ガススプリング力計算ツール: 必要な力の計算方法と例

ガス スプリングを正しく指定するには、必要なストローク位置でガス スプリングが供給しなければならない力という 1 つの数値から始まります。実際の計算はモーメントバランスであり、単純な重量推定ではありません。蓋、ドア、またはシートの重量のみを考慮してガス スプリングを選択した場合、ユニットが弱すぎて部品を開いたまま保持できないか、部品が上方に叩きつけられるほど強すぎる可能性があります。この記事では、力の方程式、変数、 ガススプリング力計算機 ニーズ、実際に行われた例、および現場で発生する実際的な間違い。

基本的なガス スプリングの力方程式から始めます

ガススプリングの理論上の出力は次のとおりです。 F = P × A ここで、P は内部窒素圧力、A は有効ピストン面積です。メーカーは通常、ストローク内の定義された点、通常はロッドが完全に伸びた状態でこの力を評価します。その評価はF1と呼ばれます。

F2 はロッドを完全に圧縮した状態で測定された力です。 F1 と F2 の違いは、ロッドがシリンダー内に移動する際の内部摩擦とガス量の変化によって生じます。一般的なユニットでは、その差は 10 ～ 20% ですが、これは重要です。公称力を 1 つだけ使用すると、スプリングが圧縮の終わり近くで柔らかすぎたり、伸長の終わり近くで硬すぎたりすることがあります。

F1 と F2 が実際に何を意味するか

設計作業の場合、サプライヤーに見積もりを依頼する場合は、必ず両方の値を要求してください。計算された F1 を満たしていても、F2 が異常に高いガス スプリングは、人が可動部分を押し下げると異なる動作をします。これは、制御された動作がユーザー エクスペリエンスの一部である座席およびアクセス パネルにおいて特に重要です。

ガス スプリング力計算ツールがアプリケーションをモデル化する方法

数値を実行する前に必要なキー入力

力計算機は、入力した値によってのみ機能します。計算する前に、以下を収集してください。

• ハンドル、ヒンジ、付属コンポーネントを含む可動部分の重量。
• ヒンジまたはピボット軸の位置。
• ピボット軸から可動部の重心までの距離。
• 固定フレームと可動部分の両方のガス スプリング取り付けポイントの位置。
• 到達したいストローク長と開き角度。
• 予想される動作温度範囲。

モーメントバランス方程式

計算はピボット軸の周りのモーメント バランスです。

Fspring × dspring = W × dcg

Fspring はガス スプリングによって伝達される力、dspring はピボット軸からスプリングの中心線までの垂直距離、W は可動部分の重量、dcg はピボット軸から重心までの水平距離です。 dspring と dcg は開き角度によって変化するため、少なくとも閉、半開、全開の 3 つの位置を確認する必要があります。最も高いバネ力を必要とする位置によって、指定する必要がある定格が決まります。

2 つのスプリングを使用して取り付ける場合は、2 つのユニット間で必要な力を分割します。シールの磨耗、圧力許容差、生産時のばらつきをカバーするために、約 10 ～ 15% の安全マージンを追加してください。

一般的なオンライン計算機は、単純化されたジオメトリを前提としています。取り付けポイントが対称でない場合は、計算機を出発点として使用し、CAD モデル内の重要な位置を手動で確認してください。

実践例: 重い蓋に合わせてガススプリングのサイズを調整する

蓋を閉めたときに重心がヒンジから 300mm の位置にある蓋を考えます。蓋の重さは 150 N で、ガス スプリングを 2 つ使用する予定です。以下の表は、単純なモーメントバランスに基づいた 3 つの位置におけるスプリング 1 本あたりの必要力を示しています。

閉じた位置では最も大きな力が必要になります。 187.5 N に 15 パーセントの安全マージンを掛けると、次のようになります。 スプリングあたり 216 N 。これは、各スプリングに指定された F1 が少なくとも 216 N である必要があることを意味します。モーメントは重量だけでなくレバー アームに依存するため、移動重量のみを求める力の計算ではこの数値が欠落します。

実際には、ガススプリングがロッドを上向き、下向き、または横向きに取り付けるかどうかも確認してください。向きによって摩擦と内部潤滑が変化するため、同じ F1 でも、ある取り付け位置では別の取り付け位置よりも硬く感じることがあります。計算された値がどの標準製品とも一致しない場合は、通常、取り付けポイントを変更するよりも、ガス圧を調整したカスタムユニットを使用する方が良い解決策となります。

