性能

作動応力

ウェーブ スプリングを圧縮すると、単純な梁を曲げるとの同様な応力が発生します。これらの圧縮および引張応力は、スプリングが降伏または「セッチングされる」までにスプリングがどれだけ圧縮されるかの限界を示します。スプリングのへたりは必ずしも受け入れられませんが、荷重およびたわみ要件によって、徐々に起きるある程度のたわみまたは「緩和」を受け入れるように設計する場合がよくあります。

最大設計応力

静的用途：スモーリー社は、弊社の標準スプリングのテーブルに記載されている最大引張応力を活用して、スモーリー社の製品で使用されている硬化された平角線の最小伸張による降伏強度を推定します。静的用途に使用するスプリングを設計する場合、計算された作動応力は最小引張強度の 100% 未満にすることを推奨します。しかしながら、特定の用途によっては、作動応力は降伏強度に達しない程度で最小引張強度を超えることができます。考慮しなければいけない一般的な要素は、永久セッチング、緩和、荷重の喪失および／または自由高さの喪失です。

動的用途： 動的用途に使用するウェーブ スプリングを設計する場合、スモーリー社は、計算された作動応力は最小引張強度の 80% 未満にすることを推奨します。

残留応力およびプリセッチング

荷重容量および／または疲労寿命は、スプリングをその降伏点よりも圧縮する、「プリセッチング」をすることで増加することができます。プリセッチングされたスプリングは、必要以上の自由高さおよび荷重で製造され、密着するまで圧縮されます。そうすることで自由高さおよび荷重は減少されますが、素材の表面には残留応力が残され、スプリングの性能を強化します。

疲労

疲労サイクルは、ウェーブ スプリングの設計で考慮しなければいけない重要な点で、スプリングがどれだけたわむことができるかを精密に判断することは、スプリングの価格に大いに影響します。分析には、部品の磨耗および温度の変化に伴って、スプリングが各サイクルでフル ストロークでたわむのか、千分の幾つかだけなのか、それとも両方の組み合わせなのかを含む必要があります。

計算式：

用語

σ = 素材引張強度
S1 = 下方作動高さでの計算された作動応力
S2 = 上方作動高さでの計算された作動応力

すばやく作動応力および予測サイクル寿命を確認するには、単巻ギャップ型またはオーバーラップ型、複数巻（クレスト トゥ クレスト）スパイラウェーブおよびネステッド スパイラウェーブページにある計算機が使用できます。

荷重／たわみ

実際のばね定数に対する理論的（計算された）ばね定数の比較は、スプリングの作動範囲の実質的な限界を提供します。ばね定数（P/f）は、たわみ計算式を操作することで計算できます一般的に、理論的ばね定数は、スプリングが底付きするまたは「密着高さ」に到達するまでは正確です。

原則として、計算されたばね定数は、利用可能なたわみの 80% までおよび密着高さの 2 倍の作動高さまでは直線的です。この「直線的」な範囲外でもスプリングは作動しますが、測定された荷重は計算されたものよりはるかに高くなります。

単巻ギャップ型またはオーバーラップ型、複数巻（クレスト トゥ クレスト）スパイラウェーブおよびネステッド スパイラウェーブ 部品についての詳細情報は、それぞれのページを参照してください。

ヒステリシス

ウェーブ スプリングは荷重をかけたときに大きな力を出し、荷重を抜くときに小さな力を出します。この効果を、ヒステリシスと呼びます。カーブの間の網がかかった部分は、これの図的表現です。

単巻スプリングの場合、円周上および半径方向の動きによる摩擦が主な原因となります。クレスト トゥ クレストおよびネステッド スプリングの場合も、隣接する階層が相互にこすれあうので、摩擦損失に寄与します。十分な潤滑をすることで、この影響が最小化されます。

直径拡張

ネステッドおよびクレスト トゥ クレスト スパイラウェーブのみ：複数巻スパイラウェーブは、圧縮されると直径が拡張されます。以下の計算式で、完全に圧縮された場合の最大直径を予測します。

計算式：

用語

OD_M  = 密着時の外形（インチ）
R = ウェーブ半径（インチ） = （4Y² + X²）/8Y
N = ウェーブ数
θ = 角度 = ArcSin［X/（2R）］（度）
b = リング幅（インチ）
X = 1/2 ウェーブ周期 = （πD_M）/（2N）
Y = 1/2 平均自由高さ = （H-t）/2
ここで H = 巻数ごとの自由高さ（インチ）

リニア スプリング

リニア スプリングは、スプリング テンパー素材のワイヤーの全長にわたって、連続した波を形成（マーセル化）しています。これは、ウェーブ スプリングとほぼ同等の荷重／たわみ特性を持った耐荷重性デバイスです。

取り付け位置により、力は軸方向または半径方向にかかります。軸方向の圧力は、エキスパンダーを直線状に平らに配置することで得られます。エキスパンダーを円形に巻きつけること（たとえばピストンの周り）で、軸方向の力または外向きの圧力を得られます。