JPH0248770B2 - Daendanmensosennokoirubane - Google Patents
DaendanmensosennokoirubaneInfo
- Publication number
- JPH0248770B2 JPH0248770B2 JP589185A JP589185A JPH0248770B2 JP H0248770 B2 JPH0248770 B2 JP H0248770B2 JP 589185 A JP589185 A JP 589185A JP 589185 A JP589185 A JP 589185A JP H0248770 B2 JPH0248770 B2 JP H0248770B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cross
- section
- stress
- coil spring
- spring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F1/00—Springs
- F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
- F16F1/04—Wound springs
- F16F1/042—Wound springs characterised by the cross-section of the wire
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Springs (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は、コイルばね、特に、その素線が楕
円断面を有するコイルばねに関する。
円断面を有するコイルばねに関する。
（従来技術）
従来のコイルばねは、断面円形の素線から構成
されているものが大部分であり、このような円形
断面は最も効率的な断面形状であると考えられて
いた。
されているものが大部分であり、このような円形
断面は最も効率的な断面形状であると考えられて
いた。
また、特殊用途のものとして、素線断面が正方
形、長方形のものもあるが、これらのばねの単位
体積に吸収されるエネルギーは、円形断面のもの
の場合の約60％程度であり、効率的な断面形状で
はない。
形、長方形のものもあるが、これらのばねの単位
体積に吸収されるエネルギーは、円形断面のもの
の場合の約60％程度であり、効率的な断面形状で
はない。
ところで、楕円断面を有するコイルばねは古く
から文献等では紹介されているが、その実用化例
は少ない。このように実用化例が少ない理由とし
ては、円形断面のものに比べて楕円断面のもの
は加工がむずかしい、楕円の長径ａ、短径ｂの
比により発生応力が変化し円形断面より効率的な
ものを見い出すことが困難である、等があげられ
る。
から文献等では紹介されているが、その実用化例
は少ない。このように実用化例が少ない理由とし
ては、円形断面のものに比べて楕円断面のもの
は加工がむずかしい、楕円の長径ａ、短径ｂの
比により発生応力が変化し円形断面より効率的な
ものを見い出すことが困難である、等があげられ
る。
（発明が解決しようとする問題点）
本発明は、楕円断面素線のコイルばねにおい
て、その発生応力が従来の円形断面のものより小
さく、エネルギー効率の良い特定の楕円形状の断
面を有する素線からなるコイルばねを提供するこ
とを目的とする。
て、その発生応力が従来の円形断面のものより小
さく、エネルギー効率の良い特定の楕円形状の断
面を有する素線からなるコイルばねを提供するこ
とを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
本発明のコイルばねは、第１図に示すように、
その素線が楕円断面を有し、この楕円の長径ａと
短径ｂとの比が、 ３≦C′≦６のとき 1.0＜ａ／ｂ≦2.0−0.1C′ ６≦C′≦８のとき、 1.0＜ａ／ｂ≦1.7−0.05C′ ただしＤを断面中心間のコイル径としたとき、
C′＝Ｄ／√である。
その素線が楕円断面を有し、この楕円の長径ａと
短径ｂとの比が、 ３≦C′≦６のとき 1.0＜ａ／ｂ≦2.0−0.1C′ ６≦C′≦８のとき、 1.0＜ａ／ｂ≦1.7−0.05C′ ただしＤを断面中心間のコイル径としたとき、
C′＝Ｄ／√である。
の関係にあるものである。
（作 用）
上記の関係を満たす楕円断面素線のコイルばね
にあつては、断面周上の応力は円形断面の場合よ
り小さい。
にあつては、断面周上の応力は円形断面の場合よ
り小さい。
特に、a/b≒１＋0.85／Ｃ（ただし、Ｃ＝D/a）
の場合は、この応力は最小となる。
の場合は、この応力は最小となる。
実施例
以下、図面を参照にして本発明の実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
素線が円形断面以外の任意断面を有するコイル
ばねにおいては、従来の材料力学的解法では断面
周上の応力を求めることができない。そこで、本
発明において効率的な楕円断面コイルばねを求め
るために、フーリエ展開境界値平均法（Fourier
Expansion Colocation Method、Ｆ、Ｅ、Ｃ、
Ｍ）を用いた。この解法は、断面外周境界を多数