ガススプリングの力の計算でよくある間違い

たとえ正しい配合をしていても、小さな誤差によりスプリングが弱すぎたり攻撃的になりすぎたりする可能性があります。以下の間違いは、製造図面や返送要求で最もよく見られる間違いです。

1. ヒンジ周りのモーメントを計算する代わりに、可動部品の全重量を使用します。重量だけでは必要な力はわかりません。
2. ガススプリングの力がストローク全体にわたって一定であると仮定します。 F1とF2は異なり、レバーアームも変わります。
3. 閉位置のみの確認です。スプリングの取り付け形状が変わると、そこで必要な力が最も低くなる可能性があるため、常に少なくとも 3 つの角度を確認してください。
4. 特大の安全係数を追加します。 30% のマージンがあると、特にスプリングがヒンジの近くに取り付けられている場合、スプリングが非常に強くなり、作業員が蓋を閉めることができない可能性があります。
5. 温度の影響を無視します。内部ガス圧力は絶対温度に比例して変化するため、定格 23°C のユニットは、直射日光や暑い作業場で著しく大きな力を発揮できます。

私たちが見た典型的なケースの 1 つは、200 N のカバーに 500 N のスプリングが取り付けられたものでした。取り付け者は、スプリングの短いレバーアームを考慮せずに、カバーウェイトを直接使用しました。カバーがあまりにも早く開いたので、小さなオペレーターでは制御できませんでした。実際のレバーアームを300N単位に向けて再計算したところ問題は解消されました。

計算から実際の製品へ：用途に合わせた力の調整

力の値は出発点にすぎません。正しいユニットには、構築する製品に適したストローク、エンドフィッティング、減衰動作、および取り付け形状も必要です。

座席用途では、負荷は静止している蓋ではなく、動いている人です。 F1、減衰力、ロック力のバランスによって、シートがスムーズに動くかぎくしゃくするかが決まります。バースツールや同様の高さ調節可能な椅子を使用している場合は、 バースツールガススプリング 予想されるユーザーの体重範囲と高さ調整範囲に一致させる必要があります。私たちの ガススプリングをバースツールのデザインと重量要件に適合させる ガイドでは、これらの変数について詳しく説明しています。

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キャビネットのドア、マシンガード、およびアクセスパネルの場合、 サポートガススプリング シンプルな取り付けレイアウトで予測可能な揚力を実現します。これらの製品では、通常、閉位置モーメントバランスが F1 定格を定義する数値となります。

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モニターアームやメンテナンスハッチなど、可動部を中間位置で保持する必要がある場合、 ロック可能なガススプリング ストローク内のどこでも位置ロックを実現します。全閉位置だけでなく、最も負荷がかかる位置でのロック力を確認してください。より詳細な比較については、以下を参照してください。 調整可能なロッキングガススプリング選択ガイド .

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取り付け位置自体によって有効なレバー アームが変化するため、同じ力の値であっても、短くて硬いアームと長くて柔らかいアームでは感覚が異なる場合があります。注文する前に、CAD モデルのガス スプリングの中心線からピボットまでの実際の距離を必ず確認してください。

計算機の結果をメーカーに検証する理由

計算された F1 値は理論上の数値であり、最終仕様ではありません。実際の生産ユニットは、ロッドの直径、シールの摩擦、オイルの充填、取り付けブラケット、および取り付けポイントの正確な位置の影響を受けます。このため、メーカーが社内でテストを行うことで、時間を節約し、やり直し作業を行うことができます。

ADF では、お客様の図面またはサンプルからガス スプリングとシリンダーを開発し、すべてのプロセス段階を検査し、OEM プロジェクトとアフターマーケット プロジェクトの両方をサポートします。 15 の生産ラインと 130 名を超えるチームを擁する当社は、カスタムのストローク長、特殊なエンドフィッティング、標準カタログと必ずしも一致しない力の値にも対応できる体制を整えています。

モーメントバランスからスタートし、閉位置、開位置を確認し、若干の安全マージンを加えてメーカーと相談の上、ご注文ください。この組み合わせは、スタンドアロンの計算機よりも信頼性が高くなります。