ガススプリングの機能とコイルスプリングとの違い、ばね定数の考え方とガススプリングの構造と使い方を解説しました。I explained the function of the gas spring and the difference between the coil spring, the concept of the spring constant, and the structure and usage of the gas spring.
【書き起こし】機械設計技術 機械要素編 ガススプリングの機能 Function of gas spring
(00:12) 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ガススプリングの性能についてお話ししていきたいと思い ますガススプリングというのは一般の方は聞き慣れないかもしれないですけど 我々機械設計者の間 では非常によく使われる機械要素です 今日のポイントは三つですねガススプリングのようとそれからコイルスプリングとの 違い 最後にバネ定数のお話今日はこの3つについてお話ししていきたいと思いますそれでは inventor 3 d cad のアニメーションを使って解説し いきたいとおもいます それではガススプリングの機能についてお話ししていきたいとおもいます 身の回りでよく使われているところは車のハッチバックドアですね 後ろ側の跳ね上げ式のドアの所に使われていますこのモデルがそのハッチバックドアを モデル化して作ってみたものです ちょっと動かしてみます
(01:15) はいこのように手で開けるときに力の補助をしてガススプリングが押し上げてくれます これがガススプリングの用途ですね このようにして力の補助をするというのがガススプリングの一番の目的です それではどのような理屈でガススプリングを働かせていくのかを考えていきたいと思い ますこのように荷物をリフトする機構があってモーターで持ち上げる構造があったとし ますこのように荷物を持ち上げるには荷物の重さ分 例えばま荷物が20キロだとしたら20キロの力で を仕上げなければいけません ではガススプリングで力を補助した場合どうなるかと言いますとこの荷物が20キロだ としてガススプリングの補助の力を15キロだとしますそうするとモーターが 持ち上げる力は5キロで済むということですねこれがガススプリングの考え方です必要 なチカラのなお 終わり顔ガススプリングが補助することによってアクチュエーターの大きさを小さく
(02:22) できます 車のハッチバックドアも同じように考えることができます 扉重たいですけどもガススプリングがその重さのほとんどを補助することで軽く手で 開けられるような構造になっていますこれがガススプリングの使い方ですね 扉を閉めるときも軽く締めることができます s から閉める時と開けるときの重さのバランスの良いところを計算して出す スプリングを選定する必要があります それではこういうスプリングとガススプリングの違いについて説明していきたいと思い ますこの絵がコイルスプリングなんですけども 一般的にばデンバーねーと言われているものですね正確に言うとこれは8宿場音です 縮めた時に力を発揮するのが圧縮バネですね でこのように鶴巻常に ば猫を巻いて作っているのがコイルスプリングですガススプリングと何が違うかといい ますと バネ定数が違うんですねバネ定数の変化の角度が違うということになります 少し難しい話になるんですけどもガススプリングはこのバネ定数の経営者が緩やかなん
(03:32) ですね バレエ センスって何かといいますとこのように跳ねというのは自由帳というのがあって力が かかってない状態 これが自由帳ですで上から落ちからをかけてまねを縮めるという作用するわけですけど も そのちー待った状態で初めて羽根は反発力を生みますこの縮めた 寸法と縮めた時にマネが出す力 これの関係をバネ定数というんですね例えばこの縮めた状態 この自由帳から縮めた状態の高さの差が20ミリだとするとその時に出る力が100 ニュートンだとしましょう そう するとバネ定数は100ニュートン悪に中ですね バネ定数は5ニュートンパーミリメーターということになります これがばねぇ定数の考え方ですねですから力の強いバネというのは少し縮めただけで 大きな力が出るということになります 今説明した20ミリ 縮めて100ニュートンが出るのと10ミリ縮めて100ニュートンが出るのでは 晴れ定数が5とバネ定数が10ですね
(04:41) バネ定数が大きければ大きいほど強いバネとこういうことになりますね 言い換えますとバネ定数っていうのは1ミリ縮めるのにどれだけの力が必要 評価ということになります逆に言うと1ミリ縮めた時のそのバネの力の強さですね それを表す英数ということになります それではガススプリングとコイルスプリングのバネ定数の比較をしていきたいと思い ますこれがバネ定数の表ですね 横軸がストローク竹軸が反力です で赤色がガススプリングで青色がコイルスプリングのバネ定数の伸びを示しています まず1つ注目すべきはが ガススプリングの方がストロークに対して れる反力の変化が少ないということですね これはバネ定数が小さいということを表します 一方コイルスプリングはドロー区に対して出る反力が大きいですね このようにガススプリングはストロークに対してあまり力の変化がな いいんですけども濃色スプリングの方は大きく変化していきます
