導入
板バネは、1 つまたは複数の重ね合わせた金属板の柔軟性とその弾性特性を利用して機械エネルギーを吸収し、動きを生み出し、システムに力やトルクを加えるタイプのバネです。刃の片端を固定してもう一方に復元力をかける場合と、両端を固定して刃の中央に復元力をかける場合の2種類の使用形態があります。
このタイプのスプリングは、主に車両のサスペンションに使用され、衝突または段差（2つの固定端）の後に車輪を元の位置に戻すために使用されます。また、器官学において、クラリネットなどの管楽器の特定のキー (固定端が 1 つ) の戻りバネを生成するために使用される装置でもあります。
基本形
ここでは、事前のサイズ計算 (「二乗」と呼ばれることもあります) に限定して、当技術分野のルールに従って作成された実際の板バネのサイズのおおよそのアイデアを示します。一方の端に埋め込まれ、もう一方の端に負荷がかかるブレードは明らかにバネとして機能しますが、最大応力は埋め込まれた側に広がり、他方と同じ I/V 曲げ係数を持つ自由端はほとんど使用されません。
材料をより効果的に使用するために、私たちは明らかに等しい抵抗の形状に近づけようとします。この場合、放物線の法則に従って変化する一定の幅と高さの形状（たとえば、ルノー トラフィックで使用されるソリューション）、または三角形のブレードです。一定の高さであり、計算の基礎として機能します。
凹部のレベルでのこのブレードの幅を b o 、その長さをL とすると、横座標 x の点M でのブレードの幅は次のように表されます。
M における曲げモーメントは次のとおりです。
最大曲げ応力はブレード全体で一定です。
変形状態
古典的ではありますが、小さな変位に関する非現実的な仮説では、荷重P の影響下での自由端のたわみ f を計算できます。
抵抗と変形の 2 つの条件により、ブレードの最大厚さが決まります。
厚さが標準化された値に四捨五入されると、b oが決定され、一般にブレードの寸法が法外なものになります。
抵抗条件
前の計算から次のようになります。
実装上の問題
実際の形式は、これまでに見た等しい抵抗の理論的な形式とはかなり異なります。
- 最も長いブレード、つまりマスターブレードには、外部要素との接続を可能にするだけでなく、剪断力のみに抵抗するのに十分な断面が必要です。したがって、その端は決して三角形ではなく、常に必要に応じて形作られます。
- スプリングの「あくび」、つまりブレードの離陸を防ぐために、最長のマスターブレードから最短のマスターブレードに向かって増加する曲率を後者に与えます。次に、ブレードの厚さを薄くする必要があります。そうしないと、弾性限界をますます超えてしまいます。
- ブレードの端は決して尖った形にカットされることはなく、まっすぐにカットされ、台形に仕上げられたり、放物線状のプロファイルに従って薄く丸められたりすることもあります。
直刃 | 台形ブレード | 放物線状の端を持つブレード |
- 通常、ブレードの断面は長方形ではなく、下の図に示すように、ブレードの位置を揃えるためのリブが付いています。板バネの製造用に特別に形成された標準化されたプロファイルもあります。
- ブレードを中央でクランプするには、クランプ部分が硬くなるため、スプリングの長さを長くする必要があります。
- アタッチメントは、ストレートアイ (6)、リバース (7)、ショルダー付き (8)、ラグ付きストレート (9)、ラグ付きショルダー付き (10)、スライディングサポート (11) と呼ばれる非常に多様な形状をとることができます。
対称か非対称か、曲率が低いか高いかなど、あらゆる形状の段付き板バネを製造できる可能性を追加すると、この段落の冒頭で確立した理論式は少なくとも修正する必要があることが明らかになります。修正しました。実際、各春には個別の学習が必要です。
ブレード間の摩擦により、顕著なエネルギー損失が発生します（ばねの変形仕事は、緩和の瞬間に完全に復元されるにはほど遠い）が、これらの損失は、たとえばばねサスペンションの場合、振動の減衰に寄与します。ただし、式が少し歪むという事実とは別に、摩擦は非常に破壊的な腐食摩擦現象 (赤い粉) を発生させる可能性があります。この特定の形態の摩耗を回避、または少なくとも減速させるには、保護潤滑が絶対に不可欠であり、ブレードの表面状態が良すぎてはなりません。逆に、 「生の」刃を使用する必要があります。