스프링이란? 스프링의 종류와 특징/스프링 설계 기본값 알기

 

 

 

스프링이란?

스프링은 우리가 용수철이라고 부르는 제품을 말합니다. 기계, 기구, 구조물 등 산업에서 뿐만 아니라 우리의 일상에서 정말 쉽게 볼 수 있는 부품입니다. 볼펜을 열어보면 스프링이 있듯이 말입니다. 스프링은 탄성, 즉 힘을 가하면 형태가 바뀌지만 힘을 빼면 원래대로 돌아오는 성질을 이용한 탄성체입니다. 이런 특성은 주로 충격을 완화하는 장치, 진동을 방지하는 곳에서 사용됩니다.

 

자동차에서 스프링은 꽤나 중요한 역할을 합니다. 차가 달리면서 발생하는 진동을 방지해 주는 역할을 하기 때문입니다. 이런 스프링이 없다면 모든 진동을 몸으로 느끼면서 운전을 해야할 테니 무시할 수 없는 기계부품임이 확실하죠. 그럼 스프링의 재질과 종류, 특징에 대해 자세히 알아보겠습니다.

 

스프링 재질에 따른 분류

스프링의 재질 스프링은 금속스프링과 비금속스프링으로 분류할 수 있습니다. 금속스프링은 강스프링(탄소강 스프링, 합금강 스프링)과 비철금속 스프링(동합금 스프링, 니켈합금 스프링)이 있습니다. 비금속 스프링에는 고무스프링, 유체스프링(공기 스프링, 액체 스프링) 합성수지스프링(적충재스프링) 등이 있습니다.

 

금속스프링	비금속 스프링
강스프링 _ 탄소강 스프링, 합금강 스프링	고무스프링, 유체스프링(공기 스프링, 액체 스프링)
비철금속 스프링 _ 동합금 스프링, 니켈합금 스프링	합성수지스프링(적충재스프링)

 

 

스프링의 특징과 용도

▶ 스프링은 진동 또는 탄성에너지를 흡수해 완충, 방진의 작용을 합니다.

- 승강기의 완충 스프링, 전동차, 자동차 등의 현가장치 

 

▶ 스프링은 에너지를 축적한 상태에서 이를 동력원으로 작동시키는 데 사용합니다.

- 계기용 스프링, 시계나 사진기의 태엽, 완구용 스프링, 축음기, 총포의 격심용 스프링

 

▶ 스프링은 복원성을 이용해 일정한 압력을 가할 때 사용합니다.

- 스프링 와셔, 안전 밸브 스프링

 

▶ 스프링은 힘의 측정에 사용합니다.

- 스프링 거울, 각종 압력 게이지

 

스프링 형태에 따른 분류

코일 스프링

▶ 코일 스프링

쇠막대를 나선형으로 동글게 감아서 만들 스프링을 말합니다. 마치 식물의 덩굴이 막대기를 감으며 올라가듯이 스프링이 동그랗게 나선으로 말려있습니다. 코일스프링의 강도는 두께가 굵어질수록 단단해지고 감는 횟수가 많을 수록 부드러워지며, 코일의 지름이 클수록 부드럽습니다. 쉽게 제작이 가능한 스프링이기 때문에 널리 사용되며 효율성이 높고 가격이 저렴합니다. 자동차의 서스펜션으로 가장 많이 사용되는 스프링입니다. 코일스프링에는 압축코일 스프링 인장코일 스프링, 비틀림 코일 스프링 등이 있습니다. 

 

판 스프링

▶ 판 스프링 

길이가 각각 다른 몇 개의 철판을 겹쳐서 만들 스프링을 말합니다. 판스프링은 구조가 간단해 리어 서스펜션에 사용됩니다. 진동을 억제하는 작용은 높지만 작은 진동에 대한 흡수는 좋지 않습니다. 또 무겁고 소음이 많아 코일스프링으로 대체되고 있는 것이 특징입니다. 화물차와 버스에서 많이 볼 수 있으며 판 스프링의 판 사이에 고무밴드를 넣거나 판의 수를 조절해 마찰음을 줄이기도 합니다.

 

벌류트 스프링

▶ 벌류트 스프링

원뿔 코일 스프링의 일종으로 사각형 단면의 강판을 말아서 원뿔 현상으로 올린 압축 스프링을 말합니다. 공간 용적의 비율로 큰 에너지를 흡수 할 수 있는 것이 특징입니다. 판과 판 사이의 마찰을 이용해 진동을 감소 시킬 수 있는 것으로 완충용도로 사용됩니다.

 

태엽 스프링

▶ 태엽 스프링

탄성이 뛰어난 얇고 가는 띠 모양의 금속판을 달팽이처럼 나선형태로 말아 놓은 스프링을 말합니다. 나선형스프링이라고도 부르며 감았을 때 금속판이 가지는 탄성 에너지를 축적하게 되고 원래의 상태로 풀리려는 힘을 동력으로 이용하는 것이 특징입니다. 크고 지속적인 동력을 낼 수 없기 때문에 시계나 완구 같은 작은 힘을 필요로 하는 제품에서 사용됩니다.

 

 

접시 스프링

▶ 접시 스프링

접시스프링은 단취체적당 축척에너지가 코일스프링에 비해 매우 크기 때문에 작은 공간에서 짧은 힘으로 큰 부하 능력을 가지고 있는 것이 특징입니다. 접시스프링의 매수증감과 직렬, 병렬, 직병렬 등의 조합에 따라 스프링의 특성의 변화가 가능합니다. 충격 완화 용도로 사용되며 겹쳐서 사용할 수록 완충효과가 높습니다.

 

토션바 스프링

▶ 토션 바 스프링

길고 곧은 금속 막대의 한족을 바디에, 반대쪽은 서스펜션에 붙여 스프링을 만든 것을 말합니다. 막대를 비틀어서 스프링으로 사용하고 있어서 원리적으로는 감지 않는 코일 스프링입니다. 장소가 좁아도 사용가능하며 단위당 중량에너지 흡수율이 크고 가벼우며 구조도 간단한 반면에 진동 감쇠 작용이 없어 쇼크 업소버 등과 병행해 설치해야 합니다.,

 

스프링 설계 기본 값

 

재 료		G의 값 ㎏f/㎟	E의 값 ㎏f/㎟
경강선		8 × 102	21 x 102
피아노선		8 × 103	21 x 103
오일템퍼선		8 × 103	21 x 103
스테인레스강선	STS 302	7.2 × 103	19 x 103
	STS 304
	STS 316
	STS 321 JI	7.5 × 103	20 x 103
황동선		4 × 103	10 x 103
양백선		4 × 103	11 x 103
인청동선		1.3 × 103	10 x 103
베리륨동선		1.5 × 103	13 x 103

 

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