نرخ فنر k = Gd⁴/(8D³Na)، خیز، شاخص فنر، تنش برشی تصحیحشده وال و ارتفاع بسته را برای یک فنر فشاری مارپیچ سیمگرد محاسبه کنید.
قطر سیم، قطر متوسط حلقه، حلقههای فعال، ماده و نیرو را برای نرخ، خیز و تنش وارد کنید.
درباره این ابزار
ماشینحساب فنر فشاری مارپیچ یک ابزار رایگان و درونمرورگری است که ویژگیهای مکانیکی یک فنر فشاری مارپیچ سیمگرد را از هندسه و ماده آن محاسبه میکند. نرخ فنر k = G·d⁴/(8·D³·Na)، خیز تحت یک نیروی مشخص، شاخص فنر، تنش برشی تصحیحشده وال و ارتفاع بسته را برمیگرداند. قطر سیم d، قطر متوسط حلقه D، تعداد حلقههای فعال Na و نیروی اعمالی F را وارد کنید. همه چیز بهصورت محلی در مرورگر شما محاسبه میشود.
نرخ k = G·d⁴/(8·D³·Na) است، که در آن G مدول برشی ماده است — سیم موزیکال حدود 79.3 GPa و استنلس حدود 69 GPa، یا میتوانید یک مقدار سفارشی وارد کنید. خیز از قانون هوک بهصورت x = F/k پیروی میکند. شاخص فنر C = D/d نسبتهای حلقه را توصیف میکند، و ضریب تصحیح وال Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0.615/C تنش اضافی روی سطح داخلی حلقه را در نظر میگیرد و بیشینه تنش برشی τ = Kw·8·F·D/(π·d³) را میدهد. اگر تعداد کل حلقهها Nt را وارد کنید، ارتفاع بسته (کاملاً فشرده) Ls = d·Nt است. در SI (mm، N) با نرخ به N/mm و تنش به MPa، یا امپریال (in، lbf) با نرخ به lbf/in و تنش به psi کار کنید.
بهعنوان یک مثال حلشده، یک فنر سیم موزیکال (G = 79.3 GPa) با d = 2 mm، D = 15 mm و Na = 8 حلقه فعال دارای نرخ k = 79,300 × 2⁴ / (8 × 15³ × 8) ≈ 5.87 N/mm است، پس یک نیروی 50 N آن را حدود 8.5 mm فشرده میکند. شاخص آن C = 7.5 یک ضریب وال نزدیک به 1.20 و تنش برشی تصحیحشده حدود 285 MPa میدهد. تنش کاری را در محدوده مجاز ماده نگه دارید تا از نشست و خستگی جلوگیری شود.
پرسشهای پرتکرار
نرخ فنر چگونه محاسبه میشود؟
نرخ یک فنر فشاری مارپیچ سیمگرد k = G·d⁴/(8·D³·Na) است، که در آن G مدول برشی، d قطر سیم، D قطر متوسط حلقه و Na تعداد حلقههای فعال است. چون نرخ با d⁴ و بهطور معکوس با D³ مقیاس میشود، تغییرات کوچک در قطر سیم یا حلقه سختی را بهشدت تغییر میدهد.
شاخص فنر و ضریب وال چیست؟
شاخص فنر C = D/d نسبت قطر متوسط حلقه به قطر سیم است، معمولاً 4–12. تصحیح وال Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0.615/C تنش برشی اسمی را افزایش میدهد تا انحنا و برش مستقیم روی سطح داخلی حلقه را در نظر بگیرد، و τ = Kw·8·F·D/(π·d³) را میدهد.
چه مدول برشی را باید استفاده کنم؟
از مدول برشی G ماده استفاده کنید: حدود 79.3 GPa (11.5 Mpsi) برای سیم موزیکال و فولاد کربنی کشیدهسخت، و حدود 69 GPa (10 Mpsi) برای استنلس 302/304. پیشتنظیمی که با سیم شما مطابقت دارد را انتخاب کنید، یا سفارشی را انتخاب کنید و G را به GPa برای آلیاژهای دیگر وارد کنید.
ارتفاع بسته چیست؟
ارتفاع بسته Ls طول فنر هنگام فشردهشدن کامل است بهطوری که حلقهها لمس میشوند، که اینجا بهصورت Ls = d·Nt از قطر سیم و تعداد کل حلقهها Nt محاسبه میشود. حداقل طول و بیشینه خیز قابل استفاده را تعیین میکند؛ فنر هرگز نباید در سرویس زیر ارتفاع بسته خود فشرده شود.