How Do You Calculate an Extension Spring's Rate?
You've chosen a spring, but it's too stiff or too weak. यो अनुमान गर्ने खेल खराब प्रदर्शनमा जान्छ, उत्पादन विफलता, र महँगो पुन: डिजाइन, तपाइँ समाधान खोज्दा तपाइँको परियोजना रोक्दै.
The spring rate is calculated using a formula that considers the material's shear modulus (G), तार व्यास[^१] (d), मतलब कुंडल व्यास[^2] (D), र सक्रिय कुण्डलहरूको संख्या (पहिले नै). These physical properties directly determine the spring's stiffness.
I've seen countless projects get delayed simply because the spring rate was an afterthought. एक इन्जिनियरले सम्पूर्ण एसेम्बली डिजाइन गर्नेछ र त्यसपछि फिट हुने स्टक स्प्रिङ फेला पार्ने प्रयास गर्नेछ, कुनै पनि सही दर छैन पत्ता लगाउन मात्र. LINSPRING मा, हामी सधैं आवश्यक बल संग सुरु गर्छौं. आवश्यक गणना गरेर वसन्त दर[^3] पहिलो, हामी एक वसन्त डिजाइन गर्न सक्छौं जसले सही प्रदर्शन आवश्यक प्रदान गर्दछ, हाम्रो ग्राहकहरु को समय बचत, पैसा, र धेरै निराशा. Let's look at how this calculation is done.
वसन्त दर गणनाको लागि मुख्य सूत्र के हो?
तपाईंले देख्नुहुन्छ वसन्त दर[^3] सूत्र, र यो डरलाग्दो देखिन्छ. You're worried that if you misinterpret just one of the variables, तपाईको सम्पूर्ण गणना गलत हुनेछ, बर्बाद प्रोटोटाइपहरूमा अग्रणी.
प्राथमिक सूत्र छ: *k = (G d⁴) / (8 D³ पहिले नै)**. जटिल लाग्न सक्छ, but it's just a combination of the spring's material (G), यसको तार (d), यसको ज्यामिति (D), र यसको कुण्डलहरूको संख्या (पहिले नै).
म मेरो टोलीका नयाँ इन्जिनियरहरूलाई यो सूत्रबाट नडराउन अक्सर भन्छु. यसलाई एक नुस्खा जस्तै सोच्नुहोस्. सामग्रीहरू तपाईंको सामग्री हुन्, तार, र कुण्डल आयामहरू. सूत्र निर्देशनहरूको सेट हो जसले तपाइँलाई बताउँछ कि ती सामग्रीहरू कसरी अन्तिम "स्वाद" उत्पादन गर्न संयोजन हुनेछन्," which is your spring's stiffness. The most important thing I've learned is how powerful the तार व्यास[^१] (d) छ. Because it's raised to the fourth power, तारको आकारमा सानो परिवर्तनले पनि अन्तिम वसन्त दरमा ठूलो प्रभाव पार्नेछ. It's the most critical ingredient in the entire recipe.
सूत्रमा प्रत्येक चर बुझ्दै
सूत्रको प्रत्येक भागले वसन्तको छुट्टै भौतिक विशेषतालाई प्रतिनिधित्व गर्दछ. सही नतिजाको लागि प्रत्येकलाई सही बनाउनु आवश्यक छ. दुई सबैभन्दा प्रभावशाली कारकहरू तार व्यास र औसत कुंडल व्यास हुन्.
- कठोरता को मोडुलस (G): यो सामाग्री को एक गुण हो, घुमाउन को लागी यसको प्रतिरोध को प्रतिनिधित्व गर्दछ. स्टील को लागी, it's around 11.5 मिलियन psi.
- तार व्यास (d): वसन्त तार को मोटाई. यसले दरमा सबैभन्दा ठूलो प्रभाव पारेको छ.
- मीन कुंडल व्यास (D): कोइल को औसत व्यास, बाहिरी व्यास माइनस एक तार व्यास को रूप मा गणना.
