R&D
Spring Theory & Design

스프링이란?

용수철이라고도 불리우는 스프링은 이루 헤아릴 수 없을 정도로 쓰임새가 다양합니다.
기계, 기구나 구조물 등은 물론이고 우리의 일상생활에도 깊숙히 관련되어 있지만 그냥 지나치게 되는 경우가 흔하지요.
하지만 모든 스프링의 원리는 탄성에 있습니다.
힘을 받으면 힘에 따른 만큼 변형을 하게 되고, 그 일을 탄성에너지로 흡수, 축적하는 특징을 가지는 물체를 탄성체라고 합니다.
탄성체는 이러한 기본 특성에서 동적으로 고유 진동을 가지고 충격을 완화하든지 진동을 방지하는 기능을 가집니다.
이러한 탄성체가 갖는 특성과 기능을 적극적으로 이용한 기계요소가 바로 스프링입니다.
만약 자동차에 스프링이 없다면 운전자나 승객은 자동차가 달리면서 발생하는 진동을 몸으로 모두 받아들여야 하고,
기계장치에 스프링이 없다면 작동으로 발생하는 진동에 의해 기계가 남아나질 않겠지요.

스프링사진

스프링의 종류

스프링은 그것을 만드는데 사용되는 재료와 만들어진 모양(형상), 쓰이는 용도에 따라 분류가 가능합니다.
  • 사용재료에 의한 분류

    스프링은 크게 금속 스프링과 비금속 스프링으로 나눌 수 있는데 금속 스프링은 강 스프링(탄소강 스프링, 합금강 스프링)과 비철금속 스프링(동합금 스프링, 니켈합금 스프링)이 있습니다. 비금속 스프링으로는 고무 스프링과 유체 스프링(공기 스프링, 액체 스프링), 합성수지 스프링(적충재 스프링)이 있습니다.

  • 형상에 의한 분류
    • 코일스프링 사진
      코일스프링
      제작이 용이하고 효율이 좋으며
      가격도 저렴하여 널리 사용되고 있습니다.
    • 판 스프링 사진
      판 스프링
      단일판 스프링, 겹판 스프링이 있으며,
      판 스프링은 직사각형 단면으로두께가 길이에
      비해 작은 강판으로 만듭니다.
      주로 화물 차량과 버스 등에 많이 장착
      사용됩니다.
    • 벌류트 스프링 사진
      벌류트 스프링
      원뿔 코일 스프링의 일종. 사각형 단면의
      강판을 원뿔 형상으로 감은 압축 스프링 입니다.
      공간용적의 비율로 큰 에너지를 흡수할 수
      있으며, 또 판과 판 사이의 마찰을 이용하여,
      진동을 감쇠시킬 수 있는 것으로 완충용의
      스프링으로써 이용됩니다.
    • 원륜 스프링 사진
      원륜 스프링
      외륜은 내측에 내륜은 외측에 테이퍼가 있는
      마찰면을 가진 링 형상 스프링을 포갠
      압축된 스프링 입니다.
      주로 차량 등에 이용되고 있습니다.
    • 태엽 스프링
      태엽 스프링
      단면이 일정한 가늘고 긴 띠모양의 강을 한
      평면상에 코일 형상으로 감은 스프링 입니다.
    • 와셔 스프링 사진
      접시 스프링
      밑바닥이 없는 접시 모양의 스프링을 말합니다.
    • 와셔스프링 사진
      와셔스프링
      끊어져 비틀어진 모양을 한 코일 형상의 와셔로
      진동에 의한 나사의 풀림을 방지합니다.
    • 스냅 스프링
      스냅 스프링
      축 또는 구멍에 설치한 틈에 삽입하여
      상대의 보스 또는 축 등의 부품이 빠져 나가지
      않도록 사용하는 스프링 입니다.
    • 토션 바 스프링 사진
      토션 바 스프링
      자동차에 쓰이는 스프링으로, 비틀었을 때
      강성에 의해 원래 위치로 되돌아가려는 성질을
      이용한 막대 모양의 스프링 강재를 말합니다.

스프링설계에
사용하는 기호

기 호 내 용 기 호 내 용
d 재료의 지름 ㎜ D1 코일 내경 (Dt)㎜
D2 코일 외경 (D0) ㎜ D 코일 중심경
Nt 총 감감수(N) Na 유효권수(n)
Hf 자유장 Hs 밀착높이
p 피치 ㎜ P1 초기자력 ㎏
C=D/d 스프링 지수 G 가로탄성계수 ㎏/㎟
P 스프링에 걸리는 하중 ㎏ б 스프링의 처짐 ㎜
k 스프링의 정수 ㎏/㎜ て˚ 비틀림 응력 ㎏/㎟
비틀림 수정응력 ㎏/㎟ て1 초기 장력에 의한
비틀림응력 ㎏/㎟
K 응력수정 계수 W 스프링의 무게 gr
g 중력의 가속도 = 9800 ㎜/D2 f 진동수 c.p.s
u 스프링에 저장되는 에너지 ㎏/㎜ r 재료의 단위 체적마다의
무게 ㎏/㎟
△D 부항상태에서의
코일평군지름의 감소 ㎜
E 종 탄성계수㎟
I 단면 2차 모우멘트 ㎜4 Z 단면계수 ㎟
a1, a2 Arm의 길이 ㎜ L

스프링의 유효부전개길이 ㎜

Kt , Ktd

스프링의 상수
㎏-1㎜/rad, ㎏-㎜/deg

R(R1, R2) 하중작용, 반지름 ㎜
Ds 안내봉의 지름 ㎜ Kb 굽힘응력 수정계수
σ 굽힘응력 ㎏/㎟ Ø(Ød) 스프링의 비틀림 각 rad(도)°

스프링설계
기본식

재 료 G의 값 ㎏f/㎟ E의 값 ㎏f/㎟
경강선 8 × 102 21 x 102

피아노선

8 × 103 21 x 103
오일템퍼선 8 × 103 21 x 103
스테인레스강선 STS 302 7.2 × 103 19 x 103
STS 304
STS 316
STS 321 JI 7.5 × 103 20 x 103
황동선 4 × 103

10 x 103

양백선 4 × 103 11 x 103
인청동선 1.3 × 103 10 x 103
베리륨동선 1.5 × 103 13 x 103

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