Oblicz sztywność sprężyny k = Gd⁴/(8D³Na), ugięcie, wskaźnik sprężyny, naprężenie ścinające z korektą Wahla i wysokość zblokowania dla śrubowej sprężyny naciskowej z drutu okrągłego.
Podaj średnicę drutu, średnią średnicę zwoju, zwoje czynne, materiał i siłę dla sztywności, ugięcia i naprężenia.
O tym narzędziu
Kalkulator śrubowej sprężyny naciskowej to darmowe narzędzie działające w przeglądarce, które oblicza właściwości mechaniczne śrubowej sprężyny naciskowej z drutu okrągłego na podstawie jej geometrii i materiału. Zwraca sztywność sprężyny k = G·d⁴/(8·D³·Na), ugięcie pod daną siłą, wskaźnik sprężyny, naprężenie ścinające z korektą Wahla oraz wysokość zblokowania. Podaj średnicę drutu d, średnią średnicę zwoju D, liczbę zwojów czynnych Na oraz przyłożoną siłę F. Wszystko jest obliczane lokalnie w Twojej przeglądarce.
Sztywność to k = G·d⁴/(8·D³·Na), gdzie G to moduł ścinania materiału — drut fortepianowy to około 79,3 GPa, a stal nierdzewna około 69 GPa, lub możesz podać własną wartość. Ugięcie wynika z prawa Hooke'a jako x = F/k. Wskaźnik sprężyny C = D/d opisuje proporcje zwoju, a współczynnik korekcyjny Wahla Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0,615/C uwzględnia dodatkowe naprężenie na wewnętrznej powierzchni zwoju, dając szczytowe naprężenie ścinające τ = Kw·8·F·D/(π·d³). Jeśli podasz całkowitą liczbę zwojów Nt, wysokość zblokowania (przy pełnym ściśnięciu) to Ls = d·Nt. Pracuj w SI (mm, N) ze sztywnością w N/mm i naprężeniem w MPa lub imperialnych (in, lbf) ze sztywnością w lbf/in i naprężeniem w psi.
Jako przykład: sprężyna z drutu fortepianowego (G = 79,3 GPa) o d = 2 mm, D = 15 mm i Na = 8 zwojów czynnych ma sztywność k = 79 300 × 2⁴ / (8 × 15³ × 8) ≈ 5,87 N/mm, więc siła 50 N ściska ją o około 8,5 mm. Jej wskaźnik C = 7,5 daje współczynnik Wahla bliski 1,20 i skorygowane naprężenie ścinające około 285 MPa. Utrzymuj naprężenie robocze w granicach dopuszczalnych materiału, aby uniknąć trwałego odkształcenia i zmęczenia.
Najczęściej zadawane pytania
Jak obliczana jest sztywność sprężyny?
Sztywność śrubowej sprężyny naciskowej z drutu okrągłego to k = G·d⁴/(8·D³·Na), gdzie G to moduł ścinania, d średnica drutu, D średnia średnica zwoju, a Na liczba zwojów czynnych. Ponieważ sztywność skaluje się z d⁴ i odwrotnie z D³, małe zmiany średnicy drutu lub zwoju silnie zmieniają sztywność.
Czym są wskaźnik sprężyny i współczynnik Wahla?
Wskaźnik sprężyny C = D/d to stosunek średniej średnicy zwoju do średnicy drutu, zwykle 4–12. Korekta Wahla Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0,615/C podnosi nominalne naprężenie ścinające, aby uwzględnić krzywiznę i ścinanie bezpośrednie na wewnętrznej powierzchni zwoju, dając τ = Kw·8·F·D/(π·d³).
Jakiego modułu ścinania użyć?
Użyj modułu ścinania G materiału: około 79,3 GPa (11,5 Mpsi) dla drutu fortepianowego i twardo ciągnionej stali węglowej oraz około 69 GPa (10 Mpsi) dla stali nierdzewnej 302/304. Wybierz gotowe ustawienie pasujące do Twojego drutu lub wybierz własne i podaj G w GPa dla innych stopów.
Czym jest wysokość zblokowania?
Wysokość zblokowania Ls to długość sprężyny przy pełnym ściśnięciu, gdy zwoje się stykają, obliczana tutaj jako Ls = d·Nt ze średnicy drutu i całkowitej liczby zwojów Nt. Wyznacza minimalną długość i maksymalne użyteczne ugięcie; sprężyna nie może być nigdy ściśnięta poniżej wysokości zblokowania podczas pracy.