降伏応力とばね限界値の違い

質問

板バネ設計初心者です。初歩的な質問で申し訳ありませんが、教えてください。結論から言いますと、降伏応力とばね限界値では何が違うのですかという質問です。
板バネ設計では塑性変形しない最大応力以下で設計する必要があると思いますが、（実際には裕度を設ける）インターネット等で調べるとバネ限界値と
表記してあったり、降伏応力と表記してあったり、表現が違うのか意味が違うのかがよくわかりません。現在は同義語ととらえていますが、いかがでしょうか。
また、ばね限界値のカタログ値にはKb0.1とかKb0.075という表現がありますが、これは0.1mm変形するまでの限界値ととらえてよろしいのでしょうか。

最後にですが、材料の物性値が載っているオススメのサイトってありますでしょうか。色々なサイトを調べて見ましたが、ほしいデータを網羅している
サイトがありませんでした。
以上お手数ですが、よろしくお願いいたします。

回答No.4

noname#230359

先ず、用語の確認をしましょうというのは、貴殿でも用語の確認をして
下さいの意味でした。≪以下URLに記載しました≫
その中で、ばね限界値
定義：材料に曲げる力を与えたとき、所定の永久たわみ（例えば 0.075mm
又は0.1mm）を生じた時の表面最大応力値
とあります。また、
疲労（ひろう、英：Fatigue）は、物体が力学的応力を継続的に、或いは
繰り返し受けた場合にその物体の機械材料としての強度が低下する現象
とあります。
その結果、
物体が力学的応力を（バネ使用方の様に）繰り返し受けた場合に、その物体
の機械材料としての強度が低下するので、≪疲労での≫
材料に曲げる力を与えたとき、所定の永久たわみ（例えば 0.075mm又は0.1
mm）を生じたときの表面最大応力値も疲労による強度低下で減少する
です。

貴殿は、降伏応力＞ばね限界値　を知りたいのですか？
結論から言いますと、
バネの種類にも色々あります。
あまり動作しない仕様のバネは、降伏応力≒ばね限界値か、耐力≒ばね限界
値です。
小生は、バネの特性上から判断して、比例限度が判る材料であれば比例限度
≒ばね限界値としますが、中々データを容易に入手できないので、降伏応力
を代用します。
実際の使用でも、余裕率(安全率)を加味してバネを選択しますので、比例
限度≒降伏応力(耐力)≒ばね限界値は、余裕率(安全率)で成り立ちます。

そして、疲労では降伏応力が低下する顕著なデータはでませんが、強度は
低下します。その強度が低下した値≒ばね限界値となります。
動作が 10^6～7回仕様のバネはその考慮が、おおいに必要です。

そうですね、多分、書籍等の記述はバネの使用条件で、選択した用語が
異なったために、貴殿が勘違いしたと思います。

中々、メールの遣り取りだけでは、お互いの意図が伝わらないので、
いつも大変です。

では、この質問も閉じる事ができそうですね。

参考URL：

http://nippon.zaidan.info/seikabutsu/2002/00324/contents/004.htm http://is.jisw.com/01210/post_86.html http://ca.jisw.co

お礼

お礼が遅れて申しわけありません。ご連絡いただいた回答(４)で納得しました。私はどうも勘違いをしていたようです。ばね限界値は一つの材料(例えばばね用りん青銅C5210)で固有の値を示すものと思っておりました。
そうではなく、初期（あまり動作しない場合含む）と疲労による強度低下後
では同じ材料でもばね限界値が変わるということですね。
そして材料のデータシートのばね限界値の項目は初期のばね限界値を記載してあるのですね。
よって初期においては比例限度≒降伏応力(耐力)≒ばね限界値が成り立つわけですね。

丁寧な回答ありがとうございました。

補足

すみません。根本的な内容ですので、私が完全に理解できるまで質問させてください。用語は確認しましたが、イマイチピンときません。
降伏応力A（ここでは上降伏点での応力と定義します）は比例限度A’（この点での応力をバネ限界値）とすると
降伏応力＞ばね限界値が成り立ちませんか？
さらにばね限界値は疲労によりさらに小さい力を受け続けると、強度低下により減少するのであれば、やはり降伏応力＞ばね限界値が成り立つような
気がします。
また小さい力を受け続けると降伏応力も低下する場合でも常に降伏応力＞ばね限界値が成り立つような気がします。

最終的な目的は板バネを設計するときにあるたわみを持たせたときに応力が発生すると思いますが、その判断値としてばね限界値を指標とするものかどうかが知りたいのですが・・・

なんだかとんちんかんな質問をしているのでしょうか？

回答No.3

noname#230359

先ず、用語の確認をしましょう。材料の引張試験で、“引張強さ”“降伏点”
“比例限度”があります。正確には、“比例限度”内でバネを使用すると、
変形量と力がより正確に比例し、バネ本来の使用目的に適合するので“比例
限度”をばね限界値とします。（比例限度≒降伏点ですが……）
また、降伏点がでない材料は、耐力が降伏点の代わりですが、0.2%耐力の
表現は、ばね限界値のKb0.1の意味合いと略同じです。
そして、材料を繰り返して使用しますと、材料に疲労が蓄積されて、小さい
値からでも破損や塑性変形を起こします。因って、その使用（バネの使用
条件そのもの）では、材料疲労を考慮する必要があります。ばね限界値は、
その考慮も加味された数値です。

貴殿でも、“ばね限界値　用語”でWEB検索してみて下さい。

参考URL：

http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/design/ch02/ch02_01.html http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%80%90%E5%8A%9B http://ja.wik

補足

度々すみません。念のための確認ですが、回答頂いた内容で「“比例
限度”をばね限界値とします。（比例限度≒降伏点ですが……）」とありますが、これより判断しますとバネ限界値＝比例限度≒降伏点と読み取れますが、回答の末に「材料を繰り返して使用しますと、材料に疲労が蓄積されて、小さい値からでも破損や塑性変形を起こします。因って、その使用（バネの使用条件そのもの）では、材料疲労を考慮する必要があります。ばね限界値は、その考慮も加味された数値です。」
ということはバネ限界値＜比例限度≒降伏点と解釈してよろしいのでしょうか。

回答No.2

noname#230359

>降伏応力とばね限界値では何が違うのですかという質問です。
記載されている様に、前者は塑性変形しない為の指標。後者は繰り返し荷重の為の指標です。Ｓ－Ｎ曲線で示されるように、繰り返し荷重を受ける場合は許容出来る最大応力は低くなります。バネ限界値＜降伏応力となるはずです。

お礼

降伏応力とは塑性変形しないギリギリのときの応力で、バネ限界値とは繰り返し荷重も含めた応力の限界値となるため、降伏応力＞バネ限界値が成り立つのですね。

回答ありがとうございました。

回答No.1

noname#230359

下記サイトを参照下さい。板ばね材の場合，圧延等による材料の加工硬化の
程度により，ばね限界値が異なります。ばね限界値試験については　JIS H
3130　を参照下さい。概要は板厚ｔ，幅10，負荷点の腕の長さL＝√3000ｔ
または√4000ｔ　において永久たわみが0.1mmの場合の表面最大応力を
Kb0.1，0.75mmの場合のそれをKb0.075と表現します。

参考URL：

https://www.maruho-htj.co.jp/planmanual/usuita-saiku.html

お礼

それぞれの値の意味、試験方法が良く分かりました。
回答ありがとうございました。