How Do You Calculate an Extension Spring's Rate?

You've chosen a spring, but it's too stiff or too weak. تؤدي لعبة التخمين هذه إلى ضعف الأداء, فشل المنتج, وإعادة تصميم مكلفة, مماطلة مشروعك أثناء البحث عن حل.

The spring rate is calculated using a formula that considers the material's shear modulus (ز), قطر الأسلاك[^1] (د), متوسط ​​قطر الملف[^2] (د), وعدد الملفات النشطة (بالفعل). These physical properties directly determine the spring's stiffness.

I've seen countless projects get delayed simply because the spring rate was an afterthought. سيقوم المهندس بتصميم مجموعة كاملة ثم محاولة العثور على زنبرك مخزون مناسب, فقط لاكتشاف أن لا أحد لديه المعدل الصحيح. في لينسبرينغ, نبدأ دائمًا بالقوة المطلوبة. عن طريق حساب اللازمة معدل الربيع[^3] أولاً, يمكننا تصميم زنبرك يوفر الأداء الدقيق المطلوب, توفير وقت عملائنا, مال, والكثير من الإحباط. Let's look at how this calculation is done.

ما هي الصيغة الرئيسية لحساب معدل الربيع?

ترى معدل الربيع[^3] صيغة, ويبدو مخيفا. You're worried that if you misinterpret just one of the variables, حساباتك بأكملها ستكون خاطئة, مما يؤدي إلى نماذج أولية ضائعة.

الصيغة الأولية هي: *ك = (ز د⁴) / (8 د³ بالفعل)**. قد يبدو الأمر معقدًا, but it's just a combination of the spring's material (ز), سلكها (د), هندستها (د), وعدد لفائفه (بالفعل).

كثيرًا ما أقول للمهندسين الجدد في فريقي ألا يخافوا من هذه الصيغة. فكر في الأمر وكأنه وصفة. المكونات هي المواد الخاصة بك, سلك, وأبعاد الملف. الصيغة هي مجموعة التعليمات التي تخبرك بكيفية دمج هذه المكونات لإنتاج "النكهة" النهائية," which is your spring's stiffness. The most important thing I've learned is how powerful the قطر الأسلاك[^1] (د) يكون. Because it's raised to the fourth power, حتى التغيير الطفيف في حجم السلك سيكون له تأثير هائل على معدل الربيع النهائي. It's the most critical ingredient in the entire recipe.

فهم كل متغير في الصيغة

يمثل كل جزء من الصيغة خاصية فيزيائية مميزة للزنبرك. إن الحصول على كل واحدة بشكل صحيح أمر ضروري للحصول على نتيجة دقيقة. العاملان الأكثر تأثيرًا هما قطر السلك ومتوسط ​​قطر الملف.

• معامل الصلابة (ز): هذه خاصية المادة نفسها, تمثل مقاومته للالتواء. للصلب, it's around 11.5 مليون رطل لكل بوصة مربعة.
• قطر السلك (د): سمك سلك الربيع. وهذا له التأثير الأكبر على المعدل.
• يعني قطر الملف (د): متوسط ​​قطر الملفات, يتم حسابه على أنه القطر الخارجي ناقص قطر السلك واحد.
• لفائف نشطة (بالفعل): عدد الملفات الموجودة في جسم الزنبرك والتي تكون حرة في التمدد.

كيف يمكنك تحديد عدد الملفات النشطة بشكل صحيح?

لقد قمت بحساب العدد الإجمالي للملفات من النهاية إلى النهاية. ولكن عند استخدام هذا الرقم في الصيغة, الخاص بك المحسوبة معدل الربيع[^3] doesn't match the test data.

وهذا خطأ شائع. عدد الملفات النشطة (بالفعل) يتضمن فقط الملفات الموجودة في الجسم الرئيسي للزنبرك. The end hooks or loops are not considered active because they do not contribute to the spring's deflection.

لقد عملت ذات مرة مع عميل كان يصمم زنبركًا لمقود كلب قابل للسحب. لقد أجروا حساباتهم الخاصة وأرسلوا لنا رسمًا. وكان معدل الربيع الذي حددوه كثيرًا, أقل بكثير مما توقعته الصيغة لتصميمها. اتصلت بهم, وقمنا بإجراء العملية الحسابية معًا. اتضح أنهم قاموا بتضمين الملفات التي شكلت الخطافات النهائية في ملفاتهم "لفائف نشطة[^5]" عدد. الخطافات موجودة لنقل الحمولة, لا تمتد. بمجرد تصحيح هذا الرقم واحد, حساباتنا متطابقة تماما. تمكنا بعد ذلك من تعديل التصميم لمنحهم السلاسة, سحب لطيف أرادوه للمقود.

