圧縮ばねの仕様の決め方、設計のやり方を詳しく解説しています。
ばねの基本性能であるばね定数、線径、材質と巻き数などの考え方とそれぞれの数値をどう変化させると性能がどう変わるかが理解できる内容となっています。
【書き起こし】機械設計技術 圧縮ばねの設計と選定方法 線径、ばね定数と巻き数
(00:22) 今日は中村ですいつもご視聴ありがとう ございます このチャンネルでは inventor 3 d cad の使い方や機械設計について お話ししています今日は圧縮晴れの設計と 機能についてお話ししていきます今日お 話しする内容は次の4つですね一つ目ばね 定数 二つ目1000形と巻き数3つ目自由長さ 4つめ材質 今日はこの内容について inventor アニメーションを使いながら詳しく解説し ていきたいとおもいます はいそれでは今日はこのような題材を用意 しましたこれはエンジンの吸排気バルブの リフト機構を模式化したものですちょっと 動かしてみようと思います はいこのように変身のリフトカムがバルブ を押してば姉の反力で帰ってくるとその ような気候ですねでこのバルブの開閉を する機構に圧縮バネが使われていますね このような場合の圧縮バネの設計の仕方 仕様の決め方を今日は詳しく解説していき
(01:27) たいとおもいます はいこちらがバルブ開閉機構を横から見た ところですで上にスプリング単体で書いて あるのがこれがバネの自由な傘の状態の スプリングです自由長さというのは全く力 が加わっていない状態のばねの長さを自由 長さといいますで下側のバロ子に組み込ま れた状態これがセット長さですねバルブが 今閉じている状態ですけどもバルブが閉じ ている状態でも羽根が力を発揮している 必要がありますばログがしっかりとバルブ シートに密着してエア漏れを起こさない ように力を加える必要がありますこれが セット腸の状態ですねちょっとバルブを 開いています ハイカムが180度動いてバルブが開き ましたこの状態がこの気候で羽根が一番 縮んだ状態ですねこの時の力がいくら必要 かそれからセット長の時の位置からが いくら必要かというのを決めて羽根の
(02:31) 1000系とか羽根の巻き数それから退出 を決めていく必要があります はいそれでは圧縮晴れの具体的な使用を 決めていきたいとおもいます決めなければ ならない仕様は材質 羽根の線形羽根の外形有効巻き数自由帳 セット超それから最大圧縮町でセット長の 時の果汁最大圧縮の時の会2これらを決め ていく必要がありますはいそれで今回の バルブ開閉機構の場合はある程度基本的な 構造が決まっていることとしますこの 決まっている寸法とか使用をこの左の仕様 表で埋めていきたいとおもいますまず上 からいきますと材質 これは今回はた移植性は必要ないので ピアノ線の sw pb を使おうと思い ますで1000形は仮決定で参拝にしてい ます羽根の外径は今この図で35パイにし ていますそれから羽根の巻き数ですねこれ
(03:35) 仮決定で重巻きにしています羽根の自由な 長さですねこれは今110mm セットし ていますセット長さこれは今90mm 設定 していますでバルブが開いたときの最大 圧縮長さは78ミリとしていますこれは バルブのリフト量が12ミリから来てい ます90-12で78ミリです今回バルブ 開閉の気候でバルブを閉じた時に必要な力 ですねこれを決めないといけないんです けども今回の場合はバルブが閉じた時に バルブシートにしっかりと密着してガスが 漏れ出ないような力で密着しないといけ ません今回はその力を50ニュートンと 設定しようと思いますで最大圧縮長の時の 力はバルブが12ミリリフトして開いた ときの力ですからこれはあまりフィックス にする必要はありませんので成り行きで 決めていきたいとおもいますではこの仕様 に基づいて羽根を実際に設計し計算して いきたいとおもいます はいこちらが私がいつも利用させて
(04:40) いただいている accurate と いう会社の仙波ねくんという晴れの自動 計算サイトがある会社ですこちらの圧縮 コイルばねケーサー これを今日は使っていこうと思います このように仙波ね今という圧縮コイルばね の自動計算をしてくれるサイトがあるん ですね こちらで使用を入力していきたいとおもい ますはいまず 荷重はキログラムとニュートンを選べます けども new とも選択します材質です けども今回はピアノ線の swpb です ちなみに s wpa より sw pb の方がへたりが少ないですね耐久性が強い ということです戦型は今回3敗で設定して います コイル外径は今回35パイです 有効巻き数これは仮決定で重巻きにしてい ます the 巻は各1ですね 自由高さ110mm です
