How Do You Calculate an Extension Spring's Rate?

You've chosen a spring, but it's too stiff or too weak. ይህ የግምት ጨዋታ ወደ ደካማ አፈጻጸም ይመራል።, የምርት ውድቀቶች, እና ውድ የሆኑ ድጋሚዎች, መፍትሄ በሚፈልጉበት ጊዜ ፕሮጀክትዎን ማቆም.

The spring rate is calculated using a formula that considers the material's shear modulus (ጂ), የሽቦ ዲያሜትር[^ 1] (መ), የአማካይ ጥቅል ዲያሜትር[^ 2] (ዲ), እና ንቁ ሽቦዎች ብዛት (አስቀድሞ). These physical properties directly determine the spring's stiffness.

I've seen countless projects get delayed simply because the spring rate was an afterthought. አንድ መሐንዲስ ጠቅላላ ጉባኤን ይቀርጻል ከዚያም የሚስማማውን የአክሲዮን ምንጭ ለማግኘት ይሞክራል።, የትኛውም ትክክለኛ መጠን እንደሌለው ለማወቅ ብቻ. በ LINSPRING, እኛ ሁልጊዜ በሚፈለገው ኃይል እንጀምራለን. አስፈላጊውን በማስላት የፀደይ ፍጥነት[^ 3] አንደኛ, ትክክለኛውን አፈጻጸም የሚያቀርብ ምንጭ መንደፍ እንችላለን, የደንበኞቻችንን ጊዜ መቆጠብ, ገንዘብ, እና ብዙ ብስጭት. Let's look at how this calculation is done.

የፀደይ ዋጋን ለማስላት ዋናው ቀመር ምንድን ነው??

ታያለህ የፀደይ ፍጥነት[^ 3] ቀመር, እና የሚያስፈራ ይመስላል. You're worried that if you misinterpret just one of the variables, አጠቃላይ ስሌትዎ የተሳሳተ ይሆናል።, ወደ ብክነት ፕሮቶታይፕ ይመራል.

ዋናው ቀመር: *k = (ጂ d⁴) / (8 D³ አስቀድሞ)**. ውስብስብ ሊመስል ይችላል።, but it's just a combination of the spring's material (ጂ), የእሱ ሽቦ (መ), የእሱ ጂኦሜትሪ (ዲ), እና የመጠምጠዣዎቹ ብዛት (አስቀድሞ).

በቡድኔ ውስጥ ያሉ አዳዲስ መሐንዲሶች በዚህ ቀመር እንዳይፈሩ ብዙ ጊዜ እነግራቸዋለሁ. እንደ የምግብ አሰራር አስቡበት. ንጥረ ነገሮቹ የእርስዎ ቁሳቁስ ናቸው።, ሽቦ, እና ጥቅልል ​​ልኬቶች. ቀመሩ የመጨረሻውን "ጣዕም" ለማምረት እነዚህ ንጥረ ነገሮች እንዴት እንደሚዋሃዱ የሚነግሩዎት መመሪያዎች ስብስብ ነው።," which is your spring's stiffness. The most important thing I've learned is how powerful the የሽቦ ዲያሜትር[^ 1] (መ) ነው።. Because it's raised to the fourth power, even a tiny change in the wire size will have a massive impact on the final spring rate. It's the most critical ingredient in the entire recipe.

Understanding Each Variable in the Formula

Each part of the formula represents a distinct physical characteristic of the spring. Getting each one right is essential for an accurate result. The two most influential factors are the wire diameter and the mean coil diameter.

• Modulus of Rigidity (ጂ): This is a property of the material itself, representing its resistance to twisting. For steel, it's around 11.5 million psi.
• የሽቦ ዲያሜትር (መ): The thickness of the spring wire. This has the largest effect on the rate.
• የሽቦ ዲያሜትር ማለት ነው (ዲ): The average diameter of the coils, እንደ ውጫዊው ዲያሜትር አንድ የሽቦ ዲያሜትር ሲቀነስ.
• ንቁ ሽቦዎች (አስቀድሞ): ለመለጠጥ ነፃ በሆነው የፀደይ አካል ውስጥ ያሉት የኩላሎች ብዛት.

