스프링 지수: 작은 코일에 굵은 와이어가 저항하는 이유

나선형 스프링이 축 방향으로 눌릴 때, 와이어는 전체적으로 늘어나거나 굽는 것이 아니라 **비틀림**을 받습니다. 와이어의 각 작은 길이 구간은 토크를 전달하며, 와이어 전체가 길이 방향으로 약간 감기면서 스프링이 변형됩니다. 이로부터 단순 응력 공식이 도출되며, 이는 원형 봉의 비틀림과 같습니다: τ = 8FD/πd³. **이 공식이 틀리게 만드는 두 가지 요인이 있습니다.** *직접 전단.* 하중은 와이어를 옆으로도 밀어내며, 이 전단은 와이어의 한쪽에서는 비틀림 전단에 더해지고 다른 쪽에서는 빼집니다. 작은 효과이지만, 원하지 않는 곳에서 항상 더해집니다. 바로 코일 내측입니다. *곡률.* 코일 내측의 와이어는 외측 와이어보다 짧은 반경에 놓이므로, 같은 비틀림에서도 더 큰 변형을 받습니다. 와이어 직경에 비해 코일이 촘촘할수록 상황은 더 나빠집니다. **Wahl 계수는 이 두 요인을 하나의 승수로 묶으며**, 이 승수는 지수(index)에만 의존합니다. 항상 1보다 크며, 스프링이 거의 항상 코일의 INSIDE에서 파손되는 이유이기도 합니다. **파손된 스프링을 보면 이를 확인할 수 있습니다.** 균열은 응력이 가장 높고, 인발 자국이나 녹 구멍도 집중되는 내측 표면에서 시작됩니다. 스프링은 최악의 지점이 알려진 부품이라는 점에서 드물고 유용한 특성을 지닙니다.

**와이어는 버니어 캘리퍼스가 아니라 마이크로미터로 측정하고**, 직각 방향의 두 지점에서 측정하십시오. 스프링 와이어는 엄격한 공차로 둥글게 만들어지지만, 과부하를 받은 스프링은 코일이 납작해질 수 있으며, 곡면 와이어에서 캘리퍼스는 값을 높게 읽습니다. **코일의 OUTSIDE 직경을 측정하십시오**. 이는 실제로 접근할 수 있는 값이기 때문이며, 그 다음 평균 직경을 구하기 위해 와이어 직경 하나를 뺍니다: D = D_외경 − d **두 번이 아닙니다.** 이것은 스프링 작업에서 가장 흔한 계산 실수입니다. 평균 직경은 와이어의 중심을 지나므로, 외경에서 와이어 한 개의 직경을 뺀 값이거나 내경에 와이어 한 개의 직경을 더한 값입니다. **그다음 C = D/d**를 계산하면, 즉시 세 가지를 알 수 있습니다: 주어진 하중에서 와이어가 대략 얼마나 응력을 받는지, 스프링이 냉간 권선되었을 수 있는지, 그리고 고려 중인 대체품이 같은 계열인지 여부입니다. **받은 모든 스프링에 대한 간단한 점검:** 저가의 대량 생산 스프링에서 지수가 4 미만인 경우는 매우 드물므로, 계산 결과가 2.8이라면 와이어 직경을 두 번 뺐는지 확인하십시오.

**맨드렐은 원하는 코일보다 작아야 합니다.** 철사는 풀릴 때 되돌아오며(스프링백), 그 양은 재질과 인덱스에 따라 달라집니다. 경질 인발 스프링강의 대략적인 출발점은 원하는 평균 직경보다 약 10~15% 작은 맨드렐이며, 이후 실제로 얻은 결과를 측정하여 조정합니다. 처음부터 정확히 맞추는 사람은 없습니다. **스프링백은 인덱스가 커질수록 커집니다.** 촘촘한 코일은 대부분 소성 변형이어서 맨드렐 크기에 가깝게 굳습니다. 넓은 코일은 탄성에 더 가까워 눈에 띄게 벌어집니다. 그래서 같은 맨드렐과 같은 기법이라도 스프링이 다르면 오차가 다르게 나타납니다. **철사를 단단히 잡으세요.** 철사가 맨드렐로 공급될 때의 장력이 피치를 결정하고 코일들을 서로 촘촘히 밀착시킵니다. 느슨한 공급은 고르지 않은 피치를 만들고, 이는 스프링 전체에서 고르지 않은 강성으로 이어집니다. **바이스에 고정하고 감으세요. 맨드렐을 클램프로 고정한 채 철사를 그 둘레로 감아 나가며** — 그 반대가 아닙니다. 철사를 잡은 채 맨드렐을 손으로 돌리는 방식이 고정된 봉에 철사를 감는 것보다 훨씬 잘 제어됩니다. **양 끝은 길게 남겨 두고** 나중에 자르세요. 원하는 위치에서 정확히 끝나는 코일은 지금까지 없었습니다. **단단한 철사는 낮은 인덱스로 코일링한 뒤 그대로 사용할 수 없습니다.** C = 4 아래에서는 굽힘 바깥쪽이 철사의 연성을 넘어서 표면에 균열이 생깁니다. 이 균열은 인장 측에 생기며, 이 면이 코일의 바깥쪽이 되므로 루페로 확인할 수 있습니다. 장착하기 전에 반드시 살펴보세요. **그리고 풀림 처리된 철사로 만든 코일 스프링은 아직 스프링이 아닙니다.** 이후 반드시 담금질과 뜨임을 해야 하며, 그렇지 않으면 처음 사용할 때 영구 변형(세트)이 생깁니다. 피아노선과 경질 인발선은 이미 강도가 확보된 상태로 공급되므로 상온에서 코일링한 뒤 응력 제거만 합니다.