の線素に分割し、線素を直線近似し、各線素に沿
つて、フーリエ展開を施し、それを境界全域に拡
張するという、弾性学に基づいた解法である［こ
の解法の詳細については、長屋幸助「任意形状断
面を有する円筒コイルばねの応力解析（第１報、
フーリエ展開境界値平均法による解析解）」日本
機械学会論文集Ａ編第51巻第470号第2293頁ない
し第2302頁、および佐藤雅志、長屋幸助、武田定
彦、松本幸夫、斎藤純幸、森田国樹「任意形状断
面を有する円筒コイルばねの応力解析（第２報、
異形断面ばねの開発及び実験）」日本機械学会論
文集Ａ編第51巻第470号第2303頁ないし第2308頁
参照］。
ばねにおいては、従来の材料力学的解法では断面
周上の応力を求めることができない。そこで、本
発明において効率的な楕円断面コイルばねを求め
るために、フーリエ展開境界値平均法（Fourier
Expansion Colocation Method、Ｆ、Ｅ、Ｃ、
Ｍ）を用いた。この解法は、断面外周境界を多数
の線素に分割し、線素を直線近似し、各線素に沿
つて、フーリエ展開を施し、それを境界全域に拡
張するという、弾性学に基づいた解法である［こ
の解法の詳細については、長屋幸助「任意形状断
面を有する円筒コイルばねの応力解析（第１報、
フーリエ展開境界値平均法による解析解）」日本
機械学会論文集Ａ編第51巻第470号第2293頁ない
し第2302頁、および佐藤雅志、長屋幸助、武田定
彦、松本幸夫、斎藤純幸、森田国樹「任意形状断
面を有する円筒コイルばねの応力解析（第２報、
異形断面ばねの開発及び実験）」日本機械学会論
文集Ａ編第51巻第470号第2303頁ないし第2308頁
参照］。
第１図は本発明の実施例を示すが、図におい
て、素線は長径ａ、短径ｂの楕円断面を有し、断
面中心間のコイル径がＤのコイルばねについて
Ｆ、Ｅ、Ｃ、Ｍ、を用いて断面周上の応力を求め
た。
て、素線は長径ａ、短径ｂの楕円断面を有し、断
面中心間のコイル径がＤのコイルばねについて
Ｆ、Ｅ、Ｃ、Ｍ、を用いて断面周上の応力を求め
た。
第２図に楕円形状と応力の関係を、C′をパラメ
ータとして示す。ここに、C′は次式で計算される
ものである。
ータとして示す。ここに、C′は次式で計算される
ものである。
C′＝Ｄ／√
この係数C′は円形断面の場合（a/b＝１のと
き）には、ばね指数D/dとよばれるものである。
第２図において、横軸はコイルばねの軸と垂直方
向の素線の径ａと軸方向の径ｂとの比a/bを示
す。
き）には、ばね指数D/dとよばれるものである。
第２図において、横軸はコイルばねの軸と垂直方
向の素線の径ａと軸方向の径ｂとの比a/bを示
す。
また、縦軸は、楕円断面コイルばねの断面周上
の最大応力τpと、この楕円と同一断面積の円形断
面（a/b＝１のとき）のコイルばねの未修正応力
τpとの比β＝τp／τpを示す。未修正応力τpは次式
で計算される。
の最大応力τpと、この楕円と同一断面積の円形断
面（a/b＝１のとき）のコイルばねの未修正応力
τpとの比β＝τp／τpを示す。未修正応力τpは次式
で計算される。
τp＝8DP／πd3
Ｄ：断面中心間のコイル径、
ｄ：断面直径、Ｐ：荷重
ここで、例えばa/b＝1.0上のβの値は、円形断
面におけるワール修正係数とよばれるものであ
る。
面におけるワール修正係数とよばれるものであ
る。
第２図に、C′＝３，3.5，４，５，６，７，８
についてのグラフを示す。各曲線について、円形
のもの（a/b＝１）よりβが小さくなるのはそれ
ぞれa/b＝１とＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの各
点の間である。これを第３図に示すようにC′と
ａ／ｂの関係で見ると、結局円形断面のものより応
力係数βが小さくなる範囲（図中の斜線の範囲）
は、およびの式で近似することが出来る。
についてのグラフを示す。各曲線について、円形
のもの（a/b＝１）よりβが小さくなるのはそれ
ぞれa/b＝１とＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの各
点の間である。これを第３図に示すようにC′と
ａ／ｂの関係で見ると、結局円形断面のものより応
力係数βが小さくなる範囲（図中の斜線の範囲）
は、およびの式で近似することが出来る。
当然のことながら、これらの範囲外において
は、断面周上の応力は円形断面の場合に比較して
より大きくなり、本発明の目的であるエネルギー
効率の良いばねは得られず、しかも、ｂ寸法が円
形断面の線形ｄより大きくなる（a/b＜1.0）範囲
では、密着長がより大きくなつてしまい、実用的
でなくなる。
は、断面周上の応力は円形断面の場合に比較して
より大きくなり、本発明の目的であるエネルギー
効率の良いばねは得られず、しかも、ｂ寸法が円
形断面の線形ｄより大きくなる（a/b＜1.0）範囲
では、密着長がより大きくなつてしまい、実用的
でなくなる。
また第２図において、A′、B′、C′、D′、E′、
F′、G′で示される応力が最小となるa/bの関係
は、次式で概略求まる。
F′、G′で示される応力が最小となるa/bの関係
は、次式で概略求まる。
ａ／ｂ≒１＋0.85／Ｃ
（Ｃ＝Ｄ／ａ，Ｄ：断面中心間のコイル径）
（発明の効果）
以上の関係にある本発明の楕円断面ばねを用い
