Точный расчет пружины содержит множество нюансов. Мы же остановимся только лишь на самых общих закономерностях, определяющих жесткость пружины.
Жесткость пружины меняется при изменении следующих параметров:
- количества витков в изготовленной пружине;
- диаметра прутка d, используемого для навивки пружины;
- диаметра пружины D0;
- материала, из которого изготовлена пружина.
Зависимость жесткости от разных параметров для пружин сжатия или растяжения:
Параметр | Зависимость | При увеличении параметра | |
в 2 раза | на 10% | ||
Количество витков | обратная линейная | уменьшится в 2 раза | + 10% |
Диаметр прутка | прямая, в четвертой степени | увеличится в 16 раз | + 46% (1,1^4 — 1) |
Диаметр пружины | обратная кубическая | уменьшится в 8 раз | — 27% |
Нельзя слишком сильно уменьшать количество витков (или уменьшать диаметр пружины), так как при крутом подъеме витка пружина «теряет устойчивость».
Диаметр пружины часто ограничен конструктивными особенностями механизма, в котором она используется: пружина может быть одета на «палец» или работать в «цилиндре».
При изменении диаметра прутка стоит обратить внимание, что он оказывает очень сильное влияние на жесткость пружины. Например, переход с прутка 2мм на пруток 2,5мм может увеличить жесткость почти в 2,5 раза.
Модуль упругости при сдвиге большинства используемых пружинных материалов не отличается сильно и изменение жесткости за счет замены материала в нашей практике не встречалось.
Зависимость жесткости от различных параметров для пружин кручения:
Параметр | Зависимость | При увеличении параметра | |
в 2 раза | на 10% | ||
Количество витков | обратная линейная | уменьшится в 2 раза | + 10% |
Диаметр прутка | прямая, в четвертой степени | увеличится в 16 раз | + 46% |
Диаметр пружины | обратная линейная | уменьшится в 2 раза | — 10% |