How Do You Calculate an Extension Spring's Rate?

You've chosen a spring, but it's too stiff or too weak. Эта игра в угадайку приводит к снижению производительности, сбои продукта, и дорогостоящие редизайны, остановка вашего проекта, пока вы ищете решение.

The spring rate is calculated using a formula that considers the material's shear modulus (Г), диаметр проволоки[^ 1] (д), средний диаметр катушки[^ 2] (Д), и количество активных катушек (Уже). These physical properties directly determine the spring's stiffness.

I've seen countless projects get delayed simply because the spring rate was an afterthought. Инженер спроектирует всю сборку, а затем попытается найти стандартную пружину, подходящую, только чтобы обнаружить, что ни у кого нет подходящей ставки. В ЛИНСПРИНГ, мы всегда начинаем с необходимой силы. Рассчитав необходимое весенняя ставка[^3] первый, мы можем спроектировать пружину, которая будет обеспечивать именно те характеристики, которые необходимы, экономия времени наших клиентов, деньги, и много разочарований. Let's look at how this calculation is done.

Какова основная формула для расчета пружины??

Вы видите весенняя ставка[^3] формула, и это выглядит устрашающе. You're worried that if you misinterpret just one of the variables, все ваши расчеты будут неправильными, приводящие к потере прототипов.

Основная формула: *к = (Г д⁴) / (8 Д³ Уже)**. Это может показаться сложным, but it's just a combination of the spring's material (Г), это провод (д), его геометрия (Д), и количество витков (Уже).

Я часто говорю новым инженерам в моей команде, чтобы они не пугались этой формулы.. Думайте об этом как о рецепте. Ингредиенты — ваш материал, проволока, и размеры катушки. Формула — это набор инструкций, в которых рассказывается, как эти ингредиенты будут сочетаться для получения окончательного «вкуса».," which is your spring's stiffness. The most important thing I've learned is how powerful the диаметр проволоки[^ 1] (д) является. Because it's raised to the fourth power, даже небольшое изменение размера проволоки окажет огромное влияние на окончательную жесткость пружины.. It's the most critical ingredient in the entire recipe.

Понимание каждой переменной в формуле

Каждая часть формулы представляет собой отдельную физическую характеристику пружины.. Правильное выполнение каждого из них важно для получения точного результата.. Двумя наиболее влиятельными факторами являются диаметр проволоки и средний диаметр катушки..

• Модуль жесткости (Г): Это свойство самого материала, что представляет его устойчивость к скручиванию. Для стали, it's around 11.5 миллион фунтов на квадратный дюйм.
• Диаметр проволоки (д): Толщина пружинной проволоки. Это оказывает наибольшее влияние на курс.
• Средний диаметр катушки (Д): Средний диаметр витков, рассчитывается как внешний диаметр минус один диаметр проволоки..
• Активные катушки (Уже): Количество витков тела пружины, которые могут свободно растягиваться..

Как правильно определить количество активных катушек?

Вы посчитали общее количество витков от конца до конца. Но когда вы используете это число в формуле, ваш расчет весенняя ставка[^3] doesn't match the test data.

Это распространенная ошибка. Количество активных катушек (Уже) включает только витки основной части пружины. The end hooks or loops are not considered active because they do not contribute to the spring's deflection.

Однажды я работал с клиентом, который проектировал пружину для втягивающегося собачьего поводка.. Они сами рассчитали и прислали нам чертеж.. Указанная ими жесткость пружины была намного, намного ниже, чем предсказывала формула для их конструкции. я позвонил им, и мы вместе провели расчет. Оказалось, что они включили в свою конструкцию катушки, образующие концевые крючки. "активные катушки[^5]" считать. Крючки предназначены для передачи нагрузки., не растягивать. Как только мы исправили эту цифру, наши расчеты идеально совпали. Затем мы смогли скорректировать дизайн, чтобы сделать его более плавным., они хотели нежно потянуть за поводок.

Катушки для тела против. Конечные петли

Различие между активными и неактивными катушками основано на их функции.. Активными считаются только те катушки, которые могут свободно скручиваться под нагрузкой..

• Катушки для тела: Это первичные витки, образующие длину пружины.. Когда ты тянешь пружину, эти катушки слегка раскручиваются, что создает расширение. Поэтому, они все активны.
• Концевые крючки/петли: Они формируются из последней катушки или двух на каждом конце.. Их задача — прикрепить пружину к вашей сборке.. They transfer force but are not designed to flex or contribute to the spring's travel. Их считают «мертвыми»." или вактивные катушки[^5]. Так, для стандартной пружины растяжения, Na = количество витков в корпусе.

Как вы можете рассчитать скорость по физической пружине?

У тебя есть весна, but you don't know its specifications. Вам необходимо найти его норму, не имея чертежей и не зная материала., что делает невозможным использование формулы.

Определить норму можно экспериментальным путем с помощью простого двухточечного теста.. Измерьте силу, необходимую для растяжения пружины на две разные длины.. The весенняя ставка[^3] это изменение силы, разделенное на изменение длины.

Это то, что мы делаем в нашей лаборатории качества каждый день.. It's the most practical and reliable way to verify a spring's rate. У меня был клиент, который пытался заменить сломанную пружину в старом сельскохозяйственном оборудовании.. Оригинальный производитель прекратил свою деятельность, и чертежей не было. Он прислал нам сломанную пружину. We couldn't use the design formula because we weren't 100% уверен в материале. Вместо, мы помещаем его в наш нагрузочный тестер. Мы измерили нагрузку при ходе в один дюйм и при ходе в два дюйма.. Вычитая силы и длины, мы рассчитали точную жесткость пружины. Оттуда, мы могли бы изготовить идеальную замену.

Метод двухточечного испытания

Этот метод прост и требует только базовых инструментов измерения..

1. Измерить точку 1: Растяните пружину на известную длину. (Л1) и запишите силу (Ф1).
2. Измерить точку 2: Растяните пружину еще на вторую известную длину. (Л2) и запишите силу (Ф2).
3. Рассчитать ставку (к): Используйте формулу: к = (Ф2 - Ф1) / (Л2 - Л1).

Например, если пружина показывает нагрузку 20 фунтов в 4 дюймы и 30 фунтов в 6 дюймы:

• Изменение силы = 30 фунты - 20 фунты = 10 фунты
• Изменение длины = 6 дюймы - 4 дюймы = 2 дюймы
• Весенняя ставка (к) = 10 фунты / 2 дюймы = 5 фунты/дюйм

Заключение

You can calculate an extension spring's rate theoretically using its physical dimensions and material, или практически путем тестирования. Оба метода необходимы для точного проектирования и проверки пружины..

[^ 1]: Узнайте, как диаметр проволоки существенно влияет на жесткость пружины и общую функциональность.
[^ 2]: Узнайте о важности среднего диаметра витка при определении характеристик и производительности пружины..
[^3]: Понимание формулы жесткости пружины имеет решающее значение для разработки эффективных пружин, отвечающих конкретным требованиям к производительности..
[^ 4]: Получите представление о модуле жесткости и его роли в выборе материала для пружин..
[^5]: Понимание активных катушек необходимо для точных расчетов и эффективного проектирования пружин..