Как пружину сделать жестче: «Как увеличить жёсткость пружины?» — Яндекс Кью

Жесткость пружины. Размышления

Размышления о жёсткости

Посчитал нужным вывесить сей опус на форуме для повышения уровня общего технического развития гуманитарной его части.

Сразу скажу — я не профи и не спортсмен — я просто люблю водить машину и люблю, когда машина едет правильно. Подвеска — моя страсть и моя слабость. Именно от подвески, а не от мощности двигателя зависит средняя скорость по типичной российской дороге, а также безопасность — и моя, и окружающих. Еще очень важны тормоза, но о них как-нибудь позже. В силу того, что я не профи и не спортсмен, и даже не знаком ни с одним профессиональным спортсменом-кольцевиком (о раллистах разговор особый), то всё, что я знаю по этой теме, добывалось по крупицам самостоятельно отовсюду, откуда только возможно. С миру по нитке, как говорится. Увы, получившаяся картина не является полной и исчерпывающей — т.е. копать и копать еще. Но область предстоящих раскопок — это уже нюансы и детали настройки, типа точнейших углов установки колес и влияния жесткости сайлентблоков.

Основа уже накопана и опробована на собственном опыте, что позволяет ею поделиться.

Подразумевается, что перед изменением настройки подвески уже куплены и установлены хорошие диски с правильным вылетом и хорошей правильной резиной. Для Сивиков это 195/50 R16, 205/50 R16 или хотя бы штатные сировские/интегровские 195/55 R15. Для Интегры пойдет еще 215/45 R16 — это штатный размер Интегры Type R 98spec. Для Аккорда — 205/55 R16 и 215/45 R17. Если же вы катаетесь на батонах с профилем 60 или 70, то о какой подвеске вообще может идти речь? Шутка. Батоны тоже имеют право на жизнь.

Подразумевается также, что правильная подвеска увеличивает нагрузку на позвоночник. wink.gif Не всегда сильно увеличивает, но увеличивает по-любому. Тренируйте спину.

Первый шаг (опциональный, т.е. на любителя) — занизить машину. На самом деле эффект от этого очень большой. Даже если вы не измените ничего, кроме как чуть-чуть подрежете свои штатные пружины — буквально на пару витков — то результат не замедлит сказаться.

Но лучше, конечно, поставить правильные пружины. Правильные пружины — это такие пружины, которые соответствуют определенному принципу. Принцип этот очень прост: если вы занижаете машину, сокращая рабочий ход подвески на сжатие на 20%, то вы должны поставить пружины, на 20% более жесткие. Если на 50% — то на 50%. Машина не должна ложиться на отбойники чаще, чем она ложилась до изменений. Езда на отбойниках — это нонсенс. На самом деле из Японии очень часто приходят машины, тюненые там, и тюнены они порой как раз в таком стиле, что по российским дорогам они передвигаются, преимущественно лежа на отбойниках. Такой принцип нам не подходит. Он и для Японии-то по-хорошему не подходит — только если ездить медленно и печально. Впрочем, подобный тюнинг там обычно служит совсем иным целям — чтоб смотрелось круто. Но мы не об этом. Нам-то нужна управляемость.

Подобрав правильные пружины, не вздумайте их ставить со штатными амортизаторами. Дело в том, что пара пружина+амортизатор должна иметь определенный баланс, который позволяет им правильно работать вместе.

При ходе сжатия основное сопротивление этому ходу оказывает пружина. Именно ее жесткость определяет, на сколько она сожмется при приложении определенной силы. Например, штатные пружины ВАЗ 2108 имеют жесткость в пределах 17-18 кг/см. Амортизатор при ходе сжатия тоже вносит свою лепту в общее сопротивление этому ходу, но весьма небольшое, составляющее, полагаю, не больше 10-20%.

После хода сжатия рано или поздно начинается ход отбоя. И вот при ходе отбоя начинается самое интересное — сжатая на ходе сжатия пружина стремится распрямиться. И помешать ей это сделать может только амортизатор. И сила сопротивления амортизатора на отбой должна быть сбалансирована с жесткостью пружины. Эта сила может быть приблизительно равна, она может быть существенно больше (это когда тюнинговый амортизатор установлен вместе со штатной пружиной), но она ни в коем случае не должна быть меньше.