(05:47) 取り付け耳の高さセット長は今回90ミリ です その時の荷重が今回50ニュートンで設定 しています 最後に使用時の高さを78ミリとします これで左下の計算ボタンを押しますはい そうすると右側に計算結果が出ました 今回設定した仕様で不適切なところがあれ ばこの一番右側のところにエラーが出るん ですね その時は細かな仕様を調整していきます 今回の場合はエラーが出てませんので定期 性な仕様だということがわかります例えば 1000形を1パイにしてみようと思い ます 計算を押すと はい取り付け時の荷重 p はこれが要 チェックと出ましたね これが要求事項の50 new と満たさ ないということですね力が足りないという ことですね今出ている果汁が0.4993
(06:52) ニュートンなので全然足りないとそういう 事になりますね参拝に戻します これで体季節になりましたね 設定したのは取り付け重荷重が50 ニュートンでした で実際計算すると今これ48.5 ニュートンほぼ近い値ですねで使用時の時 の荷重が 77.6ニュートンですね約8kg 10 くらいの力が出るとそういうことがわかる と思います 例えば機構構造上の問題で外径が35パ 取れないとしましょう 例えば30杯しか入るスペースがないとし た時にこの外形を32回てみたらどうなる かやってみようと思います 30を入力して計算を押します そうすると取り付け時の荷重 これが80 new とになってしまい ました要求事項の果汁50ニュートンより だいぶ大きな値になってしまいましたねで は構造で外径を大きくできない場合何で 調整するかと言うと今度はまあ機数を触っ ていきます有効巻数が少なけれ言えば
(07:58) 少ないほど同じために対して大きな力が出 ますので今力が大きすぎるのでまあ機数を 増やしていきます牧数を増やすことで果汁 が減ってくると思うのでちょっとやって みようと思います有効巻き数を15に しようと思います15を入力して計算をし ますはいそうそうすると 53.8ニュートンに減りましたこれで ほぼ近い値が出ましたねこの巻き数なん ですけどもいくらでも増やせるわけでは なくて当然ですけども限界はあるという ことですねいくらでも増やせるわけでは ありません では逆に有効巻数は10巻の場まで10巻 のまんまで減らそうと思うと今度先径を 小さくすることでも当然ちっちゃくなり ます 1000形をこれ2.4杯ぐらいにしてみ ましょう それで計算します 配送すると果汁が301096ミュートに なってしまいました小さくなりすぎですね では1000形を2.
(09:02) 6にしましょう はい果汁が 43.59ということでだいぶ近づいてき ましたもう少し強くしたいので今度は有効 巻き数をキューバ気にしようと思います 計算をしますはいこれで418.44 ニュートンとなりましたのでほぼ要求事項 の50ニュートンに近い値が出ましたで 最大圧縮した時の荷重は77.5 ニュートンですねおおよそ8kg という ことでまずまずの値が出たと思いますこの ようにして線形それから外径有効巻き数 このあたりの数値を構造の寸法に合わせて 微調整していって最終的な使用 ok入っ てしていきます それでは最後にばね定数 k のお話をし ていきたいとおもいます ここにばれ定数 k 2.422という 数字があります これはこのバネを1mm 縮めるのに必要 な力は2.
(10:01) 422ニュートンだということ ですねですから10ミリ縮めるのにはいい 14.22ニュートン必要だとそういう 性能の羽根だということです それでは今日の動画は以上となります今日 もご視聴ありがとうございましたまた次の 動画でお会いしましょう
この動画で使用したInventorの３ＤＣＡＤデータを無償提供しています。下記リンクからダウンロードしてください。
https://drive.google.com/drive/folders/1PfBpeXU4k4gXWA9jHFTp_oJ0puNnI9hJ?usp=sharing
・選ばね君（アキュレイト様サイト）
https://www.accurate.jp/senbane_kun/JP/
・選ばね君使い方動画（アキュレイト様YouTube動画）
・機械設計技術
・パーツ作成編再生リスト
・アセンブリ作成編再生リスト
・機械要素再生リスト
・Inventorの使い方 初心者入門編
・この動画は現役の機械設計エンジニアが作成しています
・講師は３Ｄ ＣＡＤ歴２６年、機械設計技術者１級を取得しています
・色覚弱者の方にも無理なく見ていただけるように、配色に配慮しております
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