How Do You Calculate an Extension Spring's Rate?

You've chosen a spring, but it's too stiff or too weak. See äraarvamismäng viib halva jõudluseni, toote rikked, ja kulukad ümberkujundused, projekti seiskumine lahenduse otsimise ajal.

The spring rate is calculated using a formula that considers the material's shear modulus (G), traadi läbimõõt[^1] (d), pooli keskmine läbimõõt[^2] (D), ja aktiivsete mähiste arv (juba). These physical properties directly determine the spring's stiffness.

I've seen countless projects get delayed simply because the spring rate was an afterthought. Insener kavandab kogu koostu ja proovib seejärel leida sobiva vedru, ainult selleks, et avastada, et kellelgi pole õiget intressimäära. LINSPRINGIS, alustame alati vajaliku jõuga. Vajaliku välja arvutades kevadmäär[^3] esiteks, saame kujundada vedru, mis tagab täpselt vajaliku jõudluse, säästes meie klientide aega, raha, ja palju pettumust. Let's look at how this calculation is done.

Mis on kevadintressi arvutamise põhivalem?

Näete kevadmäär[^3] valem, ja see tundub hirmutav. You're worried that if you misinterpret just one of the variables, kogu teie arvutus on vale, mis viib raisatud prototüüpideni.

Esmane valem on: *k = (G d⁴) / (8 D³ juba)**. See võib tunduda keeruline, but it's just a combination of the spring's material (G), selle traat (d), selle geomeetria (D), ja selle mähiste arv (juba).

Ütlen sageli oma meeskonna uutele inseneridele, et nad ei kardaks selle valemi pärast. Mõelge sellele nagu retseptile. Koostisosad on teie materjal, traat, ja mähise mõõtmed. Valem on juhiste kogum, mis ütleb teile, kuidas need koostisosad kombineeritakse lõpliku maitse saamiseks," which is your spring's stiffness. The most important thing I've learned is how powerful the traadi läbimõõt[^1] (d) on. Because it's raised to the fourth power, isegi väike muutus traadi suuruses mõjutab lõplikku vedru kiirust tohutult. It's the most critical ingredient in the entire recipe.

Iga muutuja mõistmine valemis

Iga valemi osa esindab vedru selget füüsilist omadust. Täpse tulemuse saavutamiseks on oluline valida igaüks õigesti. Kaks kõige mõjukamat tegurit on traadi läbimõõt ja pooli keskmine läbimõõt.

• Jäikuse moodul (G): See on materjali enda omadus, esindab selle vastupidavust väändumisele. Terase jaoks, it's around 11.5 miljonit psi.
• Traadi läbimõõt (d): Vedrutraadi paksus. Sellel on määrale suurim mõju.
• Rulli keskmine läbimõõt (D): Rullide keskmine läbimõõt, arvutatakse välisläbimõõduna miinus üks juhtme läbimõõt.
• Aktiivsed mähised (juba): Keerude arv vedru korpuses, mis võivad vabalt venida.

Kuidas õigesti määrata aktiivsete mähiste arvu??

Loendasite poolide koguarvu otsast lõpuni. Aga kui kasutate seda numbrit valemis, teie arvutatud kevadmäär[^3] doesn't match the test data.

See on tavaline viga. Aktiivsete mähiste arv (juba) sisaldab ainult vedru põhikorpuses olevaid mähiseid. The end hooks or loops are not considered active because they do not contribute to the spring's deflection.

Töötasin kunagi koos kliendiga, kes kujundas kokkutõmmatava koerarihma vedru. Nad tegid oma arvutused ja saatsid meile joonise. Nende määratud kevadmäär oli palju, palju madalam kui see, mida valem nende disaini jaoks ennustas. Helistasin neile, ja kõndisime koos läbi arvutamise. Selgus, et nad olid nendesse kaasanud poolid, mis moodustasid otsakonksud "aktiivsed mähised[^5]" loendama. Konksud on koorma teisaldamiseks, mitte venitada. Ükskord me selle ühe numbri parandasime, meie arvutused sobisid ideaalselt. Seejärel saime disaini kohandada, et anda neile siledus, õrn tõmme, mida nad tahtsid rihma jaoks.