Если амортизатор вяло сопротивляется пружине на ходе отбоя, получается лягушачья подвеска — машина скачет как лягушка. Потому что сильная пружина «плюет» на слабый амортизатор и распрямляется, «выстреливает». Ей никто в этом почти не мешает. Потом, уже под действием веса автомобиля, она сжимается, потом все идет по кругу. Никакой стабильности, об управляемости же говорить вообще не приходится — какая тут к черту управляемость, если машина просто не в состоянии проехать по обычной дороге, не раскачиваясь.

Следовательно, из этого вытекает правило номер два: если вы ставите более жесткую пружину, то вы обязаны поставить более жесткий амортизатор. И их жесткость должна быть сбалансирована.

Отсюда, в свою очередь вытекает правило номер два-с-половиной: если вы собираетесь занизить машину, то вам по-любому надо тренировать спину. Если вы собираетесь занизить машину очень сильно, то не исключено, что ваша спина будет болеть неделю. Но потом привыкнет — проверено. В серьезной трактовке правило номер два-с-половиной выглядит так: при занижении машины вам не обойтись без замены не только пружин, но и амортизаторов.

Немного цифр

Жесткость пружин, пригодных для повседневной езды, находится обычно в пределах 10-12 кг/мм для передка. Надо заметить, что на передке пружины (и амортизаторы) почти всегда существенно жестче, чем сзади. Мне известны лишь два исключения из этого среди японских машин — это Nissan Skyline GT-R и Honda Integra DC5. Поэтому я обычно говорю о передке, подразумевая, что сзади пружины в 1.5-2 раза мягче.

Жесткость пружин также зависит от веса автомобиля, для которого они предназначены. Скажем, стандартные пружины из комплекта TEIN Type HR для Прелюда — 12/8 кг/мм (перед/зад). Тот же комплект для Аккорда — 10/6. Для Сивика, если память мне не врет — 8/6 или 8/5 кг/мм.

Могу сказать, что езда на Аккорде (точнее, Ascot Innova) с пружинами на передке 12 кг/мм и соответсвующими амортизаторами TEIN Type HR — это большая нагрузка на позвоночник. А ведь в продаже можно встретить комплекты и в 16 кг, и в 20. Но это уже явно чисто кольцевые комплекты, на дорогу на них выезжать просто небезопасно. Почему?

Потому что чрезмерно жесткая подвеска пригодна только для очень хороших дорог. Чем жестче — тем лучше должна быть дорога. На волнистой или разбитой дороге жесткая подвеска работает плохо. Машина просто летит над ямками, постоянно теряя сцепление с дорогой. Если дело происходит в повороте — можно «уплыть» за его пределы. Трассовый опыт показал, что для машины класса Аккорда, жесткость в 12 кг/мм на передке — это предел. Больше — не надо. Лучше даже меньше. Скажем, 8-10 кг/мм — оптимально.

Например, такая тяжелая машина, как Скайлайн GT-R BNR32, на комплекте OHLINS с жесткостью 8/6 кг/мм (перед/зад) на обычных дорогах показал себя великолепно. Совершенно не ощущалась жесткость, позвоночник не трясло — и при этом машина отменно управлялась. Конечно, здесь следует сделать поправку на то, что это — не семейный седан, пусть даже если он и made by Honda — это все-таки чистопородный спортивный автомобиль, созданный для того, чтобы прекрасно управляться.

Но тем не менее.

А вот если сравнить Ascot Innova с 12 кг/мм и Torneo SiR с 5 кг/мм (TEIN Type Wagon), то сравнение получается неоднозначное. Неоднозначность заключается в том, что 12 кг — это чуть-чуть больше, чем надо, а вот 5 кг — это заметно меньше, чем надо. На трассе SiR всплывает на волнах и раскачивается ничуть не меньше, чем на стоковой подвеске. И кренится он все-таки сильно. Так что, наверное, для класса Аккорда оптимально будет 8-10 кг/мм.

