코일스프링은 왜 감긴 방향과 굵기에 따라 다른 탄성을 갖나요?

Question

기계요소설계에서 스프링을 배우는데, 같은 재료라도 코일의 감긴 횟수나 지름에 따라 탄성계수가 다르게 나타난다고 해요. 왜 이런 형태적 요소가 스프링의 강도에 영향을 미치는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 조일현 전문가입니다.

스프링이 늘어나거나 줄어들 때 비틀림에 따라 단단함이 결정 된다고 볼 수 있습니다.

만약에 철사가 두꺼울 수록 비틀기는 쉽지 않은 것 처럼 소선이 굵을 수록 스프링이 그 만큼 단단해 집니다.

또한 많이 감을수록 감긴 횟수가 늘어나는 만큼 비틀림의 강도가 여러 구간으로 분산되어 스프링이 유연해 집니다.

따라서 스프링이 눌려 다시 올라올 때 탄성 및 단단함이 결정 된다고 볼 수있겠습니다.

Answer 2

안녕하세요. 감병주 전문가입니다.

코일스프링은 같은 재료라도 선의 굵기, 코일 지름, 감긴 횟수에 따라 얼마나 쉽게 변형되는지가 달라집니다. 그래서 질문에 적으신것처럼 재료 자체의 탄성계수가 변하는 게 아니라 스프링 전체의 강성이 달라지는 거랍니다.

선이 굵어지면 비틀림에 강해져 스프링이 단단해지고, 코일 지름이 커지거나 감긴 횟수가 많아지면 더 쉽게 변형되어 부드러워집니다. 그래서 같은 철로 만든 스프링이라도 형상에 따라 탄성이 크게 달라질 수 있습니다. 참고로 감긴 방향이 오른쪽인지 왼쪽인지 자체는 일반적인 압축스프링의 강성을 크게 바꾸지는 않습니다. 감긴 방향은 조립 조건이나 여러 스프링을 함께 사용할 때 더 중요한 요소라는 점만 알아두시면 좋을것 같네요.

Answer 3

안녕하세요. 서종현 전문가입니다.

코일스프링의 탄성계수가 감긴 방향, 두께, 감긴 횟수, 코일 지름 등에 따라 달라지는 이유는 스프링이 실제로 기계적으로 변형되면서 힘을 저장하고 방출하는 구조적 특성 때문입니다.

먼저, 스프링은 재료의 탄성 한계 내에서 휨 변형에 의해 힘을 저장하는데, 이 변형은 코일의 지름, 와이어굵기, 그리고 감긴 횟수에 따라 달라집니다.

• 코일 지름이 크면 지렛대 원리가 적용되어 동일한 하중에 대한 변형이 커져 탄성계수는 낮아집니다.

• 와이어 굵기(단면적)가 커지면 더 튼튼해져서 탄성계수가 높아집니다.

• 감긴 횟수가 많으면 변형을 분산시켜 전체 스프링 길이가 길어지고, 그만큼 힘을 저장하는 폭이 넓어져 탄성계수는 작아집니다.

• 감기는 방향(좌,우감기)자체는 보통 강도에 직접 큰 영향을 주지 않지만, 설계 시 같은 방향으로 감긴 쌍 스프링이 맞물릴때 힘전달과 균형에 영향을 줄 수 있습니다.

즉, 스프링의 탄성계수는 재료뿐 아니라 코일 형상과 구조가 어떻게 하중에 대응하는지를 나타내는 기계 구조적 특성에서 나오는 것이며, 설계에서 이를 고려하지 않으면 원하는 힘과 변형을 얻기 어렵습니다.

Answer 4

안녕하세요. 임지훈 전문가입니다.

스프링은 물체가 원래 자리로 되돌아 오려는 성질때문에 그렇습니다.

1.스프링은 감긴회수에 따라 탄성이 틀려집니다.

2.늘어나버리면 스프링의 탄성이 줄어버리니 참고하세요.

좋은 하루 되시길