챕터13. 스프링

챕터13. 스프링

1. 스프링의 특성

 1) 개요

     스프링이란 금속, 고무, 공기 등의 탄성체가 갖는 여러 가지 특성과 기능을 이용하여 에너지를 흡수하거나 축적시키기 위해서

    사용한는 기계요소

 2) 스프링상수

  1. 직렬연결

  2. 병렬연결

 3) 스프링내의 탄성에너지

 4) 종횡비

    스프링에 하중이 작용하지 않고 있을 때의 높이를 자유높이라 하고, 이 자유높이와 코일의 평균지름과의 비를 스프링의 종횡비라 한다.

2. 스프링의 종류

 1) 사용재료에 의한 분류

  1. 금속스프링

     ㄱ. 강스프링(탄소강, 합금강)

     ㄴ. 비철금속스프링(동합금, 니켈합금)

  2. 비금속스프링

     비금속스프링은 고무, 유체, 합성수지가 있다. 

     스프링 재료가 갖추어야할 구비조건

     - 탄성계수가 크고, 탄성한도, 피로한도 및 크리프한도가 높아야 한다.

     - 내식성 및 내열성이 커야 한다.

     - 비자성이고 도전성이 양호

  2) 형상에 의한 분류

  1. 코일스프링

     단면이 원형, 정사각형, 직사각형인 선재를 나선형으로 감은 것으로 모양에 따라 원통형, 원추형, 장고형, 드럼형이 있고,

    용도에 따라 인장코일스프링, 압축코일스프링, 비틀림코일스프링 등이 있다.

  2. 겹판스프링

     폭이 좁고 긴 얇은 판을 여러장 겹쳐서 사용하는 것을 겹판스프링이라 하며 협소한 공간에서 큰 하중을 받을 때 사용한다.

    자동차의 현가장치로 사용된다.

  3. 스파이럴스프링(태엽스프링)

     시계의 태엽과 같이 비교적 좁은 장소에서 큰 에너지를 축적할 수 있는 특성을 갖고 있으면 단면이 일정한 얇은 박판을 연속으로

    감아서 만든 것으로 굽힘응력이 작용한다.

  4. 접시스프링

     중앙에 구멍이 뚫려 있는 접시형 원판의 주위를 지지한 채 중앙구멍 가장자리에서 하중이 작용하도록 상용하는 스프링

  5. 토션바

     원형의 봉에 비틀림모멘트를 가하면 탄성한도내에서 비틀림변형이 생겨서 전단응력이 복원되는 원리를 이용한 것

  6. 벌류트스프링

     스파이럴스프링을 축방향으로 잡아올려 마치 죽순과 같은 형상으로 만든 것

  7. 와이어스프링

     탄성에 의한 복원력을 이용한 스프링

  8. 와셔스프링

     충격을 흡수하기 위하여 볼트의 머리와 중간재 또는 너트와 중간재 사이에 사용하는 스프링

3. 스프링의 기능과 용도 

 1) 기능

     - 정적 기능 : 하중의 규정 조정, 축적에너지의 이용

     - 동적기능 : 복원성의 이용, 진동완화, 충격 에너지의 흡수

 2) 용도

     - 진동 또는 충격에너지를 흡수한다.

     - 에너지를 저축하여 동력원으로 작용시킨다.

     - 힘을 주는데 사용한다.

     - 힘의 측정에 사용한다.

4. 원통형 코일 스프링

 1) 스프링의 전단응력

     - 축방향하중에 의한 직접 발생하는 전단응력

     - 비틀림에 의한 전단응력

 

     - 스프링의 최대전단응력을 편리하게 계산할 수 있는 식

  2) 스프링의 처짐량

  3) 스프링의 총감김수

     총감김수=유효감김수+무효감김수

     일반적으로 유효감김수는 3이상으로 취하는 것이 좋다.

     자유높이 H=d(n+2)+δ

5. 판스프링

     직사각형 단면으로 두께가 길이에 비하여 작은 강판으로 만든다.

 1) 외팔보형 판스프링

 2) 단순보형 겹판스프링

6. 접시스프링

     접시스프링은 안쪽에 구멍이 뚫어진 접시모양의 원판으로 원판스프링이라고도한다. 접시스프링의 조합에는 직렬 및 병력이 있으며,

병렬조합은 스프링을 같은방향으로 겹쳐서 연결한 것이고, 직렬조합은 스프링을 서로 다른 방향으로 겹쳐서 연결한 것.