Еще пару слов о том, о чем мы обычно забываем — о стабилизаторах поперечной устойчивости. Честно говоря, о чем о чем, а об этих прутках стали недостаток информации практически абсолютный. Нигде ничего не найдешь. В двух словах если — то их тоже надо ужесточать. И принцип там тоже простой — чем жестче передний (или, соответственно, мягче задний) стабилизатор, тем выше недостаточная поворачиваемость (understeer). Если наоборот — то растет избыточная поворачиваемость (oversteer). Вероятно, следует ужесточать оба стабилизатора, сохраняя между ними баланс.

Вот где-то так обстоят дела.

Жесткость пружины | Блог Александра Воробьева

Опубликовано 14 Июн 2015
Рубрика: Механика | 57 комментариев

Максимальная сила сжатия или растяжения пружины не зависит от количества рабочих витков! Это означает, что если взять, например, цилиндрическую пружину сжатия, а затем разрезать её на две неравные по высоте части, то максимальное усилие при полном сжатии…

…обеих образовавшихся пружин будет одинаковым. Более того – максимальная сила останется такой же, как у исходной пружины!

В чем же тогда различие между тремя рассмотренными выше пружинами? Ответ на этот вопрос – в высотных размерах  и жесткостях.

Меньшая пружина самая жесткая. У нее самый малый ход от свободного состояния до полного сжатия. Исходная пружина (до разделения) – самая мягкая. У нее самый большой ход.

Жесткость пружины (C) является ключевым параметром, определяющим силу сжатия или растяжения (F_i) при определенной величине деформации (L₀— L_i):

F_i=C*(L₀— L_i)

В свою очередь сама жесткость пружины (C) зависит только от жесткости одного витка (C₁) и числа рабочих витков (N):

C=C₁/N

Обратите внимание – жесткость одного витка всегда больше жесткости всей пружины! Причем, чем больше в пружине витков, тем она мягче.

Расчет в Excel жесткости витка пружины.

Жесткость витка пружины – это «краеугольный камень в фундаменте» расчетов, зависящий лишь от модуля сдвига материала, из которого пружина навита и её геометрических размеров.

C₁=G*X⁴/(Y*(D₁— B)³)

В этой формуле:

G – модуль сдвига материала проволоки

        Для пружинной стали:

        G≈78500 МПа ±10%

        Для пружинной бронзы:

        G≈45000 МПа ±10%

X – минимальный размер сечения проволоки

        Для круглой проволоки – это её диаметр:

        X=D

        Для прямоугольной проволоки:

        X=H при H<B

        X=B при B<H

H – высота сечения проволоки в направлении параллельном оси навивки пружины

B – ширина сечения проволоки в направлении перпендикулярном оси навивки пружины

        Для круглой проволоки:

        H=B=D

D₁— наружный диаметр пружины

(D₁— B) – средний диаметр пружины

Y – параметр жесткости сечения проволоки

        Для круглой проволоки:

        Y=8

        Для прямоугольной проволоки:

        Y=f(H/B)

Что это за функция — f (H/B)? В литературе она всегда задана в виде таблицы, что не всегда удобно, особенно для промежуточных значений H/B, которых попросту нет.

Выполним аппроксимацию в MS Excel табличных данных в первых двух столбцах аналитическими функциями, разбив для повышения точности табличные значения на три группы.

На графиках, представленных ниже, Excel нашел три уравнения для определения параметра Y при различных значениях аргумента — отношения высоты проволоки к ширине — H/B. Красные точки – это заданные значения из таблицы (столбец №2), черные линии – это графики найденных аппроксимирующих функций. Уравнения этих функций Excel вывел непосредственно на поля графиков.

В таблице в столбце №3 размещены посчитанные по полученным формулам значения параметра жесткости сечения проволоки Y, а в столбцах №4 и №5 — абсолютные Δ_абс и относительные Δ_отн погрешности аппроксимации.

Как видно из таблицы и графиков полученные уравнения весьма точно замещают табличные данные! Величина достоверности аппроксимации R² очень близка к 1 и относительная погрешность не превышает 2,7%!

Применим на практике полученные результаты.

Расчет пружины сжатия из проволоки прямоугольного сечения.

