Коэффициент жесткости пружины

Описаны факторы, влияющие на жесткость пружины. Приведен пример расчета жесткости пружины по графику. Даны значения коэффициента жесткости для различных типов пружин в зависимости от значения внешней нагрузки.

Пружины

Жесткость пружины

Пружина — упругий элемент машин и различных механизмов, способный накапливать, поглощать или отдавать механическую энергию.

Жесткость (k) – механическая характеристика пружины, отражающая ее сопротивление изменению формы (длины) при деформации [Hм].

Для оценки жесткости пружины используется значение коэффициента k. Его значение рассчитывается на основе закона Гука по формуле: k=F/Δl. Где: F — значение внешней силы; Δl — изменение длины пружины под действием внешней силы.

Факторы, влияющие на жесткость пружины

Жесткость пружины зависит от многих факторов: материала, диаметра проволоки, из которой сделана пружина, диаметра витков и их количества, рис.1.

Факторы, влияющие на жесткость пружины
Рис.1. Факторы, влияющие на жесткость пружины

Типы пружин

Различают следующие типы пружин: сжатия, растяжения, изгиба и кручения. Если нужна более подробная информация о типах пружин и параметрах, на них влияющих, обратитесь к ГОСТу 13765-86. В этой записи мы рассматриваем более простые вопросы.

Коэффициент жесткости пружины

Чтобы рассчитать коэффициент жесткости пружины необходимо знать значение внешней нагрузки (F) и оценить степень изменения длины пружины (Δl).

Рассмотрим следующий пример. Рассчитаем коэффициент жесткости пружин, которые изображены на рис.2.

Зависимость "удлинение-сила" для пружин растяжения с различной жесткостью.
Рис.2 Зависимость «удлинение-сила» для пружин растяжения с различной жесткостью.

Из школьной физики известно, что если нагрузка на пружину составляет F=40 H, а изменение длины пружины Δl = 0,1 м, то коэффициент жесткости будет равен: k1=F/Δl = 40/0,1= 400 Н/м (пружина 1). Для пружины 2 коэффициент жесткости равен k2=200 H/м, а для пружины 3 значение коэффициента жесткости равно k3=100 H/м. Это примеры из школьной практики.

Реальные значения коэффициента жесткости для пружин сжатия варьируют от 4000 (сверхлегкая нагрузка) до 100000 Н/м (сверхтяжелая нагрузка), а для пружин растяжения — от 2000 (сверхлегкая нагрузка) до 800000 Н/м (сверхтяжелая нагрузка).

Литература

1. ГОСТ 13765-86 пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения.

С уважением, А.В.Самсонова

Похожие записи:


Модуль Юнга (модуль упругости)
Дано описание жизни и открытий английского ученого-экциклопедиста Томаса Юнга.  Рассмотрена история открытия…

Закон Гука
Дано описание жизни и открытий Роберта Гука. Подробно рассмотрен закон Гука, его применимость и примеры расчета силы упругости…

Механическое движение твердого тела (поступательное и вращательное)
Дано определение механического движения тела, видов механического движения тела (поступательного и вращательного) относительно неподвижной оси. Приведены…

Масса тела
Введено понятие массы тела и единицы массы тела. Показано, как определяется масса тел на Земле и в космосе.

Биомеханика
Дано определение биомеханики, раскрыты направления биомеханики: медицинская (клиническая) биомеханика, эргономическая биомеханика, инженерная биомеханика и биомеханика двигательных действий человека.

Материальная точка (точечная масса)
Дано определение материальной точки (точечной массы, материальной частицы) . Приведены примеры из астрономии, механики и области физической культуры…