緩衝装置用

緩衝装置用の公式として、コイルスプリングの公式とシーフスプリングの公式を解説いたします。

エアスプリングについては、製造元発行のスプリング諸元により、計算内容が変わってきますので、またトーションバーにつきましては　ねじりについてのページと重複しますので割愛させていただきます。

コイルスプリングの強度の算出

コイルスプリングの強度の算出にあたって必要なデータは以下の通りとなります。

算出するコイルスプリングが装着されている車軸の積車時軸重、又は軸限度 W 、コイルスプリングの線径 d 、コイルスプリングの中心径（樽型等の様に中心径が変化するものにあってはその平均値） D 、コイルスプリングの自由長 H 、コイルスプリングの圧縮長 h 、有効巻き数ｎ、コイルスプリングに使用される材質のせん断弾性係数 G となります。

バネ定数 K の算出

$\displaystyle K = \frac{G \times d^4}{8 \times n \times D^3}$

最大荷重 P の算出

$\displaystyle P = K \times (H-h)$

安全率 f の算出

$\displaystyle f = \frac{2 \times P}{2.5 \times W} \geqq 1.6$ であること。

リーフスプリングの強度算出

リーフスプリングの強度の算出には、以下のデータが必要となります。

算出するリーフスプリングが装着される車軸の積車時軸重、又は軸限度 W 、リーフスプリングの前側スパン Lf 、後側スパン Lr 、Uボルト間距離 Lu 、スプリングの幅 b 、スプリングの厚さ（1枚目、2枚目3枚目・・・）t1、t2、t3・・・、アイ中心からスプリングの枚数が変更となる地点までの距離 Lf1 、Lf2 、Lf3 、・・・・、　Lr1 、Lr2 、Lr3 、・・・、スプリングに使用される材料の諸元（引張強度σb、降伏点σr）　となります。

前側、後側にかかる荷重値 Wf 、Wr の算出

$\displaystyle Wf = \frac{W \times Lr}{2 \times L}$ ・・・ただしL＝Lf+Lr

$\displaystyle Wr = \frac{W}{2}-Wf$

前側各部のモーメント Mfｎの算出

$\displaystyle Mf_1 = Lf1 \times Wf$

$\displaystyle Mf_2 = Lf2 \times Wf$

$\displaystyle Mf_3 = Lf3 \times Wf$

・・・・・・・

後側各部モーメント Mrn の算出

$\displaystyle Mr_1 = Lr1 \times Wr$

$\displaystyle Mr_2 = Lr2 \times Wr$

$\displaystyle Mr_3 = Lr3 \times Wr$

・・・・・・・

各部断面係数 Zn の算出

リーフスプリング1 枚の部分の断面係数 Z_１ $\displaystyle Z_1 = \frac{b \times t_1 ^2}{6}$

リーフスプリング2 枚の部分の断面係数 Z2 $\displaystyle Z_2 = \frac{b \times \left( t_1 + t_2 \right) ^2}{6}$

リーフスプリング3 枚の部分の断面係数 Z3 $\displaystyle Z_3 = \frac{b \times \left( t_1 + t_2 +t_3 \right) ^2}{6}$

・・・・・・・

各部の曲げ応力 σn の算出

前側 $\displaystyle \sigma f_1 =\frac{Mf _1}{Z_1}$ 　　　後側 $\displaystyle \sigma r_1 =\frac{Mr _1}{Z_1}$

前側 $\displaystyle \sigma f_2 =\frac{Mf _2}{Z_1}$ 　　　後側 $\displaystyle \sigma r_2 =\frac{Mr _2}{Z_1}$

前側 $\displaystyle \sigma f_3 =\frac{Mf _3}{Z_1}$ 　　　後側 $\displaystyle \sigma r_3 =\frac{Mr _3}{Z_1}$

・・・・・・・

上記にて算出した値より、σf₁～σf_n 、σr₁～σr_nの中で最大のもの σ_max を抽出。

安全率 f の算出

破壊安全率 fb　 $\displaystyle fb = \frac{ \sigma b}{2.5 \times \sigma _{max}} \geqq 1.6$ 　　降伏安全率 fr　 $\displaystyle fr = \frac{ \sigma r}{2.5 \times \sigma _{max}} \geqq 1.3$ であること。