Жесткость пружины из проволоки или прутка прямоугольного сечения при тех же габаритах, что и из круглой проволоки может быть гораздо больше. Соответственно и сила сжатия пружины может быть больше.

Представленная ниже программа является переработанной версией программы расчета цилиндрических пружин из круглой проволоки, подробное описание которой вы найдете, перейдя по ссылке. Прочтите эту статью, и вам проще будет разобраться в алгоритме.

Основным отличием в расчете, как вы уже догадались, является определение жесткости витка (C₁), задающей жесткость пружины (C) в целом.

Далее представлены скриншот программы и формулы для цилиндрической стальной пружины из прямоугольной проволоки, у которой поджаты по ¾ витка с каждого конца и опорные поверхности отшлифованы на ¾ длины окружности.

Внимание!!!

После выполнения расчета по программе выполняйте проверку касательных напряжений!!!

4. I=(D₁/B)-1

5. При 1/3<H/B<1: Y=5,3942*(H/B)²-0,3572*(H/B)+0,5272

При 1<H/B<2: Y=5,4962*(H/B)^(-1.715)

При 2<H/B<6: Y=3,9286*(H/B)^(-1.2339)

6. При H<B: C₁=(78500*H⁴)/(Y*(D₁— B)³)

При H>B: C₁=(78500*B⁴)/(Y*(D₁— B)³)

8. T_nom=1,25*(F₂/C₁)+H

9. T_max=π*(D₁— B)*tg (10°)

11. S₃=T— H

12. F₃=C₁*S₃

14. N_расч=(L₂— H)/(H+F₃/C₁— F₂/C₁)

16. C=C₁/N

17. L₀=N*T+H

18. L₃=N*H+H

19. F₂=C*L₀— C*L₂

21. F₁=C*L₀— C*L₁

22. N₁=N+1,5

23. A=arctg (T/(π*(D₁— H)))

24. L_разв=π*N₁*(D₁— H)/cos (A)

25. Q=H*B*L_разв*7,85/10⁶

Заключение.

Значение модуля сдвига (G) материала проволоки в существенной мере влияющее на жесткость пружины (C) в реальности колеблется от номинально принятого до ±10%. Это обстоятельство и определяет в первую очередь наряду с геометрической точностью изготовления пружины «правильность» расчетов усилий и соответствующих им перемещений.

Почему в расчетах не используются механические характеристики (допускаемые напряжения) материала проволоки кроме модуля упругости? Дело в том, что, задаваясь углом подъема витка и индексом пружины в ограниченных диапазонах значений, и придерживаясь правила: «угол подъема в градусах близок значению индекса пружины», мы фактически исключаем возможность возникновения касательных напряжений при эксплуатации превышающих критические величины. Поэтому проверочный расчет пружин на прочность имеет смысл производить лишь при разработке пружин для серийного производства в особо ответственных узлах. Но при таких условиях кроме расчетов всегда неизбежны серьезные испытания…

Ссылка на скачивание файла с программой: raschet-pruzhiny-szhatiya-iz-pryamougolnoy-provoloki (xls 94,5KB).

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

жесткость пружины или демпфирование? Как правильно усилить заднюю подвеску

Что для вас важнее, скорость или комфорт?

Для большинства водителей это где-то посередине.

С заводской подвеской производители пытаются выйти на большой рынок. Большинство автомобилей будут настроены так, чтобы работать довольно хорошо, но при этом быть очень удобными.

Однако, если вам нужна выдающаяся производительность, особенно на трассе, вы можете инвестировать в амортизаторы с двойной регулировкой, а затем сделать подвеску более жесткой. Хотя вам может быть менее комфортно, ваш автомобиль будет чувствовать себя более маневренным, проворным и, в конечном итоге, лучше управляемым. Или так идет теория.

 

Как усилить заднюю подвеску?

При рассмотрении жесткости вашей подвески помните, что это очень многократный процесс. Вам нужно будет тестировать и повторно тестировать, чтобы убедиться, что вы улучшаете управление своим автомобилем.