- सक्रिय कोइलहरू (पहिले नै): स्प्रिङको शरीरमा तान्न स्वतन्त्र हुने कुण्डलहरूको संख्या.
| चर | नाम | विवरण |
|---|---|---|
| k | वसन्त दर | The spring's stiffness, लम्बाइको प्रति एकाइ बल मा मापन (जस्तै, lb/in). |
| G | कठोरता को मोडुलस[^4] | दिइएको मिश्र धातुको लागि स्थिर रहेको भौतिक गुण. |
| d | तार व्यास | स्प्रिङ बनाउन प्रयोग गरिने तारको व्यास. |
| D | मीन कुंडल व्यास | तारको बीचबाट अर्को छेउमा रहेको औसत व्यास. |
| पहिले नै | सक्रिय कोइलहरू | ऊर्जा भण्डारण र रिलिज गर्ने कुण्डलीहरूको संख्या. |
तपाइँ कसरी सक्रिय कुण्डलहरूको संख्या सही रूपमा निर्धारण गर्नुहुन्छ?
तपाईंले अन्त देखि अन्त सम्म कोइल को कुल संख्या गणना गर्नुभयो. तर जब तपाइँ सूत्रमा त्यो संख्या प्रयोग गर्नुहुन्छ, तपाईको गणना वसन्त दर[^3] doesn't match the test data.
यो एक सामान्य गल्ती हो. सक्रिय कुण्डलहरूको संख्या (पहिले नै) वसन्तको मुख्य भागमा रहेको कुण्डलहरू मात्र समावेश हुन्छन्. The end hooks or loops are not considered active because they do not contribute to the spring's deflection.
मैले एक पटक एक ग्राहकसँग काम गरें जसले फिर्ता लिन सकिने कुकुर पट्टाको लागि वसन्त डिजाइन गरिरहेको थियो. तिनीहरूले आफ्नै गणना गरे र हामीलाई चित्र पठाए. तिनीहरूले निर्दिष्ट गरेको वसन्त दर धेरै थियो, तिनीहरूको डिजाइनको लागि सूत्रले भविष्यवाणी गरेको भन्दा धेरै कम. मैले उनीहरूलाई बोलाएँ, र हामी सँगै गणनामा हिंड्यौं. यो पत्ता लाग्यो कि तिनीहरूले तिनीहरूको मा अन्त हुक गठन गर्ने कुण्डलहरू समावेश गरेका थिए "सक्रिय coils[^5]" गणना. लोड स्थानान्तरण गर्न हुकहरू छन्, तन्काउन होइन. एकपटक हामीले त्यो नम्बर सच्यायौं, हाम्रो गणना पूर्ण रूपमा मेल खान्छ. हामी त्यसपछि तिनीहरूलाई सहज दिन डिजाइन समायोजन गर्न सक्षम भयौं, कोमल तान तिनीहरूले पट्टाको लागि चाहन्थे.
शारीरिक कुंडल बनाम. अन्त्य लूपहरू
सक्रिय र निष्क्रिय कुण्डलहरू बीचको भिन्नता तिनीहरूको कार्यमा आधारित छ. लोड अन्तर्गत घुमाउन स्वतन्त्र हुने कुण्डलहरूलाई मात्र सक्रिय मानिन्छ.
- शारीरिक कुण्डलहरू: यी प्राथमिक कुण्डलहरू हुन् जसले वसन्तको लम्बाइ बनाउँछ. जब तपाईं वसन्तमा तान्नु हुन्छ, यी कुण्डलहरू थोरै अन-ट्विस्ट हुन्छन्, जसले विस्तार सिर्जना गर्दछ. त्यसैले, तिनीहरू सबै सक्रिय छन्.
- अन्त्य हुक/लूपहरू: यी प्रत्येक छेउमा अन्तिम कुण्डली वा दुईबाट बनाइन्छ. तिनीहरूको काम तपाईंको सभामा वसन्त जोड्नु हो. They transfer force but are not designed to flex or contribute to the spring's travel. तिनीहरूलाई "मरेको" मानिन्छ" वा मासक्रिय coils[^5]. त्यसैले, मानक विस्तार वसन्तको लागि, Na = शरीरमा कुण्डलहरूको संख्या.
| वसन्त घटक | कार्य | सक्रिय? |
|---|---|---|
| शारीरिक कुण्डलहरू | डिफ्लेक्ट गरेर ऊर्जा भण्डार गर्नुहोस् र छोड्नुहोस्. | हो |
| अन्त्य हुक/लूपहरू | विधानसभामा लोड स्थानान्तरण गर्नुहोस्. | छैन |
तपाइँ कसरी भौतिक वसन्तबाट दर गणना गर्न सक्नुहुन्छ?
तपाईंसँग वसन्त छ, but you don't know its specifications. तपाईंले डिजाइन रेखाचित्र बिना वा सामग्री थाहा नगरी यसको दर पत्ता लगाउन आवश्यक छ, सूत्र प्रयोग गर्न असम्भव बनाउँदै.