የነቁ ጥቅልሎችን ብዛት እንዴት በትክክል እንደሚወስኑ?

ከጫፍ እስከ ጫፉ ድረስ ያለውን አጠቃላይ የኩላሎች ብዛት ቆጥረዋል።. ነገር ግን ያንን ቁጥር በቀመር ውስጥ ሲጠቀሙ, የእርስዎ ይሰላል የፀደይ ፍጥነት[^ 3] doesn't match the test data.

ይህ የተለመደ ስህተት ነው።. የንቁ ጥቅልሎች ብዛት (አስቀድሞ) በፀደይ ዋና አካል ውስጥ ያሉትን ጥቅልሎች ብቻ ያካትታል. The end hooks or loops are not considered active because they do not contribute to the spring's deflection.

አንድ ጊዜ ለውሻ ማሰሪያ ምንጭ እየነደፈ ከነበረ ደንበኛ ጋር ሠርቻለሁ. እነሱ የራሳቸውን ስሌት ሰርተው ስዕል ልከውልናል።. የገለጹት የፀደይ መጠን ብዙ ነበር።, ቀመሩ ንድፋቸው ከተነበየው በጣም ያነሰ ነው. ደወልኩላቸው, እና በስሌቱ ውስጥ አብረን ሄድን. በእነሱ ውስጥ የጫፍ መንጠቆዎችን የሚፈጥሩትን ጥቅልሎች እንዳካተቱ ታወቀ "ንቁ ሽቦዎች[^ 5]" መቁጠር. ሸክሙን ለማስተላለፍ መንጠቆቹ አሉ, ለመለጠጥ አይደለም. አንድ ጊዜ ያንን ቁጥር አስተካክለን, የእኛ ስሌት በትክክል ተዛምዷል. ከዚያም ለስላሳውን ለመስጠት ንድፉን ማስተካከል ቻልን, ለስላሳ መጎተት ፈለጉ.

የሰውነት ጥቅልሎች vs. ቀለበቶችን ጨርስ

ንቁ እና ንቁ ባልሆኑ ጥቅልሎች መካከል ያለው ልዩነት በተግባራቸው ላይ የተመሰረተ ነው. ከጭነት በታች ለመጠምዘዝ ነፃ የሆኑት ጥቅልሎች ብቻ ንቁ እንደሆኑ ይቆጠራሉ።.

• የሰውነት ጥቅልሎች: እነዚህ የፀደይ ርዝማኔን የሚፈጥሩ ዋና ዋና ጥቅልሎች ናቸው. በፀደይ ላይ ስትጎትቱ, እነዚህ ጥቅልሎች በትንሹ አይጣመሙም።, ቅጥያውን የሚፈጥረው. ስለዚህ, ሁሉም ንቁ ናቸው።.
• መንጠቆ/ሉፕስ ጨርስ: እነዚህ በእያንዳንዱ ጫፍ ላይ ከመጨረሻው ጥቅል ወይም ሁለት የተሠሩ ናቸው. የእነርሱ ሥራ ምንጩን ከስብሰባዎ ጋር ማያያዝ ነው. They transfer force but are not designed to flex or contribute to the spring's travel. እነሱ "እንደሞቱ" ይቆጠራሉ" ወይም ውስጥንቁ ሽቦዎች[^ 5]. ስለዚህ, ለመደበኛ ማራዘሚያ ጸደይ, ና = በሰውነት ውስጥ ያሉት የኩላሎች ብዛት.

ከአካላዊ ጸደይ ደረጃን እንዴት ማስላት ይችላሉ።?

ምንጭ አለህ, but you don't know its specifications. የንድፍ ንድፎችን ሳያገኙ ወይም ቁሳቁሱን ሳያውቁ የእሱን መጠን ማግኘት አለብዎት, ቀመሩን ለመጠቀም የማይቻል ማድረግ.

