Bezpłatne narzędzie inżynierskie #064
Kalkulator projektowania sprężyn śrubowych ściskanych
Zaprojektuj sprężyny śrubowe ściskane. Wprowadź średnicę drutu, średnicę zwoju, długość swobodną, liczbę zwojów czynnych i moduł sprężystości poprzecznej, aby obliczyć sztywność sprężyny, maksymalne obciążenie, naprężenie ścinające i wysokość bryły.
Wyniki
Sztywność sprężyny
Naprężenie ścinające z korektą Wahla
Współczynnik Wahl
gdzie C = D/d jest wskaźnikiem sprężyny.
Wysokość bryły
| Materiał | G (GPa) | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|
| Drut muzyczny (A228) | 79.3 | Uniwersalne zastosowanie, wysoka trwałość zmęczeniowa |
| Chromowo-wanadowy | 77.2 | Wysokie naprężenia, obciążenia udarowe |
| Stal nierdzewna 302 | 69.0 | Odporność na korozję |
| Brąz fosforowy | 41.4 | Elektryczne, niemagnetyczne |
| Miedź berylowa | 44.8 | Nieiskrzący, przewodzący |
Biorąc pod uwagę: d = 4 mm, D = 30 mm, L₀ = 80 mm, n = 10, G = 79 300 MPa
C = 30/4 = 7,5
k = 79300 × 4⁴ / (8 × 30³ × 10) = 79300 × 256 / 2 160 000 = 9,39 N/mm
Wysokość bryły = (10+2) × 4 = 48 mm → Przesuw = 80 − 48 = 32 mm
Fzbryłowana = 9,39 × 32 = 300,5 N
⚠️ Uwaga: Nigdy nie ściskaj sprężyny do pełnej wysokości podczas eksploatacji. Zaprojektuj skok roboczy na ≤80% dostępnego ugięcia. Sprawdź wyboczenie, jeśli długość swobodna/średnica średnia > 4.
Sztywność (stała) sprężyny k = Gd⁴/(8D³n), gdzie G to moduł sprężystości postaciowej (Kirchhoffa), d to średnica drutu, D to średnia średnica podziałowa sprężyny, a n to liczba zwojów czynnych. Wzór zakłada drut o przekroju kołowym oraz pomijalnie mały kąt wzniosu linii śrubowej.
Współczynnik poprawkowy Wahla Kw = (4C−1)/(4C−4) + 0.615/C uwzględnia krzywiznę zwoju oraz ścinanie bezpośrednie. C = D/d to wskaźnik sprężyny. Współczynnik ten zwiększa obliczeniowe naprężenia styczne, zwłaszcza dla sprężyn o małym wskaźniku C (ciasno zwiniętych).
Typowy zakres wskaźnika sprężyny wynosi C = 4 do 12. Wartość C < 4 utrudnia zwijanie i powoduje bardzo wysokie naprężenia. Wartość C > 12 sprzyja plątaniu się sprężyn i wyboczeniu. Zakres optymalny to C = 6–10.
Wysokość w stanie zblokowania (przy zetknięciu zwojów) = całkowita liczba zwojów × średnica drutu. Jest to długość całkowicie ściśniętej sprężyny. Podczas eksploatacji nigdy nie należy ściskać sprężyny do zblokowania zwojów — ugięcie robocze należy ograniczyć do 80% dostępnego skoku.
Drut fortepianowy (stal sprężynowa patentowana): 79.3 GPa, Stal nierdzewna 302: 69 GPa, Stal chromowo-wanadowa: 77.2 GPa, Brąz fosforowy: 41.4 GPa. Moduł G zmienia się nieznacznie wraz z temperaturą.
Procedury opisane na tej stronie zostały opracowane i przetestowane w warunkach terenowych przez zespół Vibromera przy użyciu urządzenia Balanset-1A, przenośnego dwukanałowego balansera i analizatora drgań do wyważania wirników na miejscu.
Profesjonalne urządzenia i oprogramowanie do wyważania w terenie. Używane w ponad 50 krajach.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko jest inżynierem analizy wibracji oraz założycielem i prezesem firmy Vibromera. Od ponad 15 lat wyważa maszyny wirujące w terenie, a nie na stanowisku badawczym: mulczery, wentylatory przemysłowe, kruszarki, wirówki, wały i wrzeciona. To właśnie z tej pracy wyrosły przyrządy Balanset — zaprojektowano je jako narzędzie, które specjalista może zabrać do maszyny i obsłużyć samodzielnie, na miejscu, a nie jako sprzęt laboratoryjny. Vibromera powstała w 2017 roku, a od 2023 roku ma siedzibę w Porto w Portugalii. Tutaj odbywają się prace rozwojowe, montaż i wsparcie linii Balanset. Flagowym przyrządem jest Balanset-1A, przenośny analizator do wyważania w jednej i w dwóch płaszczyznach oraz do diagnostyki wibracji. Nikolai osobiście uczestniczy we wsparciu klientów, w rozwiązywaniu trudnych przypadków wyważania i w rozwoju oprogramowania. Pracuje z klientami na całym świecie, w każdym języku.