ملفات الجسم مقابل. حلقات النهاية

يعتمد التمييز بين الملفات النشطة وغير النشطة على وظيفتها. فقط الملفات التي تكون حرة في الالتواء تحت الحمل تعتبر نشطة.

• لفائف الجسم: هذه هي الملفات الأولية التي تشكل طول الربيع. عندما تسحب على الربيع, هذه الملفات غير ملتوية قليلاً, وهو ما يخلق الامتداد. لذلك, كلهم نشطون.
• نهاية السنانير/الحلقات: يتم تشكيلها من الملف الأخير أو اثنين على كل طرف. مهمتهم هي ربط الزنبرك بمجموعتك. They transfer force but are not designed to flex or contribute to the spring's travel. يعتبرون "أمواتا"." أو فيلفائف نشطة[^5]. لذا, لربيع التمديد القياسي, Na = عدد اللفات في الجسم.

كيف يمكنك حساب المعدل من الربيع المادي?

لديك ربيع, but you don't know its specifications. تحتاج إلى العثور على معدله دون الحصول على رسومات التصميم أو معرفة المادة, مما يجعل من المستحيل استخدام الصيغة.

يمكنك تحديد المعدل تجريبيًا من خلال اختبار بسيط من نقطتين. قم بقياس القوة اللازمة لمد الزنبرك إلى طولين مختلفين. ال معدل الربيع[^3] هو التغير في القوة مقسومًا على التغير في الطول.

وهذا شيء نقوم به في مختبر الجودة الخاص بنا كل يوم. It's the most practical and reliable way to verify a spring's rate. كان لدي عميل كان يحاول استبدال زنبرك مكسور في قطعة من معدات المزرعة القديمة. الشركة المصنعة الأصلية كانت عاطله عن العمل, ولم تكن هناك رسومات. أرسل لنا الربيع المكسور. We couldn't use the design formula because we weren't 100% متأكد من المادة. بدلاً من, نضعه على اختبار الحمل لدينا. قمنا بقياس الحمولة عند بوصة واحدة من السفر وبوصتين من السفر. بطرح القوى والأطوال, لقد حسبنا معدل الربيع الدقيق. من هناك, يمكننا تصنيع بديل مثالي.

طريقة الاختبار ذات النقطتين

هذه الطريقة واضحة ومباشرة وتتطلب أدوات القياس الأساسية فقط.

1. نقطة القياس 1: قم بتمديد الزنبرك إلى طول معروف (L1) وتسجيل القوة (F1).
2. نقطة القياس 2: قم بتمديد الزنبرك إلى طول ثاني معروف (L2) وتسجيل القوة (F2).
3. احسب المعدل (ك): استخدم الصيغة: ك = (F2 - F1) / (L2 - L1).

على سبيل المثال, إذا أظهر الربيع حمولة 20 رطل في 4 بوصة و 30 رطل في 6 بوصة:

• التغيير في القوة = 30 رطل - 20 رطل = 10 رطل
• التغيير في الطول = 6 بوصة - 4 بوصة = 2 بوصة
• معدل الربيع (ك) = 10 رطل / 2 بوصة = 5 رطل/بوصة

خاتمة

You can calculate an extension spring's rate theoretically using its physical dimensions and material, أو عمليا عن طريق اختباره. كلتا الطريقتين ضروريتان لتصميم الربيع الدقيق والتحقق منه.

[^1]: تعرف على كيفية تأثير قطر السلك بشكل كبير على صلابة الزنبرك والوظيفة العامة.
[^2]: اكتشف أهمية متوسط ​​قطر الملف في تحديد خصائص الزنبرك وأدائه.
[^3]: يعد فهم صيغة معدل الزنبرك أمرًا بالغ الأهمية لتصميم نوابض فعالة تلبي متطلبات الأداء المحددة.
[^4]: احصل على نظرة ثاقبة لمعامل الصلابة ودوره في اختيار المواد للينابيع.
[^5]: يعد فهم الملفات النشطة أمرًا ضروريًا لإجراء حسابات دقيقة وتصميم زنبركي فعال.