Tính độ cứng lò xo k = Gd⁴/(8D³Na), độ võng, chỉ số lò xo, ứng suất cắt hiệu chỉnh Wahl, và chiều cao ép sát cho lò xo xoắn ốc chịu nén dây tròn.
Nhập đường kính dây, đường kính vòng trung bình, số vòng hoạt động, vật liệu và lực để có độ cứng, độ võng và ứng suất.
Về công cụ này
Công cụ tính Lò xo Xoắn ốc Chịu nén là một công cụ miễn phí, chạy trong trình duyệt, tính các tính chất cơ học của lò xo xoắn ốc chịu nén dây tròn từ hình học và vật liệu của nó. Nó trả về độ cứng lò xo k = G·d⁴/(8·D³·Na), độ võng dưới một lực cho trước, chỉ số lò xo, ứng suất cắt hiệu chỉnh Wahl, và chiều cao ép sát. Nhập đường kính dây d, đường kính vòng trung bình D, số vòng hoạt động Na, và lực tác dụng F. Mọi thứ được tính cục bộ trong trình duyệt của bạn.
Độ cứng là k = G·d⁴/(8·D³·Na), trong đó G là mô đun cắt của vật liệu — dây đàn hồi khoảng 79,3 GPa và thép không gỉ khoảng 69 GPa, hoặc bạn có thể nhập giá trị tùy chỉnh. Độ võng theo định luật Hooke là x = F/k. Chỉ số lò xo C = D/d mô tả tỷ lệ vòng, và hệ số hiệu chỉnh Wahl Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0,615/C tính đến ứng suất phụ ở mặt trong vòng, cho ứng suất cắt đỉnh τ = Kw·8·F·D/(π·d³). Nếu bạn nhập tổng số vòng Nt, chiều cao ép sát (nén hoàn toàn) là Ls = d·Nt. Làm việc ở hệ SI (mm, N) với độ cứng bằng N/mm và ứng suất bằng MPa, hoặc hệ Anh (in, lbf) với độ cứng bằng lbf/in và ứng suất bằng psi.
Ví dụ minh họa, một lò xo dây đàn hồi (G = 79,3 GPa) với d = 2 mm, D = 15 mm, và Na = 8 vòng hoạt động có độ cứng k = 79.300 × 2⁴ / (8 × 15³ × 8) ≈ 5,87 N/mm, nên lực 50 N nén nó khoảng 8,5 mm. Chỉ số C = 7,5 cho hệ số Wahl gần 1,20 và ứng suất cắt hiệu chỉnh khoảng 285 MPa. Giữ ứng suất làm việc trong giới hạn cho phép của vật liệu để tránh biến dạng dư và mỏi.
Câu hỏi thường gặp
Độ cứng lò xo được tính như thế nào?
Độ cứng của lò xo xoắn ốc chịu nén dây tròn là k = G·d⁴/(8·D³·Na), trong đó G là mô đun cắt, d là đường kính dây, D là đường kính vòng trung bình, và Na là số vòng hoạt động. Vì độ cứng tỷ lệ với d⁴ và tỷ lệ nghịch với D³, thay đổi nhỏ về đường kính dây hoặc vòng làm dịch chuyển độ cứng mạnh.
Chỉ số lò xo và hệ số Wahl là gì?
Chỉ số lò xo C = D/d là tỷ số giữa đường kính vòng trung bình và đường kính dây, thường 4–12. Hiệu chỉnh Wahl Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0,615/C nâng ứng suất cắt danh nghĩa để tính đến độ cong và cắt trực tiếp ở mặt trong vòng, cho τ = Kw·8·F·D/(π·d³).
Tôi nên dùng mô đun cắt nào?
Dùng mô đun cắt G của vật liệu: khoảng 79,3 GPa (11,5 Mpsi) cho dây đàn hồi và thép carbon kéo cứng, và khoảng 69 GPa (10 Mpsi) cho thép không gỉ 302/304. Chọn cấu hình sẵn khớp với dây của bạn, hoặc chọn tùy chỉnh và nhập G bằng GPa cho các hợp kim khác.
Chiều cao ép sát là gì?
Chiều cao ép sát Ls là chiều dài lò xo khi nén hoàn toàn để các vòng chạm nhau, tính ở đây là Ls = d·Nt từ đường kính dây và tổng số vòng Nt. Nó đặt ra chiều dài tối thiểu và độ võng sử dụng tối đa; lò xo không bao giờ được nén dưới chiều cao ép sát khi vận hành.