バネ力の掛かり方について

質問

こんにちは。
バネでピストンを押出す、という動作について教えて頂きたいことがあります。
バネの形状は上端と下端に輪があって、その間を螺旋状に鋼線が走っています。
ということは、ピストンをバネの力で押し戻そうとする時、輪の当たる面全体で力を受けているのではなく、
常に一点でバネ力を受けて筒とのわずかな隙間の中で斜めに移動しているのでしょうか？
見た目ではそう思うのですが、実際どうなのか確信が持てず質問しました。
何卒、アドバイスを宜しくお願い致します。

回答No.2

my3027 · ベストアンサー

どんなモデルをお考えか分かりませんが、通常のコイルバネの座巻きは、お気付きの様に平坦ではありません。その意味ではコイルバネで単純にピストンをおしても、垂直に押し上げるというより少し傾いて押し上げているかバネが傾いて(座屈して）押すでしょう。ただ傾きはピストン径公差と縦方向長さで微小となると思います。また、バネの形状も縦横比で傾きを防げます。あと余談ですが、点で押していたら磨耗でどちらかがやられます。面で押すには最低３点必要ですが、それがバネのどの点かはわかりませんし、それ次第で荷重方向も変わります。

ただ普通のコイルバネで平面を押し上げても、垂直荷重にはならないでしょう。

お礼

縦横比で吸収できることに気付きませんでした！
確かにピストンが長ければガイドされる面積が増えて安定し、
ボールペンに入っているようなバネより円の大きなバネの方が
安定しますよね。
アドバイス有難うございます。

回答No.1

Akira_Oji

>ピストンをバネの力で押し戻そうとする時、輪の当たる面全体で力を受けているのではなく、
常に一点でバネ力を受けて筒とのわずかな隙間の中で斜めに移動しているのでしょうか?

「斜めに移動している」の意味が分りにくいのですが、「バネの輪の当たる面全体」が「硬い」物質でできていることが必要です。

例えば、あなたがフカフカのベッドに立った時のことを想像してください。当たってる足の部分がかなり沈んでいますが、あなたの体重を支えています。

もしベッドの表面に布などがなく、個々のバネがむき出しになっていれば、あなたの足の真下にある個々のバネだけがかなり縮んであなたを支えるわけです。

もしベッドの表面に布などがある場合は、表面に張られている布などの部分で近隣の部分をひっぱり、近隣の部分の下にあるバネがあなたを支えるのに「参加」します。

次にベッドの上に、ベッドの大きさの分厚いしっかりした板を置いてあなたがその上に乗った場合を想像してください。今度は足の下にある板の部分は「窪まず・沈まず」板全体が少し低くなるだけです。板は少しは変形しますが、その少しの変形を通して加えられた力をいた全体に伝え、あたかも板全体で、あるいはその結果としてベッド全体であなたを支えているわけです。

板をピストンの端にある「硬い」物質、ベッドの部分をピストンの内部にある「気体や液体」の部分と考え直せば、バネの接触面積が小さいときでもその力はピストン全体に伝えられているのが想像できるのではないでしょうか。

逆に、「一点でバネ力を受けて」いるのはその物質が「硬い」証拠です。

何ｍも積もった雪の上を普通のくつで歩くのはどうですか。スキーを履いて雪の上に立つことはできますが、普通のくつでは難しい。スキーにはある程度の「硬さ」が要求されます。

バネで豆腐を押してみてください。

お礼

アドバイス有難うございます。
「斜め・・・」という表現が分かり辛くてすみません。
筒の中でピストンが傾いて動いている、ということが言いたかったのです。。。
でも、幾つもの参考例を頂いてイメージがつきました。
ベッド上に置いた板の角に私が立った時、いくら板が硬くても立っている場所が沈んで傾斜してしまうので、
その対角ではバネの縮み方が若干違うのかなと思いました。
周囲のバネが「参加」して補ってくれても、直下のバネが一番沈みますよね？スキーの板でも人が乗っているところと
スキー板の先端を比べると、乗っているところの方が若干沈みますよね？
ってことはピストンはわずかに傾いて動いているのだなぁ、と思いました。
すみません、理解が違っていたらご指摘頂けるとありがたいです。。。