מתי כדאי להשתמש בחיבורי קפיץ טוריים לעומת חיבורי קפיץ מקבילים?

השתמשו בקפיצים מקבילים כשצריך להגדיל את הנוקשות הכוללת - לדוגמה, הרכבת מספר קפיצים זה לצד זה מתחת למכונה. הנוקשות המקבילה היא סכום כל הנוקשות הבודדת. השתמשו בקפיצים טוריים כשצריך להפחית את הנוקשות הכוללת או להגדיל את הגמישות - לדוגמה, הצבת קפיצים קצה לקצה.

כיצד קפיצים מקבילים מגבירים את הנוקשות?

בסידור מקבילי, כל הקפיצים חולקים את אותה סטייה אך כל אחד מהם נושא חלק מהעומס. הכוח הכולל הוא סכום הכוחות בכל קפיץ, כך שהקשיחות האפקטיבית היא k_eq = k1 + k2 + ... + kn.

מהן דוגמאות מהעולם האמיתי לקפיצים בטור?

תצורות קפיצים סדרתיות מופיעות בבולמי זעזועים רב-שלביים, קפיצי שסתומים לרכב, רפידות בידוד מגומי המוערמות אנכית, מערכות קפיצי עלים רב-שכבתיות ומכלולי מחרוזות קידוח.

האם הוספת קפיצים משנה את התדר הטבעי של מערכת?

כן. התדר הטבעי תלוי גם במסה וגם בקשיחות: f = (1/2π)√(k/m). הוספת קפיצים במקביל מגדילה את k_eq, מה שמעלה את התדר הטבעי. הוספת קפיצים בטור מפחיתה את k_eq, מה שמוריד את התדר הטבעי.

כיצד ניתן לבדוק או למדוד את קשיחות הקפיץ?

ניתן למדוד את קשיחות הקפיץ באמצעות בדיקה סטטית (הפעלת כוח ידוע, מדידת סטייה), מכונת בדיקת דחיסה, בדיקה דינמית (מדידת תדר רעידות חופשיות עם מסה ידועה), או מגיליון הנתונים של היצרן.

כלי הנדסי חינמי

מחשבון קשיחות קפיץ שווה ערך

חשב קשיחות קפיצים שווה ערך עבור קפיצים המחוברים בטור או במקביל. הזן עד 5 קצבי קפיצים בודדים וחשב, אופציונלית, את התדירות הטבעית.

טורי ומקביל עד 5 קפיצים תדר טבעי

סוג חיבור

מספר קפיצים

אביב k₁ (ניוטון/מ"מ)

אביב k₂ (ניוטון/מ"מ)

קפיץ k₃ (ניוטון/מ"מ)

אביב k₄ (ניוטון/מ"מ)

מִסָה — אופציונלי, לתדר טבעי (ק"ג)

הגדרות מהירות מוגדרות מראש

תוצאות

נוקשות שווה ערך (k_eq)

—

סוג חיבור

—

מספר קפיצים

—

חיבור מקבילי

לקפיצים יש את אותה סטייה; הכוחות מצטברים:

חיבור טורי

קפיצים חולקים את אותו הכוח; הסטות מצטברות:

פישוט קפיצים זהים

עֲבוּר n קפיצים זהים של קשיחות ק:

תדר טבעי

עם מסה ידועה המותקנת על מערכת הקפיצים:

אֵיפֹה ק_משוואה נמצא ב-N/m (הכפילו N/mm ב-1000) ו- m הוא בק"ג.

דוגמה מעשית

דוגמה - מכונה על 4 קפיצים מקבילים

נתון: מסה m = 200 ק"ג, 4 קפיצים זהים במקביל, כל אחד k = 45 ניוטון/מ"מ.

ק_משוואה = 4 × 45 = 180 ניוטון/מ"מ = 180,000 ניוטון למטר

ω_n = √(180,000 / 200) = √900 = 30 רדיאנים לשנייה

ו_n = 30 / (2π) = 4.77 הרץ

💡 טיפ: קפיצים מקבילים מגבירים את הנוקשות (מערכת נוקשה יותר, תדר טבעי גבוה יותר). קפיצים טוריים מפחיתים את הנוקשות (מערכת רכה יותר, תדר טבעי נמוך יותר).