Ознакомьтесь с нашей БЕСПЛАТНОЙ ЗАГРУЗКОЙ: Shock Build и Shock Setup/Lap Time Worksheet

В этом бесплатном загружаемом файле мы предоставляем как наш стандартный лист сборки амортизаторов, который является отличным способом организовать все ваши сборки амортизаторов, так и лист времени установки / круга, отличный инструмент, помогающий улучшить ваше общение и ведение учета вашего шасси. настраивать.

Хотя более жесткая подвеска может дать вам преимущество, переборщить с дорогой может быть вредно. Вам нужно учитывать качество езды и решать, лучше ли более жесткие амортизаторы для вашей производительности или нет. Это будет зависеть от вашего приложения, от того, как часто вы участвуете в гонках, а также от внешних факторов, таких как неровные или гладкие трассы, изменения погоды и ваш стиль вождения.

При этом давайте посмотрим, как правильно усилить заднюю подвеску и какие последствия это даст.

 

Номинал пружин

Пружины — одна из самых важных частей вашей подвески. Они определяют, насколько близко или далеко находится ваше шасси от дороги или гусеницы. Регулировка пружин помогает предотвратить проседание, ограничивая крен кузова при ускорении и прохождении поворотов, а также ограничивая ныряние носом при торможении. Они очень важны для определения того, как работает ваш автомобиль.

На кочках пружина сжимается, поглощая силу, а затем отскакивает, высвобождая энергию. Пружина сжимается и отскакивает с точной скоростью в идеальном сценарии, так что вы почти не чувствуете этого.

Жесткость пружины относится к силе, действующей при сжатии пружины на заданную величину. Скорость вашей пружины может составлять 200 фунтов/дюйм. Если вы сожмете пружину на 1 дюйм, она будет оказывать обратное усилие в 200 фунтов.

 

Изменение жесткости пружины

Изменение жесткости пружины для повышения производительности зависит от нескольких факторов. Жесткость пружин индивидуальна и зависит от вашего применения, роста и веса, стиля вождения и даже различий в покрытии гусениц.

Более высокая жесткость пружины

Более высокая жесткость пружин дает более жесткое ощущение, и многие гонщики предпочитают более жесткие пружины, чтобы уменьшить крен и наклон кузова. Они также хотят, чтобы низкий дорожный просвет сохранял низкий центр тяжести. На гладких трассах им не нужно беспокоиться о том, что они пройдут дно и повредят шасси.

С точки зрения аэродинамики под автомобилем с низким дорожным просветом проходит меньше воздуха, что позволяет ему оставаться ближе к трассе.

Прижимная сила также вступает в игру. Когда прижимная сила давит на ваш автомобиль, это может изменить высоту дорожного просвета. Если вы хотите, чтобы ваш автомобиль оставался с той же высотой дорожного просвета, более жесткие пружины будут противодействовать этим силам.

Если пружины слишком жесткие, качество езды пострадает, и ваши шины не смогут правильно выполнять свою работу на ухабистых и неровных дорогах.

Меньшая жесткость пружины

Меньшая жесткость пружины обеспечивает более мягкое ощущение, но обеспечивает большее сцепление. При преодолении неровностей или бордюров более мягкие пружины сохранят контакт с дорогой лучше, чем более жесткие пружины.

Инженерное дело очень черно-белое. Только вы сможете определить, хотите ли вы, чтобы ваши амортизаторы и пружины были жесткими или мягкими. Вы можете почувствовать, что ваш автомобиль лучше управляется, когда подвеска мягче. Не ограничивайтесь только тем, что, по вашему мнению, должен делать .

 

Демпфирование

У амортизаторов основная задача: контролировать скорость, с которой ваши колеса движутся вверх и вниз. Они выполняют эту работу, не давая вашим пружинам слишком быстро сжиматься и отскакивать. Управление этими переменными позволяет улучшить впечатления от вождения.

Вы можете отрегулировать силу демпфирования или скорость вашего удара, когда он пытается сжать и когда он отскакивает.

Более жесткие удары замедляют движения пружины, а более мягкие удары позволяют пружине двигаться быстрее. Если амортизатор слишком жесткий, это может привести к тому, что пятно контакта шины отскочит от поверхности дороги на неровностях, что сделает ваш автомобиль или мотоцикл менее предсказуемым. Если это происходит, вам нужно смягчить удары.

