스프링 강성은 어떻게 계산되나요?

나선형 압축 스프링의 스프링 상수 k는 k = Gd⁴/(8D³n)으로 표현되며, 여기서 G는 전단 탄성 계수, d는 와이어 직경, D는 평균 코일 직경, n은 유효 코일 수입니다. 이 공식은 와이어가 원형이고 피치 각도가 무시할 수 있을 정도로 작다고 가정합니다.

왈(Wahl) 보정 계수란 무엇입니까?

Wahl 계수 Kw는 나선형 스프링의 곡률 및 직접 전단 효과를 고려합니다. Kw = (4C-1)/(4C-4) + 0.615/C이며, 여기서 C = D/d는 스프링 지수입니다. 이 계수는 특히 스프링 지수가 작은 경우(팽팽한 코일) 계산된 전단 응력을 증가시킵니다.

스프링 지수 C = D/d는 4에서 12 사이가 일반적입니다. C < 4는 스프링 제조를 어렵게 하고 높은 응력을 유발합니다. C > 12는 얽힘과 좌굴을 유발할 수 있습니다. 대부분의 용도에서는 C = 6~10이 최적입니다.

솔리드 높이는 스프링이 완전히 압축되어 모든 코일이 서로 닿았을 때의 길이입니다. 이는 (총 코일 수) × 와이어 직경과 같습니다. 스프링은 사용 중에 절대로 솔리드 높이까지 압축되어서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 영구 변형(소성 변형)이 발생합니다.

일반적인 값: 뮤직 와이어(ASTM A228) G ≈ 79.3 GPa, 스테인리스 302 G ≈ 69 GPa, 크롬-바나듐 G ≈ 77.2 GPa, 인청동 G ≈ 41.4 GPa. G 값은 온도와 와이어 직경에 따라 약간씩 달라집니다.

무료 엔지니어링 도구 #064

나선형 압축 스프링을 설계하세요. 와이어 직경, 코일 직경, 자유 길이, 유효 코일 수, 전단 탄성 계수를 입력하여 스프링 상수, 최대 하중, 전단 응력 및 고체 높이를 계산하세요.

스프링 레이트 k 월 팩터 자동 계산

전선 직경 d (mm)

평균 코일 직경 D (mm)

자유 길이 L₀ (mm)

활성 코일 n

재료(전단 탄성 계수 G)

끝 유형

빠른 사전 설정

스프링 레이트 k

고체에서의 최대 하중(F)_단단한)

최대 전단 응력 τ (Kw 포함)

견고한 높이

봄철 색인 C

월 팩터 K_w

봄철 프로필

여기서 C = D/d는 스프링 지수입니다.

예시 — 뮤직 와이어 스프링

주어진: d = 4 mm, D = 30 mm, L₀ = 80 mm, n = 10, G = 79300 MPa

C = 30/4 = 7.5

k = 79300 × 4⁴ / (8 × 30³ × 10) = 79300 × 256 / 2,160,000 = 9.39 N/mm

고체 높이 = (10+2) × 4 = 48 mm → 이동 거리 = 80 − 48 = 32 mm

에프_단단한 = 9.39 × 32 = 300.5 N

⚠️ 주의: 사용 중 스프링을 완전히 압축하여 고정 높이까지 올리지 마십시오. 설계 시 작동 이동 거리는 가용 처짐량의 ≤80%로 하십시오. 자유 길이/평균 직경 비율이 4보다 크면 좌굴 여부를 확인하십시오.