이 튜토리얼에서는 예제 인장 스프링을 설계하는 단계를 단계별로 안내합니다.


먼저 새로운 인장 스프링 설계를 생성해 보겠습니다:

다른 작업을 시작하기 전에 선택된 단위, 설계 표준 및 공차 표준을 확인하십시오. 기본값은 미터법, EN 13906-2 및 DIN 2097입니다(이 글을 작성하는 시점에는 인장 스프링에 대한 EN 공차 표준이 없습니다). 도면에 맞춰 사용자 정의 단위를 설정해야 하는 경우, [도구] > [옵션]을 통해 설정할 수 있습니다.

그런 다음 왼쪽 패널을 따라 내려가, 설계 시작 전에 이미 알고 계실 법한 재료 및 끝 고리 유형과 같은 기본 입력값을 다루는 '필수 데이터(Required Data)' 섹션부터 시작합니다. (때로는 설계 결과를 확인하면서 재료 선택이 변경되기도 하지만, 일반적으로는 어디서부터 시작해야 할지 꽤 명확하게 파악하고 계실 것입니다.) 이 항목들은 당분간 그대로 두셔도 됩니다.

다음으로 '설계 매개변수' 영역으로 넘어갑니다. 이곳에서 스프링의 기본 형상을 입력합니다. 먼저 상단의 드롭다운 설계 옵션을 "초기 장력, 자유 길이 + 기타 3개 매개변수 설정"으로 남겨두겠습니다.

스프링을 정의하는 6개의 매개변수가 있음을 확인할 수 있습니다. 왼쪽에는 체크박스 열이 있는데, 이는 어떤 값이 지정되었는지를 나타냅니다. 초기 장력(Initial Tension)과 자유 길이(Free Length) 변수가 이미 선택되어 있는 것을 볼 수 있습니다. 이는 나머지 네 가지 변수는 서로 관련되어 있지만, 스프링의 초기 장력과 자유 길이는 독립적이므로 반드시 지정해야 하기 때문입니다.


'와이어 직경(Wire Diameter)' 옆의 값 입력란을 클릭하고 3을 입력하세요. 입력하는 즉시 체크박스가 자동으로 선택되어 이 변수가 지정되었음을 나타냅니다.

Enter 키를 눌러 외경 입력란으로 이동합니다. 여기에 20을 입력하고(밑줄이 그어진 '외경(Outside Diameter)' 라벨을 클릭하여 내경이나 평균 코일 직경을 지정할 수도 있습니다), 총 코일 수에는 25를 입력합니다. 이 시점에서 스프링 계수 입력란이 회색으로 변해 편집할 수 없게 되며, 그 옆의 체크박스도 마찬가지입니다. 이는 계수가 계산된 변수가 될 것임을 나타냅니다.

초기 장력에 50을, 자유 길이에 106을 입력하고(Enter 키를 누르면) 화면 곳곳에 수많은 숫자가 나타납니다. 이는 이제 스프링을 계산하기에 충분한 정보가 입력되었기 때문입니다. 작동 데이터(스프링의 사용 방식)는 입력하지 않았지만, 여전히 충분한 정보가 있습니다.


우선, 6.72 N/mm의 스프링 계수를 확인할 수 있습니다. 그 다음 오른쪽에는 '계산된 데이터(Calculated Data)'와 '응력 데이터(Stress Data)' 영역이 있습니다. '계산된 데이터'는 자유 위치에 있는 스프링에 대한 일반적인 정보입니다. '도구(Tools) > 옵션(Options) > 계산된 데이터(Calculated Data)'에서 이 표에 표시되는 내용을 완전히 사용자 정의할 수 있습니다.


응력 데이터 그리드를 살펴보면, 선택한 재료(EN 10270-1 인발 탄소강)에 SL, SM, DM, SH, DH 등 5가지 등급이 있음을 알 수 있습니다. 일부 재료는 단일 등급(예: ASTM A228)을 가지기도 하고, 여러 등급을 가지기도 합니다. 각 등급의 인장 강도는 이름 옆에 표시됩니다. 마지막 열은 인장 강도의 백분율로 표시된 초기 인장 응력입니다. 따라서 강도가 증가하면 인장 강도 백분율 값은 감소합니다.

이제 설계 매개변수로 돌아가 설계를 약간 조정해 봅시다. '총 코일 수(Total Coils)' 옆의 체크박스를 해제하면 이 항목이 계산 변수가 되며, 이제 스프링 계수를 지정할 수 있습니다. 값을 6.72에서 10으로 변경하면 코일 수가 25개에서 16.8개로 줄어드는 것을 확인할 수 있습니다.


또한 '계산된 데이터(Calculated Data)' 그리드의 변수 중 하나인 '추가 길이(Added Length)' 값이 빨간색으로 표시된 것을 확인하실 수 있습니다. 이는 첫 번째 설계에서 자유 길이가 코일 수와 루프 길이와 정확히 일치했기 때문입니다. 이제 코일 수를 줄였으므로, 자유 길이를 동일하게 유지하기 위해 추가 길이(직선 와이어 길이)를 삽입해야 합니다. 특별히 문제가 되는 것은 아니지만, 사용자가 이를 인지할 수 있도록 빨간색으로 표시했습니다.

이제 작동 데이터를 입력해 보겠습니다. 'Length' 레이블 옆의 '1'이라는 제목이 붙은 열을 클릭하고 120을 입력한 후(Enter 키를 누릅니다). 이렇게 하면 유효 길이 L1 = 120 mm에 대한 다양한 매개변수가 계산되며, 위치 2를 위한 빈 열도 생성됩니다. 이 열의 하중 행에 500을 입력하여 F2 = 500 N을 설정하십시오. 또한 (자유 위치로부터의) 처짐량이나 (L1에 대한) 유효 처짐량을 입력할 수도 있습니다.


이렇게 하면 가장 중요한 출력 결과 중 하나인 응력 데이터 그리드도 채워집니다. 초기 인장 응력뿐만 아니라, 이제 두 작업 위치에 대한 % 인장 값도 확인할 수 있습니다(예를 들어, DH 등급의 경우 L1에서 17%, L2에서 44%).


또한 처음 세 등급의 경우, L2 열에서 인장 % 값이 빨간색 배경으로 표시되는 것을 확인할 수 있습니다. 이는 EN 13906-2에서 규정하는 작업 응력 한계가 인장 강도의 45%이며, 이 세 등급의 값이 이 한계를 초과하기 때문입니다. SH 및 DH 등급의 경우 와이어 강도가 더 높으므로 45% 미만입니다.