스프링 설계의 계산식

 

LCA(로우 코스트 오토메이션)에서 스프링 설계 대상은 대부분 압축 코일 스프링이거나 인장 코일 스프링입니다. 2종류의 스프링 설계에서는 아래와 같은 항목이 검토 과제입니다. 

 

a) 사용 범위에서의 휨 양과 이 때의 스프링 하중: 스프링 정수

b) 스프링을 설치하는 장소의 공간: 길이x외형

c) 스프링 고정 방법: 스프링의 양끝 형상과 고정 방법

d) 기타: 스프링 변형(영구 변형), 피로

 

1. 스프링 정수와 스프링 형상 치수의 관계식

 

스프링 휨과 이 때의 스프링 하중(힘)의 관계는 「압축 코일 스프링에 가해지는 하중과 변형의 관계(스프링 설계-3)」에서 해설한 「훅의 법칙」이 있습니다.

 

P = k x δ
　　　　P: 스프링 하중
　　　　k: 스프링 정수
　　　　δ: 스프링의 휨(변형량)

 

「k: 스프링 정수」는 스프링 재료 특성과 스프링 형상을 통해 다음 식으로 표현할 수 있습니다. 이 식은 압축 코일 스프링, 인장 코일 스프링 모두에서 사용할 수 있습니다.

 

k = P/δ = G xd 4 /8 xnx D 3　···(A)
　　　　G: 횡탄성 계수(영율)
　　　　d: 선경
　　　　n: 유효 감은 수
　　　　D: 평균 코일 직경

 

식(A)를 변형시켜 D(평균 코일 직경), d(선경), k(스프링 정수)를 임의로 설정하여 유효 감은 수: n을 산출하거나 이미 알고 있는 P, D, d, n값에서 휨 양: δ를 구하는 등에 이용할 수 있습니다.

 

 

2. 스프링 길이, 외형 설계

　스프링 길이는 「허용 휨 양」과 스프링 하중의 관계에서 선정 설계합니다.
　「허용 휨 양」이란 스프링이 늘어나서 변형되거나 파손될 가능성이 있는 직전까지의 한계 변형량입니다(【그림1】참조)

 

그림 1

 

참조 : 미스미