このツールについて
コイル圧縮ばね計算ツールは、丸線コイル圧縮ばねの機械的性能をその形状と材料から計算する、無料でブラウザ内動作のツールです。ばね定数 k = G·d⁴/(8·D³·Na)、所定の力の下でのたわみ、ばね指数、ワール補正せん断応力、密着高さを返します。線径d、コイル平均径D、有効巻数Na、負荷F を入力します。すべての計算はブラウザ内でローカルに行われます。
ばね定数は k = G·d⁴/(8·D³·Na) で、Gは材料の横弾性係数です。ピアノ線は約79.3 GPa、ステンレスは約69 GPaで、カスタム値を入力することもできます。たわみはフックの法則から x = F/k で求まります。ばね指数 C = D/d はコイルの比率を表し、ワール補正係数 Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0.615/C は内側コイル面での付加的な応力を考慮し、ピークせん断応力 τ = Kw·8·F·D/(π·d³) を与えます。総巻数Ntを入力すると、密着（完全圧縮）高さは Ls = d·Nt です。SI（mm、N）でばね定数をN/mm、応力をMPaで、またはヤード・ポンド法（in、lbf）でばね定数をlbf/in、応力をpsiで計算します。
計算例として、d = 2 mm、D = 15 mm、有効巻数 Na = 8 のピアノ線ばね（G = 79.3 GPa）は、ばね定数 k = 79,300 × 2⁴ / (8 × 15³ × 8) ≈ 5.87 N/mm なので、50 Nの力で約8.5 mm縮みます。指数 C = 7.5 でワール係数は約1.20、補正せん断応力は約285 MPaです。へたりや疲労を避けるため、使用応力を材料の許容値内に保ってください。
よくある質問
ばね定数はどのように計算されますか?
丸線コイル圧縮ばねの定数は k = G·d⁴/(8·D³·Na) で、Gは横弾性係数、dは線径、Dはコイル平均径、Naは有効巻数です。定数はd⁴に比例しD³に反比例するため、線径やコイル径のわずかな変化で剛性が大きく変わります。
ばね指数とワール係数とは何ですか?
ばね指数 C = D/d はコイル平均径と線径の比で、通常4〜12です。ワール補正 Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0.615/C は、湾曲と内側コイル面の直接せん断を考慮して公称せん断応力を高め、τ = Kw·8·F·D/(π·d³) を与えます。
どの横弾性係数を使えばよいですか?
材料の横弾性係数Gを使います。ピアノ線や硬引き炭素鋼で約79.3 GPa（11.5 Mpsi）、302/304ステンレスで約69 GPa（10 Mpsi）です。線に合ったプリセットを選ぶか、カスタムを選んで他の合金のGをGPaで入力してください。
密着高さとは何ですか?
密着高さLsは、コイルが接するまで完全に圧縮したときのばねの長さで、ここでは線径と総巻数Ntから Ls = d·Nt で計算します。最小長さと最大使用可能たわみを定めます。使用中にばねを密着高さ以下に圧縮してはいけません。