압축 스프링 설계 계산기

압축 코일 스프링의 선경, 평균지름, 유효권수, 재료를 넣으면 스프링 상수, 하중, Wahl 보정 전단응력, 밀착 높이, 좌굴 여부를 계산하고 모식도와 하중-변위 그래프를 그립니다. 스프링을 설계하거나 기성품 스프링을 확인할 때 씁니다.

사용 방법

1. '선경 d', '평균지름 D'(또는 '지름 입력'을 '바깥지름'으로 바꿔 Do), '유효권수 Na'를 넣습니다.
2. '끝단 형태'와 '자유 높이 L0'를 넣습니다. 자유 높이를 비우면 밀착·좌굴 계산은 건너뜁니다.
3. '재료'를 고르면 '전단탄성계수 G'가 대표값으로 채워집니다. 필요하면 직접 고칩니다.
4. '작동 조건'에서 '변위 입력' 또는 '하중 입력'을 고르고 값을 넣은 뒤 '스프링 상수 k', 응력, 경고를 확인합니다.

계산 방식과 참고

• k = G·d⁴ ÷ (8·D³·Na), F = k·x, τ = Kw × 8·F·D ÷ (π·d³), Wahl 보정계수 Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0.615/C, 스프링 지수 C = D/d. 총권수와 밀착 높이는 끝단 형태에 따릅니다(Shigley 표 10-1).
• 인장강도는 Rm = A ÷ dᵐ 추정식(Shigley 표 10-4)이고, 정적 허용 전단응력 기준은 Rm의 45 %(냉간 인발 탄소강), 50 %(경화·템퍼), 35 %(스테인리스·비철)입니다. 좌굴 한계 자유 높이는 2.63·D/α입니다.
• 모든 값은 추정값입니다. 선 재료의 강도 산포와 끝단 가공 상태에 따라 달라지며, 피로 수명과 세트(영구 변형)는 다루지 않습니다.

자주 묻는 질문

스프링 상수는 어떻게 계산하나요?

k = G·d⁴ ÷ (8·D³·Na)입니다. 피아노선(G = 81 GPa) 선경 2 mm, 평균지름 20 mm, 유효권수 10이면 k = 81000 × 16 ÷ (8 × 8000 × 10) = 2.025 N/mm입니다.

Wahl 보정계수는 왜 곱하나요?

코일 안쪽은 곡률 때문에 응력이 바깥쪽보다 큽니다. Wahl 계수는 이 곡률 효과와 직접 전단을 함께 보정하는 경험식으로, 스프링 지수 10이면 약 1.145, 6이면 약 1.25입니다.

스프링 지수 C는 얼마가 적당한가요?

보통 4~12 사이로 설계합니다. 4보다 작으면 감기 어렵고 응력 집중이 크며, 12보다 크면 코일이 엉키고 치수 산포가 커집니다.

압축 스프링은 언제 좌굴하나요?

자유 높이가 2.63·D/α보다 길 때입니다. 양단 평행 고정(α = 0.5)이면 평균지름의 약 5.26배, 한쪽 자유(α = 2)면 약 1.3배까지입니다. 그보다 길면 안내봉이나 안내관을 둡니다.