Однако слишком мягкие удары могут привести к раскачиванию кузова вашего автомобиля или мотоцикла после наезда на кочку или рытвину. Очень важно найти золотую середину между комфортом и производительностью, но это не совсем так. Вам нужен хорошо регулируемый амортизатор. Вам нужно будет провести базовые измерения, а также последовательно тестировать и повторно тестировать.

Хотите узнать больше? Узнайте, как отрегулировать низкоскоростное и высокоскоростное демпфирование для оптимизации характеристик амортизатора и в чем разница между низкоскоростным демпфированием и высокоскоростным демпфированием?

 

A Team Effort

Пружины и амортизаторы работают вместе, поэтому очень важно уделять им одинаковое внимание и внимание.

Когда пружины сжимаются, они накапливают энергию, а когда отскакивают, высвобождают эту энергию. Если бы в вашем автомобиле были только пружины, энергии некуда было бы деваться, и вы бы все время подпрыгивали вверх и вниз.

Пружины поддерживают вес вашего автомобиля или велосипеда, поглощают или амортизируют различные удары, возникающие в результате трения о дорогу, и гарантируют, что колеса повторяют поверхность дороги при ее изменении.

Амортизаторы рассеивают накопленную энергию и контролируют скорость, с которой пружины движутся вверх и вниз, предотвращая их слишком быстрое сжатие или отскок.

Настройка обоих параметров даст наилучшие результаты.

 

Настройка предварительного натяга

Также необходимо упомянуть регулировку предварительного натяга.

Преднатяг позволяет сжимать пружины, когда амортизаторы полностью растянуты, следовательно, происходит сжатие с предварительным натягом. На примере 200 фунтов/дюйм: если вы повернете регулятор предварительного натяжения и добавите механическое сжатие на 1 дюйм, пружина будет оказывать обратное усилие на 200 фунтов.

Чтобы сжать его еще больше, вам нужно будет приложить более 200 фунтов силы.

Скорость остается прежней, но добавляя предварительную нагрузку, вы изменяете реакцию пружины на приложенный к ней вес при торможении, ускорении и поворотах.

 

Посетите наш ВЕБИНАР ПО ЗАПРОСУ: 10 самых распространенных проблем с приостановкой и способы их решения

На этом бесплатном веб-семинаре мы рассмотрим наиболее распространенные проблемы с блокировкой, с которыми вы, вероятно, столкнетесь, и советы о том, как их решить или вообще избежать.

 

 

Следует ли усилить заднюю подвеску?

Как и в случае многих регулировок и модификаций вашего автомобиля, это зависит от обстоятельств. В то время как более жесткая подвеска может повысить чувствительность водителя, улучшить управляемость и улучшить контакт шин на ровных дорогах, она, наоборот, может снизить качество езды, управляемость и сцепление с дорогой на ухабистых дорогах.

Чтобы помочь вам решить, стоит ли усиливать заднюю подвеску, мы подробно обсудим это здесь.

Приведет ли это к повышению производительности, зависит от вашего приложения.

 

Позвольте экспертам помочь 

Penske Racing Shocks стремится предоставить вам амортизаторы, отвечающие самым высоким стандартам, и уделяет особое внимание оптимизации ваших настроек еще до того, как вы что-либо купите. Непрерывная поддержка после покупки гарантирует, что вы сможете уверенно вносить коррективы. Чтобы узнать больше о процессе, зарегистрируйтесь здесь.

Физика пружин | Как производители понимают конструкцию пружин

Физика пружин: как производители проектируют пружины, которые работают

Поместите пружину сжатия рядом с листовой пружиной , и вы увидите два совершенно разных объекта, между которыми мало общего. поверхность. Пружины бывают самых разных форм и размеров, но независимо от того, как они выглядят, все они работают одинаково. Каждая пружина представляет собой упругий объект , что означает, что она накапливает и высвобождает энергию. Конструкция пружин и их изготовление зависят от глубокого понимания физики пружин.

Процесс производства пружин и оборудование для изготовления пружин немного сложнее, но сами пружины представляют собой простые механизмы, которые ведут себя очень предсказуемо, если вы знаете, чего ожидать. Понимая физику пружин, производители могут точно предсказать, как пружина будет вести себя в реальном мире, прежде чем они включат намоточный станок.