तपाईंले साधारण दुई-बिन्दु परीक्षणको साथ प्रयोगात्मक रूपमा दर निर्धारण गर्न सक्नुहुन्छ. वसन्तलाई दुई फरक लम्बाइमा फैलाउन आवश्यक बल नाप्नुहोस्. द वसन्त दर[^3] लम्बाइमा भएको परिवर्तनले भाग गर्ने बलमा भएको परिवर्तन हो.
यो हामीले हाम्रो गुणस्तर प्रयोगशालामा हरेक दिन गर्छौं. It's the most practical and reliable way to verify a spring's rate. मसँग एउटा ग्राहक थियो जसले पुरानो खेती उपकरणको टुक्रामा टुक्रा टुक्रा वसन्त बदल्न खोजिरहेको थियो. मूल निर्माता व्यापार बाहिर थियो, र त्यहाँ कुनै रेखाचित्र थिएन. उहाँले हामीलाई भाँचिएको वसन्त पठाउनुभयो. We couldn't use the design formula because we weren't 100% सामग्रीको बारेमा निश्चित. बरु, हामीले यसलाई हाम्रो लोड परीक्षकमा राख्यौं. हामीले यात्राको एक इन्च र यात्राको दुई इन्चमा भार नाप्यौं. बल र लम्बाइ घटाएर, हामीले सही वसन्त दर गणना गर्यौं. त्यहाँबाट, हामी एक उत्तम प्रतिस्थापन निर्माण गर्न सक्छौं.
दुई-बिन्दु परीक्षण विधि
यो विधि सीधा छ र आधारभूत मापन उपकरणहरू मात्र आवश्यक छ.
- मापन बिन्दु 1: वसन्तलाई ज्ञात लम्बाइमा तन्काउनुहोस् (L1) र बल रेकर्ड गर्नुहोस् (F1).
- मापन बिन्दु 2: वसन्तलाई दोस्रो ज्ञात लम्बाइमा तन्काउनुहोस् (L2) र बल रेकर्ड गर्नुहोस् (F2).
- दर गणना गर्नुहोस् (k): सूत्र प्रयोग गर्नुहोस्: k = (F2 - F1) / (L2 - L1).
उदाहरणका लागि, यदि वसन्तले भार देखाउँछ 20 lbs मा 4 इन्च र 30 lbs मा 6 इन्च:
- बल मा परिवर्तन = 30 lbs - 20 lbs = 10 lbs
- लम्बाइमा परिवर्तन = 6 इन्च - 4 इन्च = 2 इन्च
- वसन्त दर (k) = 10 lbs / 2 इन्च = 5 lbs/इन्च
| चरण | कार्य | उदाहरण मान |
|---|---|---|
| 1. पहिलो पढाइ | रेकर्ड बल (F1) लम्बाइमा (L1). | 20 lbs मा 4 इन्च. |
| 2. दोस्रो पढाइ | रेकर्ड बल (F2) लम्बाइमा (L2). | 30 lbs मा 6 इन्च. |
| 3. Calculation | (F2 - F1) / (L2 - L1) |
(30-20)/(6-4) = 5 lbs/in |
निष्कर्ष
You can calculate an extension spring's rate theoretically using its physical dimensions and material, वा व्यावहारिक रूपमा यसलाई परीक्षण गरेर. दुबै विधिहरू सही वसन्त डिजाइन र प्रमाणीकरणको लागि आवश्यक छन्.
[^१]: तारको व्यासले वसन्तको कठोरता र समग्र कार्यक्षमतालाई कसरी प्रभाव पार्छ भनेर जान्नुहोस्.
[^2]: वसन्त विशेषताहरू र कार्यसम्पादन निर्धारण गर्न माध्य कुंडल व्यासको महत्त्व पत्ता लगाउनुहोस्.
[^3]: विशेष कार्यसम्पादन आवश्यकताहरू पूरा गर्ने प्रभावकारी स्प्रिङहरू डिजाइन गर्नको लागि वसन्त दर सूत्र बुझ्न महत्त्वपूर्ण छ.
[^4]: कठोरताको मोडुलस र स्प्रिंग्सका लागि सामग्री चयनमा यसको भूमिकामा अन्तर्दृष्टि प्राप्त गर्नुहोस्.
[^5]: सही गणना र प्रभावकारी वसन्त डिजाइनको लागि सक्रिय कोइलहरू बुझ्न आवश्यक छ.