በቀላል ባለ ሁለት ነጥብ ሙከራ ታሪፉን በሙከራ መወሰን ይችላሉ።. ምንጩን ወደ ሁለት የተለያየ ርዝመት ለመዘርጋት የሚያስፈልገውን ኃይል ይለኩ. የ የፀደይ ፍጥነት[^ 3] የኃይሉ ለውጥ በርዝመት ለውጥ የተከፈለ ነው።.

ይህ በየእለቱ በጥራት ላብራቶሪ ውስጥ የምናደርገው ነገር ነው።. It's the most practical and reliable way to verify a spring's rate. በአንድ የድሮ የእርሻ መሣሪያ ውስጥ የተሰበረውን ምንጭ ለመተካት የሚሞክር ደንበኛ ነበረኝ።. ዋናው አምራች ከንግድ ስራ ውጪ ነበር።, እና ምንም ስዕሎች አልነበሩም. የፈረሰውን ምንጭ ልኮልናል።. We couldn't use the design formula because we weren't 100% ስለ ቁሳቁሱ እርግጠኛ. ይልቁንም, በእኛ የጭነት ሞካሪ ላይ እናስቀምጠዋለን. ሸክሙን በአንድ ኢንች ተጓዥ እና በሁለት ኢንች ጉዞ ላይ ለካነው. ኃይሎችን እና ርዝመቶችን በመቀነስ, ትክክለኛውን የፀደይ መጠን እናሰላለን።. ከዚያ, ፍጹም ምትክ ማምረት እንችላለን.

የሁለት ነጥብ ሙከራ ዘዴ

ይህ ዘዴ ቀጥተኛ እና መሰረታዊ የመለኪያ መሳሪያዎችን ብቻ ይፈልጋል.

1. የመለኪያ ነጥብ 1: ምንጩን ወደሚታወቅ ርዝመት ዘርጋ (L1) እና ኃይሉን ይመዝግቡ (F1).
2. የመለኪያ ነጥብ 2: ምንጩን ወደ ሚታወቅ ሁለተኛ ርዝመት የበለጠ ዘርጋ (L2) እና ኃይሉን ይመዝግቡ (F2).
3. መጠኑን አስሉ (ክ): ቀመሩን ተጠቀም: k = (F2 - F1) / (L2 - L1).

ለምሳሌ, አንድ ምንጭ ሸክሙን ካሳየ 20 ፓውንድ በ 4 ኢንች እና 30 ፓውንድ በ 6 ኢንች:

• በኃይል ለውጥ = 30 ፓውንድ - 20 ፓውንድ = 10 ፓውንድ
• የርዝመት ለውጥ = 6 ኢንች - 4 ኢንች = 2 ኢንች
• የፀደይ ተመን (ክ) = 10 ፓውንድ / 2 ኢንች = 5 ፓውንድ/ኢንች

ማጠቃለያ

You can calculate an extension spring's rate theoretically using its physical dimensions and material, ወይም በተግባር በመሞከር. ሁለቱም ዘዴዎች ለትክክለኛው የፀደይ ንድፍ እና ማረጋገጫ አስፈላጊ ናቸው.

[^ 1]: የሽቦው ዲያሜትር የፀደይ ጥንካሬን እና አጠቃላይ ተግባራትን እንዴት እንደሚጎዳ ይወቁ.
[^ 2]: የፀደይ ባህሪያትን እና አፈፃፀምን ለመወሰን የአማካይ ጥቅል ዲያሜትር አስፈላጊነትን ይወቁ.
[^ 3]: የተወሰኑ የአፈጻጸም መስፈርቶችን የሚያሟሉ ውጤታማ ምንጮችን ለመንደፍ የፀደይ ተመን ቀመርን መረዳት ወሳኝ ነው።.
[^ 4]: ስለ ሞዱሉስ ኦፍ ግትርነት እና በምንጭ ማቴሪያል ምርጫ ውስጥ ስላለው ሚና ግንዛቤዎችን ያግኙ.
[^ 5]: ለትክክለኛ ስሌቶች እና ውጤታማ የፀደይ ዲዛይን የንቁ ኩይሎችን መረዳት በጣም አስፈላጊ ነው.