圧縮と曲げを同時に受けるばねの応力は？

質問

はじめまして。
私はばね計算について素人のため、応力の考え方について悩んでいます。

通常の圧縮ばねに発生する応力は、ばねに真っ直ぐな荷重が加わった状態を想定して、ねじり応力を算出しています。
しかしばねを固定しない状態で使用した場合、荷重の向き（偏荷重）、ばねの精度、ばねの倒れ等の様々な原因でばねに対して曲げ荷重が加わると想像できます。
また最初からそのような使われ方を前提にしている例も見られます。

このような使われ方をした場合、ばねに発生する応力はどのように考えれば良いのでしょうか？
ねじり応力が増加する？　ねじり応力＋曲げ応力（引張り応力）？
計算式をお教えいただけませんか。
また許容値の考え方はどうすれば良いでしょうか？

通常は、十分な安全率を確保することによって、この点をクリアしている感じがするのですが、実際に発生するであろう応力を知りたいのです。
もし曲げ荷重による応力が一箇所に集中しているとしたら、恐ろしい事が起きる感じもしています。

どうかお教えください。

回答No.2

noname#230359

一般的な引張り/圧縮バネは、貴殿の記述通り“ねじり応力”で計算します。
そして、使用回数寿命は、疲労等を考慮して、算出します。
と、材料では過酷な条件の使用方法です。

ですから、構造物に“ガイド”を儲けて、バネにも寄れ曲がり防止ガイド
を設けて、バネ自体に編荷重が極力掛からない様に設計時留意します。

さて、バネが動作時に、鋼線がねじれる事は、理解できますか？
また、バネが寄れ曲がる時に、働く応力は、求められますか？
<ねじりと曲げ（圧縮/引張り）応力となるんですかね>
それを合成して計算する方法は、ご存知ですか？

以上のステップで計算しますが、非常に難しいです。
ガイドで対処した方が、結果的に簡単です。

バネ寄れ曲がり時の弾性率も考慮しないと、バネは永久変形します。
また、使用回数寿命も同様です。

回答No.1

noname#230359

通常、圧縮ばねが、曲がりながら伸び縮みする使い方は、望ましいとは言えないでしょう。ですので、伸び縮みする際に曲がる恐れがある時は、ガイドの棒を入れたりして、曲がらないように気をつけています。
　もちろん、それでも多少は曲がる（蛇行する）のですけど、圧縮に伴うねじり応力に比べれば、曲がりに伴うねじり応力は十分小さいと言えるので、気にしたことはありませんでした。
　なお、圧縮ばねが直角に曲がるなど、明らかに曲がって使われる時には、曲げに伴うねじり応力の検討も必要だと思います。