ゴムのバネ定数の締め付けによる変化

Question

ゴムのバネ定数について、教えて頂きたいことがあります。
ゴムのバネ定数は、ゴムを締め付けることによって、
変化するのでしょうか？
バネであれば縮み量（伸び量）にかかわらず、バネ定数は
一定ですが、ゴムの場合はどうでしょうか？
どなたかご教示願います。

Accepted Answer

バネにおいて荷重と変形量が素直に比例するなら、両者の比率であるバネ定数は一定となる。しかし

■ゴムのバネ定数■
定数とはなりません。

模型飛行機の捻りゴムの荷重曲線　縦軸：荷重　横軸：変形量
　　http://6324.teacup.com/matsumoto/bbs/196
行きと戻りで経路が違い菱形のような?ヒシテリシス曲線?になる。
菱形で囲んだ面積が大きいほど機械エネルギーを熱に変えてしまう減衰性能が大きく、免震ゴムなどで重要な特性。金属の?弾性?、プラスチックの?粘性?とは異なる?ゴム弾性?の本質。

グラフでは荷重が増えるにつれ縮み量が少なくなる → 見掛け硬くなる
ゴム弾性の特徴で、ポアソン比がほぼ0.5、即ち体積が変わらないから縮んだ分だけ太くなり、硬くなるからと理解できる。引張り伸びなら逆。

ゴムの分子がドウノコーノでそれと特性の関係については難しく、使うだけなら要らないが、?ゴム弾性?の特徴は知る必要があるでしょう。

■バネのバネ定数■
これも厳密には定数とはなりません。
　　東海バネ
　　http://www.tokaibane.com/tech/tech_info_attention.html
　　圧縮コイルばねのばね定数は、(2)であらわされるように、形状によって決まる。
　　これを荷重特性のグラフに表すと、図5.の実線になる。しかし実際のばねは破線に
　　示すような特性を表し、全たわみの約30～70％の間は計算値とよく合うが、
　　30％以下では弱くなり、70％以上では強くなる傾向を示す。
　　これは、実際に働く有効巻数が、圧縮されるにつれて、両端部から接着を始め、
　　徐々に変化していくからである。

普通の使い方をするコイルバネなら、アレコレするほどの誤差ではないが、知っておくのも必要。
バネ定数を測って慌てなくなります。

Answer

貴殿の真の問い合わせ内容と貴殿のスキルによっては、アドバイス内容が前後するかもしれ
ませんが、じっくりと確認してください。

さて、問い合わせ内容に関しましては、過去ログに似た内容がありました。
先ずは、そのURLを確認ください。
コイルばねに関しましては、URLに示します計算方法で計算します。
これは、せん断(ねじり)に対する弾性係数である横弾性係数を用いての計算になります。

しかし、板ばねや皿ばねは、URLで示します計算方法で計算します。
これは、引張と圧縮(曲げ)に対する弾性係数である縦弾性係数(ヤング率)を用いての計算に
なります。

円筒等のゴムのばねもURLで示します縦弾性係数(ヤング率)を用いての計算になります。
ですが、ゴムやゴムに近い樹脂には特徴があり、ばね鋼のようには一律に一定とはなりません。
ａ）先ず、応力－ひずみ線図で、降伏点が明確にでない金属には、耐力値が降伏点の代わりの
　　役割をはたします。
　　耐力値は、永久ひずみ量が0.1％以内や0.2％以内等の基準がありますが、樹脂の場合は
　　もっと大きな永久ひずみ量の割合まで許容される(特性上、許容しなくてはいけない)
　　性質があるので、ばね鋼のような正確さで一定ではありませんが、一定となります。
　　(この内容が、過去ログ；No.30696に関係しています)
ｂ）ばねとして使用する使用回数(金属では、金属疲労みたいな内容)も、ばね鋼よりは
　　著しく低下するので、その意味では一定とは云い難いです。
ｃ）ゴムには樹脂クリープに似た性質がありますし、金属と同様の高温クリープ現象もあり
　　ますから、使用環境によっては一定とは云い難いです。
ｄ）太陽光等の紫外線劣化や油等による膨潤、等々により、当初の性能を維持できなくなる
　　場合もあり、一定とは云い難いです。

Answer

ある条件下でゴムのばね定数という考え方が成り立ちます。ゴムでは温度や
拘束の条件など変動要素が大きいので、直線性は必ずしも成り立ちません。
以下参照ください。

http://www.kyowakg.com/tech/etc/young.html

Answer

まずは、

http://www.sarogom.com/jis.pdf

このあたりを読んでみたらいかが?

で、JISで制定されている測定方法がわかったのなら、なるべくそれを真似て手じかなゴムとペットボトルに水を入れた錘と物差しで測ってみたらどう?

その結果をみて、重さと伸びが線形か非線形か、を自分の目で確認することが一番の近道だし時間もかからない。また、その理論的な裏付けをここで聞けば、自分の知恵になるとおもうんだけどなぁ。

ゴムのバネ定数の締め付けによる変化