(05:48) 言い換えるとガススプリングはバネ定数が小さいということですね コイルスプリングはバネ定数が大きいということです それともう一つはコイルスプリングはストロークがゼロの状態だと反力もゼロだという ことですね 一方が スプリングはストロークがゼロでも反力があるんですね ですから最初から力を出してと労苦をずーっとして言ってガススプリングが縮んでいっ てもそんなに大きく力は変化しないというのがガススプリングの特性です 一方コイルスプリングは最初ストロークがゼロだったら 力もゼロで愛知締めは縮むほどどんどん急激に力を発揮していくと力が大きくなると いうのがコイルスプリングです この特性の違いから先ほどのような力を補助するという意味ではガススプリングが向い てるんですね と労苦が大きくてしかも補助する力をあんまり変化 させたくないという場合はガススプリングですね一方でストロークが短くて力を大きく 出したいというときはコイルスプリングが向いていますねコイルスプリングの使い方は
(06:54) 通常 初めはある程度圧縮刺しておいてそこからさらに圧縮させるとという使い方が多いと 思いますこれががスーツ polling とコイルスプリングの特性の違いということになります それではガススプリングの構造と特性を詳しく見て行きたいと思いますこちらが 不二ラテックス株式会社のホームページですね こちらの会社はガススプリングとかロータリーダンパー それからショックアブソーバーを専業として製作している会社です ガススプリングの詳細の資料 れを見ていきたいとおもいます はいこちらが不二ラテックスのガススプリングの資料ですねえ構造的にはこの左側の ような構造をしていますが基本的には油圧ジャッキとかいやシリンダーと同じ構造です ね シリンダーチューブがあってピストンロッドが修道しているとそのような構造ですね シールが体当然漏れを防いでるわけですけれども 何が入っているかと言うと実装がそういるが入ってるみたいですね これが反力を発生する源ということになりますへストロークをするとピストン側に
(08:02) オリフィスを通ってガスが移動するみたいですね それで反力を生み出しているということになります 重圧ガーとピストン側で体積の違いが ので窒素がそういるが圧縮されて反力を生むとそういう構造だと思いますね 先ほどお話ししたバネ定数反力の特製の平が右側にあります はいこちらを見てみるとガススプリングの反力の変化率というのがありますね シリーズによってだいぶエンカ率に差がありますね 一番小さな fgs 中という型番で変化率20% いチューブ径が大きくなればなるほど変化率も大きいという傾向があるみたいですね この左側の図のようにと労苦がうピストンが圧縮されていいガーに移動すると 反力は大きくなっていきます左側に移動してストロークが大きくなると反力が小さく なるとこの上下方向の力の変化率ですね ここで言うと f 1 f 2それから f 3 f 4ですねこの時の変化率を右側 の氷河表しているということです
(09:07) 少し付け加えておくと知事 の時と伸びる時で力の出方が違うみたいですね 同じストロークでも知事も時と伸びている時では出る力が違うということを表してい ますそれからガススプリングの特性として温度にもかなり影響を受けるようですね 温度が変化すると出る反力も違ってくるみたいですね そう のあたりも考慮して設計する必要がありそうです それでは最後に取り付け金具とガス反力について説明したいと思いますロットエンドと パレールのエンドの方に取り付け金具が付けれるんですけれどもこれはいろいろな形を 選定できますねオールジョイントであったりブラケットタイプであったりね用途に応じ て選ぶことができます最大反力についてなんですけど もここに書いてありますようにガスの反力というのは設定できてこれは注文時にガス反 力を得呈することができますねそのガス反力がここにありますように例えば200 ニュートンだとしてガスの変化率ですね先ほどの表の変化率が27%だったとすると 再度
(10:14) 反力一番縮んだ時の反力は27%ましの254ニュートンになるとそういう計算になり ますですから一番伸びた時が200 new と一番縮んだ時が27%橋の254 ニュートンということになりますねこの数字を出しておいて 小平南 日の入寮とモーメントを計算してガススプリングの選定を行うとそういう設計の手順に なると思います 今日はガススプリングの機能についてお話しさせていただきました 皆さんの設計にお役立ていただけたら幸いですそれではまた次の動画でお会いいたし ましょう
・不二ラテックス
https://www.fujilatex.co.jp/softabsorber_main_category/gas_spring/
・不二ラテックス ガススプリング
https://www.fujilatex.co.jp/wp/wp-content/uploads/2021/05/2021_FGS-10.pdf
・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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