れば、素線が円形断面のばね（a/b＝１）より応
力は小さくでき、そのため、一定量のエネルギー
を吸収する重量をより小さくでき、エネルギー効
率を向上させることができる。また、一般に、ば
ね寿命は断面周上の最大応力によつて決定づけら
れるので、この発明のばねは円形断面のばねより
高寿命となる。
れば、素線が円形断面のばね（a/b＝１）より応
力は小さくでき、そのため、一定量のエネルギー
を吸収する重量をより小さくでき、エネルギー効
率を向上させることができる。また、一般に、ば
ね寿命は断面周上の最大応力によつて決定づけら
れるので、この発明のばねは円形断面のばねより
高寿命となる。
ところで、ばねの密着長HSは一般に、HS＝（Ｎ
−0.5）ｔ（ここで、Ｎはコイルの総巻数、ｔは素
線の縦方向寸法）により算出されるが、この発明
の楕円断面のｂ寸法は円形断面の線径ｄより小さ
いので、ばねの密着長を円形断面のコイルばねよ
り小さくできる。
−0.5）ｔ（ここで、Ｎはコイルの総巻数、ｔは素
線の縦方向寸法）により算出されるが、この発明
の楕円断面のｂ寸法は円形断面の線径ｄより小さ
いので、ばねの密着長を円形断面のコイルばねよ
り小さくできる。
これから、ばね全体がコンパクトな設計とな
り、非常に効果が大きい。
り、非常に効果が大きい。
第１図は本発明の楕円断面素線のコイルばねの
縦断面図ａとその一部拡大図ｂ、第２図は楕円形
状と応力の関係を示すグラフ、第３図は近似式と
楕円形状の上限の関係を示すグラフである。 ａ：断面楕円の長径、ｂ：断面楕円の短径、
Ｄ：断面中心間のコイル径。
縦断面図ａとその一部拡大図ｂ、第２図は楕円形
状と応力の関係を示すグラフ、第３図は近似式と
楕円形状の上限の関係を示すグラフである。 ａ：断面楕円の長径、ｂ：断面楕円の短径、
Ｄ：断面中心間のコイル径。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 素線が楕円断面を有し、この楕円の長径ａと
短径ｂとの比が次ぎの近似式の関係にあることを
特徴とする楕円断面素線のコイルばね ３≦C′≦６のとき、 1.0＜ａ／ｂ≦2.0−0.1C′ ６≦C′≦８のとき、 1.0＜ａ／ｂ≦1.7−0.05C′ ただしＤを断面中心間のコイル径としたとき、
C′＝Ｄ／√である。 ２ 特許請求の範囲第１項において、ａ／ｂが次
ぎの関係にあることを特徴とする楕円断面素線の
コイルばね ａ／ｂ≒１＋（0.85／Ｃ） ただし Ｃ＝Ｄ／ａである。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP589185A JPH0248770B2 (ja) | 1985-01-18 | 1985-01-18 | Daendanmensosennokoirubane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP589185A JPH0248770B2 (ja) | 1985-01-18 | 1985-01-18 | Daendanmensosennokoirubane |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61167727A JPS61167727A (ja) | 1986-07-29 |
| JPH0248770B2 true JPH0248770B2 (ja) | 1990-10-26 |
Family
ID=11623515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP589185A Expired - Lifetime JPH0248770B2 (ja) | 1985-01-18 | 1985-01-18 | Daendanmensosennokoirubane |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0248770B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4923183A (en) * | 1987-10-20 | 1990-05-08 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Non-circular cross-section coil spring |
| JPH01104887U (ja) * | 1987-12-29 | 1989-07-14 | ||
| EP1191246B1 (de) * | 2000-09-21 | 2004-11-17 | Federntechnik Knörzer GmbH | Schraubenfeder |
| WO2019137068A1 (zh) * | 2018-01-12 | 2019-07-18 | 太仓卡兰平汽车零部件有限公司 | 一种植绒弹簧 |
-
1985
- 1985-01-18 JP JP589185A patent/JPH0248770B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61167727A (ja) | 1986-07-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |