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인장 코일 스프링에 가해지는 하중과 변형의 관계
인장 코일 스프링은 압축 코일 스프링과 달리 선형적인 특성을 가지며, 특수한 설계를 통해 초장력을 부여할 수 있습니다. 이 장에서는 인장 코일 스프링의 초장력 특성과 다양한 형상에 대해 탐구합니다.
(1) 초장력이 있는 인장 코일 스프링
인장 코일 스프링은 무하중 상태에서도 코일끼리 밀착되는 방향의 힘, 즉 초장력을 가질 수 있습니다. 초장력은 코일을 밀착 상태로 성형할 때, 코일끼리 밀착되는 방향으로 작용하는 소선의 비틀림을 통해 발생됩니다. 냉간 성형에서 밀착 감김 가공을 통해 스프링을 성형하는 경우, 약간의 초장력이 형성되는데, 이를 적극적으로 형성한 스프링을 초장력을 갖는 스프링이라고 합니다.
하중-변형 특성
초장력을 갖지 않는 스프링과 갖는 스프링의 하중-변형 특성은 다음과 같습니다.
【식 A】 초장력 없는 인장 코일 스프링의 하중-변형 관계: 𝑃=𝑘×𝛿P=k×δ
【식 B】 초장력을 갖는 인장 코일 스프링의 하중-변형 관계: 𝑃=𝑃𝑖+𝑘×𝛿P=Pi+k×δ
여기서:
- 𝑃P: 하중 (N)
- 𝑘k: 스프링 정수 (N/mm)
- 𝛿δ: 변형량 (mm)
- 𝑃𝑖Pi: 초장력 (N)
초장력의 계산
초장력 𝑃𝑖Pi는 다음 식으로 계산됩니다:
(2) 초장력을 갖는 스프링의 장점 및 단점
초장력을 갖는 스프링의 장점과 단점은 아래 표와 같습니다.
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| – 무하중 상태에서 스프링의 불안정성이 억제됩니다. | – 지정 길이에서 하중 편차가 커질 우려가 있습니다. |
| – 스프링의 소형화(하중은 크고 스프링 정수는 낮음) 설계가 가능합니다. | – 코일링 시 용접 처리가 필요한 경우 어닐링 처리가 어렵습니다. |
(3) 인장 코일 스프링의 각종 형상
인장 코일 스프링의 형상은 스프링 특성 측면에서 비선형성을 가지지 않는 것도 있으며, 주로 원통형과 양쪽 드로잉형의 두 종류로 구분됩니다. 이러한 외형 형상에 다양한 양끝 부분의 훅 형상을 가진 제품이 있습니다.
일체식 양끝 훅 형상
- 반원 훅
- 원형 훅
- 역원형 훅
- 측면 원형 훅
- 각형 훅
- U훅
- V훅
별체식 훅 형상
- 드로잉 원형 훅
- 마개형
- 판형
출처: 한국 미스미
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