Бесплатный инженерный инструмент № 064
Калькулятор расчета винтовых пружин сжатия
Рассчитайте спиральные сжимающие пружины. Введите диаметр проволоки, диаметр витка, свободную длину, количество активных витков и модуль сдвига, чтобы рассчитать жесткость пружины, максимальную нагрузку, сдвиговое напряжение и высоту сечения.
Результаты
Жесткость пружины
Напряжение сдвига с поправкой Валя
Коэффициент Валя
где C = D/d — индекс пружины.
Высота в сжатом состоянии
| Материал | Г (ГПа) | Типичные области применения |
|---|---|---|
| Музыкальный провод (A228) | 79.3 | Универсальное применение, высокая усталостная прочность |
| Хром-ванадий | 77.2 | Высокие нагрузки, ударные нагрузки |
| Нержавеющая сталь 302 | 69.0 | Коррозионная стойкость |
| Фосфорная бронза | 41.4 | Электрический, немагнитный |
| бериллиевая медь | 44.8 | Неискрящийся, проводящий |
Дано: d = 4 мм, D = 30 мм, L₀ = 80 мм, n = 10, G = 79 300 МПа
C = 30/4 = 7,5
k = 79300 × 4⁴ / (8 × 30³ × 10) = 79300 × 256 / 2 160 000 = 9,39 Н/мм
Высота в сжатом состоянии = (10 + 2) × 4 = 48 мм → Ход = 80 − 48 = 32 мм
Fсжатом состоянии = 9,39 × 32 = 300,5 Н
⚠️ Примечание: Никогда не сжимайте пружину до высоты в сжатом состоянии в процессе эксплуатации. Рабочий ход должен составлять не более 80 % от максимально возможного отклонения. Проверьте на наличие потери устойчивости, если отношение свободной длины к среднему диаметру превышает 4.
Жёсткость пружины k = Gd⁴/(8D³n), где G — модуль сдвига материала, d — диаметр проволоки, D — средний диаметр пружины, а n — число рабочих витков. Формула предполагает круглое сечение проволоки и малый угол подъёма витков.
Коэффициент Валя Kw = (4C−1)/(4C−4) + 0.615/C учитывает кривизну витков и прямое поперечное сдвигающее усилие. C = D/d — индекс пружины. Этот коэффициент увеличивает расчётные касательные напряжения, особенно у пружин с малым индексом C (крутая навивка).
Типичный диапазон индекса пружины: C = от 4 до 12. При C < 4 пружину сложно навивать, и в ней возникают высокие местные напряжения. При C > 12 пружины склонны к спутыванию и потере устойчивости (выпучиванию). Оптимальный диапазон: C = 6–10.
Высота при полном сжатии (до соприкосновения витков) = полное число витков × диаметр проволоки. Это длина полностью сжатой пружины. Никогда не допускайте сжатия пружины до упора витков в рабочей эксплуатации — ограничивайте рабочий ход величиной не более 80% от полного доступного хода.
Патентированная рояльная проволока (Music wire): 79,3 GPa, нержавеющая сталь 302: 69 GPa, хромованадиевая сталь: 77,2 GPa, фосфористая бронза: 41,4 GPa. Модуль сдвига G незначительно меняется с температурой.
Процедуры, описанные на этой странице, были разработаны и опробованы в полевых условиях командой Vibromera с использованием Balanset-1A — портативного двухканального балансировочного прибора и анализатора вибрации для балансировки роторов на месте эксплуатации.
Профессиональные приборы и программное обеспечение для балансировки оборудования в полевых условиях. Используются более чем в 50 странах.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko — инженер по вибрационному анализу, основатель и генеральный директор Vibromera. Более 15 лет он балансирует вращающееся оборудование в полевых условиях, а не на испытательном стенде: мульчеры, промышленные вентиляторы, дробилки, центрифуги, валы и шпиндели. Именно из этой работы выросли приборы Balanset — они задумывались как инструмент, который специалист может принести к машине и применить самостоятельно, прямо на месте, а не как лабораторное оборудование. Vibromera основана в 2017 году, а с 2023 года базируется в Порту, Португалия. Здесь происходят разработка, сборка и поддержка линейки Balanset. Флагманский прибор — Balanset-1A, портативный анализатор для одно- и двухплоскостной балансировки и вибродиагностики. Nikolai лично участвует в поддержке клиентов, в разборе сложных случаев балансировки и в разработке программного обеспечения. Он работает с клиентами по всему миру, на любом языке.