Kehapoolid vs. Lõppsilmused

Aktiivsete ja mitteaktiivsete mähiste eristamine põhineb nende funktsioonil. Aktiivseks loetakse ainult neid pooli, mis võivad koormuse all vabalt keerduda.

• Kehapoolid: Need on primaarsed mähised, mis moodustavad vedru pikkuse. Kui vedru peale tõmbad, need rullid keeravad veidi lahti, mis loob laienduse. Seetõttu, nad kõik on aktiivsed.
• Lõppkonksud/silmused: Need on moodustatud mõlema otsa viimasest või kahest mähist. Nende ülesanne on kinnitada vedru teie koostu külge. They transfer force but are not designed to flex or contribute to the spring's travel. Neid peetakse "surnuks"." või sisseaktiivsed mähised[^5]. Niisiis, standardse pikendusvedru jaoks, Na = mähiste arv kehas.

Kuidas arvutada määr füüsilise vedru põhjal?

Sul on kevad, but you don't know its specifications. Peate leidma selle määra ilma projekteerimisjooniseid omamata või materjali teadmata, muutes valemi kasutamise võimatuks.

Saate määrata määra eksperimentaalselt lihtsa kahepunktilise testiga. Mõõtke jõudu, mis on vajalik vedru kaheks erinevaks pikkuseks venitamiseks. Selle kevadmäär[^3] on jõu muutus jagatud pikkuse muutusega.

Seda teeme oma kvaliteedilaboris iga päev. It's the most practical and reliable way to verify a spring's rate. Mul oli klient, kes üritas vana farmiseadme purunenud vedru välja vahetada. Algne tootja lõpetas tegevuse, ja jooniseid polnud. Ta saatis meile katkise vedru. We couldn't use the design formula because we weren't 100% materjalis kindel. Selle asemel, panime selle oma koormustestile. Mõõtsime koormust ühe tolli ja kahe tolli kaugusel. Lahutades jõud ja pikkused, arvutasime välja täpse kevadmäära. Sealt edasi, saaksime toota täiusliku asendusmaterjali.

Kahepunktiline katsemeetod

See meetod on lihtne ja nõuab ainult põhilisi mõõtmisvahendeid.

1. Mõõtmispunkt 1: Venitage vedru teadaoleva pikkuseni (L1) ja registreerige jõud (F1).
2. Mõõtmispunkt 2: Venitage vedru edasi teise teadaoleva pikkuseni (L2) ja registreerige jõud (F2).
3. Arvutage määr (k): Kasutage valemit: k = (F2 - F1) / (L2 - L1).

Näiteks, kui vedru näitab koormust 20 naela juures 4 tolli ja 30 naela juures 6 tolli:

• Jõu muutus = 30 naela - 20 naela = 10 naela
• Pikkuse muutus = 6 tolli - 4 tolli = 2 tolli
• Kevadine kurss (k) = 10 naela / 2 tolli = 5 naela tolli kohta

Järeldus

You can calculate an extension spring's rate theoretically using its physical dimensions and material, või praktiliselt seda katsetades. Mõlemad meetodid on vedru täpseks kavandamiseks ja kontrollimiseks hädavajalikud.

[^1]: Siit saate teada, kuidas traadi läbimõõt mõjutab oluliselt vedru jäikust ja üldist funktsionaalsust.
[^2]: Avastage pooli keskmise läbimõõdu tähtsust vedru omaduste ja jõudluse määramisel.
[^3]: Vedrukiiruse valemi mõistmine on ülioluline tõhusate vedrude kujundamisel, mis vastavad konkreetsetele jõudlusnõuetele.
[^4]: Saate ülevaate jäikuse moodulist ja selle rollist vedrude materjalide valikul.
[^5]: Aktiivsete mähiste mõistmine on täpsete arvutuste ja tõhusa vedrukujunduse jaoks hädavajalik.