号数 ばね論文集 67 号( 2022 年)
ページ数 pp.27-33
種類 論文
論文名 有限要素法によるテーパーコイルばねの剛性設計
Title The Stiffness Design of Tapered Coil Springs with Finite Element Method
著者 小山弘樹1),有川秀一2),納冨充雄3) 
Author Hiroki KOYAMA1),Shuichi ARIKAWA2),Mitsuo NOTOMI2) 
抄録 テーパーコイルばねとは、線径が一定ではなく連続的に変化するばねのことである。荷重が大きくなると剛性が増すという非線形特性を持っている。乗客数に応じた荷重がかかると受動的に剛性が変化することから、鉄道車両の軸ばねなどに応用されているが、テーパー状の鋼線の直径が徐々に変化するため、計算式を作るのは困難である。ばねの力学解析には有限要素法がよく用いられているが、コイルの実変形に対して適切なばねの端部形状を見つける必要があり、我々は一定の変形に対して最適な端部を提案する。ここでばねの剛性は、鋼線同士が接触する前の直径の異なる各領域での近似式と、接触後の太い鋼線の領域での近似式に従っている。さらにピッチを変化させた場合のばねの剛性を決定し、有限要素法を用いて予測することができた。 
Abstract A tapered coil spring is the one whose wire diameter isn’t constant and continuously changes. The spring possesses the non-linear stiffness which increases with increasing the load applied. Although its application is the axle spring for railway car because of passively changing the stiffness under the applied load that relates the number of passengers, making formula is difficult due to the gradually diameter change of tapered wires. Finite element method has often been applied to the analysis of mechanics for the springs and it should be found the appropriate end turn shape of the springs for real deformation of the coil and we found the optimized end turn for constant deformation. The stiffness of the spring follows the approximate formula on each region in different diameter before contact between wires and the formula on the region of thick wire after contact. The stiffness of the spring actually could be determined for varying the pitch and predicted using finite element method. 
著者の所属 1)明治大学大学院

2)明治大学 
Belonging 1)Meiji University Graduate School

2)Meiji University  
Key Words Tapered Coil Spring, Finite Element Method, Stiffness, End Turn, Contact Wires