Berechnen Sie Federrate k = Gd⁴/(8D³Na), Durchbiegung, Wickelverhältnis, Wahl-korrigierte Schubspannung und Blocklänge für eine zylindrische Schraubendruckfeder aus Runddraht.
Geben Sie Drahtdurchmesser, mittleren Windungsdurchmesser, federnde Windungen, Werkstoff und Kraft für Rate, Durchbiegung und Spannung ein.
Über dieses Tool
Der Rechner für zylindrische Druckfedern ist ein kostenloses Werkzeug im Browser, das die mechanischen Eigenschaften einer zylindrischen Schraubendruckfeder aus Runddraht aus ihrer Geometrie und ihrem Werkstoff berechnet. Er liefert die Federrate k = G·d⁴/(8·D³·Na), die Durchbiegung unter einer gegebenen Kraft, das Wickelverhältnis, die Wahl-korrigierte Schubspannung und die Blocklänge. Geben Sie den Drahtdurchmesser d, den mittleren Windungsdurchmesser D, die Zahl der federnden Windungen Na und die aufgebrachte Kraft F ein. Alles wird lokal in Ihrem Browser berechnet.
Die Rate ist k = G·d⁴/(8·D³·Na), wobei G der Schubmodul des Werkstoffs ist — Federstahldraht etwa 79,3 GPa und Edelstahl etwa 69 GPa, oder Sie geben einen eigenen Wert ein. Die Durchbiegung folgt aus dem Hooke'schen Gesetz als x = F/k. Das Wickelverhältnis C = D/d beschreibt die Windungsproportionen, und der Wahl-Korrekturfaktor Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0,615/C berücksichtigt die zusätzliche Spannung an der inneren Windungsoberfläche und ergibt die maximale Schubspannung τ = Kw·8·F·D/(π·d³). Wenn Sie die Gesamtwindungszahl Nt eingeben, ist die Blocklänge (vollständig zusammengedrückt) Ls = d·Nt. Arbeiten Sie in SI (mm, N) mit der Rate in N/mm und der Spannung in MPa oder imperial (in, lbf) mit der Rate in lbf/in und der Spannung in psi.
Ein durchgerechnetes Beispiel: Eine Feder aus Federstahldraht (G = 79,3 GPa) mit d = 2 mm, D = 15 mm und Na = 8 federnden Windungen hat eine Rate k = 79.300 × 2⁴ / (8 × 15³ × 8) ≈ 5,87 N/mm, sodass eine Kraft von 50 N sie um etwa 8,5 mm zusammendrückt. Ihr Wickelverhältnis C = 7,5 ergibt einen Wahl-Faktor nahe 1,20 und eine korrigierte Schubspannung von etwa 285 MPa. Halten Sie die Arbeitsspannung innerhalb des zulässigen Werts des Werkstoffs, um Setzen und Ermüdung zu vermeiden.
Häufig gestellte Fragen
Wie wird die Federrate berechnet?
Die Rate einer Schraubendruckfeder aus Runddraht ist k = G·d⁴/(8·D³·Na), wobei G der Schubmodul, d der Drahtdurchmesser, D der mittlere Windungsdurchmesser und Na die Zahl der federnden Windungen ist. Da die Rate mit d⁴ skaliert und umgekehrt mit D³, verschieben kleine Änderungen des Draht- oder Windungsdurchmessers die Steifigkeit stark.
Was sind Wickelverhältnis und Wahl-Faktor?
Das Wickelverhältnis C = D/d ist das Verhältnis von mittlerem Windungsdurchmesser zu Drahtdurchmesser, typischerweise 4–12. Die Wahl-Korrektur Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0,615/C erhöht die nominelle Schubspannung, um Krümmung und direkten Schub an der inneren Windungsoberfläche zu berücksichtigen, und ergibt τ = Kw·8·F·D/(π·d³).
Welchen Schubmodul sollte ich verwenden?
Verwenden Sie den Schubmodul G des Werkstoffs: etwa 79,3 GPa (11,5 Mpsi) für Federstahldraht und hartgezogenen Kohlenstoffstahl und etwa 69 GPa (10 Mpsi) für 302/304-Edelstahl. Wählen Sie die zu Ihrem Draht passende Voreinstellung oder wählen Sie benutzerdefiniert und geben Sie G in GPa für andere Legierungen ein.
Was ist die Blocklänge?
Die Blocklänge Ls ist die Länge der Feder im vollständig zusammengedrückten Zustand, wenn sich die Windungen berühren, hier berechnet als Ls = d·Nt aus dem Drahtdurchmesser und der Gesamtwindungszahl Nt. Sie legt die minimale Länge und die maximal nutzbare Durchbiegung fest; die Feder darf im Betrieb nie unter ihre Blocklänge zusammengedrückt werden.