Загрузите нашу бесплатную электронную книгу: Все о пружинах

Закон Гука: Физика пружин

Помимо хранения и высвобождения энергии, еще одним важным аспектом физики пружин является Закон Гука. Закон Гука гласит, что чем больше вы деформируете пружину, тем больше силы потребуется для ее дальнейшей деформации. Используя пример обычной пружины сжатия, чем больше вы сжимаете пружину, тем больше силы потребуется для ее дальнейшего сжатия.

Британский физик Роберт Гук (на фото справа) впервые опубликовал закон в 1678 году, хотя утверждал, что знал о нем почти два десятилетия. Закон был просто сформулирован на латыни, uttensio, sic vis, , что примерно переводится как «как расширение, так и сила». Более современным алгебраическим представлением закона является F=kX , где F — сила, k — жесткость пружины , а X — длина деформации.

Если вы посмотрите на график уравнения, вы увидите прямую линию или линейную скорость изменения силы. Из-за этой особенности пружины, подчиняющиеся закону Гука, попадают в категорию пружин с «линейной силой».

Константа пружины

Константа пружины точно определяет, какое усилие потребуется для деформации пружины. Стандартной международной (СИ) единицей измерения жесткости пружины является ньютон/метр, но в Северной Америке они часто измеряются в фунтах/дюйм. Более высокая жесткость пружины означает более жесткую пружину, и наоборот.

Жесткость пружины можно определить на основе четырех параметров:  

• Диаметр проволоки : диаметр проволоки, входящей в состав пружины
• Диаметр катушки : диаметр каждой катушки, измерение плотности катушки
• Длина в свободном состоянии : длина пружины в состоянии покоя
• Количество активных витков : количество витков, которые могут свободно расширяться и сжиматься

Материал , из которого изготовлена ​​пружина, также играет роль в определении жесткости пружины наряду с другими физическими свойствами пружины.

Исключения из закона Гука

В мире пружин есть несколько исключений из закона Гука. Например, слишком растянутая пружина растяжения перестанет соответствовать закону. Длина, на которой пружина останавливается по закону Гука, называется пределом упругости .

Пружины переменного диаметра , такие как конические, выпуклые или вогнутые пружины, могут быть свернуты с различными параметрами усилия. Если пружина шаг  (расстояние между витками) постоянно, сила конической пружины будет изменяться нелинейно, а это означает, что она не подчиняется закону Гука. Однако шаг пружины также можно варьировать для получения конических пружин, которые действительно подчиняются закону.

Пружины с переменным шагом являются третьим примером пружины, которая не подчиняется закону Гука. Пружины с переменным шагом часто представляют собой пружины сжатия с постоянным диаметром витка, но с переменным шагом.

Пружины постоянной силы, по отношению к закону Гука, часто являются ложными исключениями . Судя по их названию и описанию, можно ожидать, что пружины постоянной силы , а не , подчиняются закону Гука. В конце концов, если сила, которую они прикладывают, постоянна, как сила может меняться в зависимости от длины пружины? Как упоминалось в нашей статье о пружинах постоянного усилия , материал, из которого изготовлены эти пружины, на самом деле соответствует закону Гука. Отличие состоит в том, что упругая часть пружины с постоянной силой — это только та часть, которая меняется со спиральной на прямую. При вдавливании или вытягивании пружины и изменении диаметра витка действующая сила также изменяется. Это изменение, однако, часто незаметно, потому что изменения диаметра катушки очень малы.

С помощью передового оборудования для навивки пружин с ЧПУ AIM можно сконструировать пружины с постоянным усилием таким образом, чтобы усилие пружины можно было поддерживать постоянным или даже иметь отрицательный градиент при растяжении пружины. Достигнуты отрицательные градиенты порядка 35%.

Почему физика пружин имеет значение при проектировании и производстве пружин

Когда производители производят пружины, они должны знать, как они себя поведут. Очевидно, что та же самая пружина, которая используется для подвески грузовика, не будет работать в шариковой ручке, но во многих механических приложениях мельчайшие различия в поведении пружины будут определять, будет ли система работать или нет.