今回は、設備ﾒｰｶに対して、バネ設計がキッチリなされているのか問いただしたいのですが、いまいち自分の計算結果に自信が持てませんでしたので、投稿させていただきました。
先ず、コイルバネの設計方法（計算方法）をご存知ですか？ 設計教本又は、バネの専用カタログを入手して、確認して下さい。 次に、バネの寿命計算は、可能ですか？ 材料疲労の数値を使用します。 <10の*乗使用の場合は、許容応力が1200N/mm2×**で使用…> 最後に、フック部には、応力が集中します。 "フック部の応力係数が0.94"は？？？ですが、少し理解しているのかな？
お礼
回答ありがとうございます。 また、お礼が遅くなり大変申し訳ありません。 設計方法を自分なりに調べました。 ですが、専門外ですので自信が無く、皆様に添削していただこうと投稿いたしました。
取付長に対して作用長が大きく、巻数が少ないと思います。
お礼
ありがとうございます。 お礼が遅くなり、申し訳ありませんでした。
手元に資料がないので詳細な指摘は出来ないのですが、応力的にバネとしてもたない気がします。 ＳＵＰ６という材料に馴染みが無いのですが、許容応力が高すぎませんか？静的な引張りでの許容応力ではないですよね？バネの場合繰り返し疲労の為、ばねの許容ねじり応力は低い値になります。下記のＨＰの「ばねの許容ねじり応力」の図の値を使ってるか確認ください。ＪＩＳにのっている表です。
お礼
ありがとうございます。 御礼が遅くなって申し訳ありませんでした。 自分なりに勉強しましたが、専門外なので自信が無く質問しました。 もう少し、勉強してみます。
お礼
ありがとうございます。 ５～８万回での折損ですので、疲労と考えたくは無いのですが、 低サイクル疲労について勉強してみます。 形状係数ですが、ばねの形状としては一般的な逆丸ﾌｯｸですので やはり設計的に負荷ｵｰﾊﾞｰなのでしょうか？ 設備ﾒｰｶに設計条件を確認していますが、何も出てこないので 自分でやるしかないかと・・・。