Kalkulator sprężyn naciskowych: sztywność, siła, naprężenie i długość blokowa

Ten kalkulator sprężyn stosuje wzory dla walcowych sprężyn naciskowych zwijanych na zimno: sztywność R = G × d⁴ ÷ (8 × Dm³ × n). Sprężyna z drutu sprężynowego patentowanego klasy C/D o średnicy 2 mm, średnicy zewnętrznej 20 mm i 8 zwojach czynnych ma 3,494 N/mm – ugięcie o 10 mm wymaga 34,94 N.

Przykład: Materiał: drut sprężynowy patentowany, klasa C/D · Średnica drutu d 2 mm · Średnica zewnętrzna De 20 mm · Zwoje czynne n 8 · Długość swobodna L0 (opcjonalnie) 50 mm · Ugięcie s (opcjonalnie) 10 mm → Sztywność sprężyny: R = 3,494 N/mm. Źródło: Federnfabrik Schmid – Normfedern catalogue, “Druckfederberechnung / Compression spring calculation”: formulas 3.1–3.10 (R = G·d⁴/(8·Dm³·n), τ = 8·Dm·F/(π·d³), τc zul ≦ 0.56·Rm, nt = n + 2, Lc ≦ nt·d), materials table with G and Rm (read 09.10.2026). Stan na: .

mm
mm
średnica średnia Dm = De − d
bez zwojów końcowych przylegających
mm
do długości blokowej i sprawdzenia; 0 = wył.
mm
daje siłę i naprężenie; 0 = wył.
Moje narzędziaWpisane dane są zapisywane tylko w tej przeglądarce.

Wynik

Sztywność sprężyny
R = 3,494 N/mm
Szczegóły
WielkośćWartość
Średnia średnica zwoju Dm18,00 mm
Wskaźnik sprężyny w = Dm ÷ d9,00
Moduł sprężystości poprzecznej G81 500 N/mm²
Sztywność R3,494 N/mm
Siła przy 10,0 mm34,94 N
Naprężenie skręcające przy tej sile200 N/mm²
Całkowita liczba zwojów nt = n + 210,0
Długość blokowa Lc (końce szlifowane, maks.)20,00 mm
Ugięcie do bloku sc = L0 − Lc30,00 mm
Siła przy długości blokowej104,81 N
Naprężenie przy długości blokowej τc601 N/mm²
Dopuszczalne τc = 0,56 × Rm1105 N/mm²
Naprężenie przy długości blokowej mieści się w wartości dopuszczalnej. Obliczono dla obciążenia statycznego lub quasi-statycznego; wartości Rm dla drutu FD i nierdzewnego to wartości orientacyjne (Schmid). Przy obciążeniu dynamicznym potrzebne jest sprawdzenie zmęczeniowe.

Jak to obliczamy

Sztywność R = G × d⁴ ÷ (8 × Dm³ × n). G to moduł sprężystości poprzecznej drutu, d średnica drutu, Dm średnia średnica zwoju (zewnętrzna minus drut), n liczba zwojów czynnych. Siła przy ugięciu s to F = R × s, naprężenie skręcające τ = 8 × Dm × F ÷ (π × d³). Federnfabrik Schmid podaje te wzory dla sprężyn naciskowych zwijanych na zimno z drutu okrągłego do 17 mm, z więcej niż 2 zwojami czynnymi i wskaźnikiem Dm ÷ d od 4 do 20.

Przykłady (stal sprężynowa, G = 81 500 N/mm²)

Drut dZewn. DeZwoje nSztywność R
1 mm10 mm101,397 N/mm
2 mm20 mm83,494 N/mm
3 mm30 mm66,987 N/mm
4 mm40 mm69,316 N/mm
5 mm40 mm818,563 N/mm

Średnica drutu wchodzi w czwartej potędze: przy tym samym Dm i n dwa razy grubszy drut daje szesnaście razy większą sztywność. Ta sama sprężyna ze stali nierdzewnej 1.4310 (G = 70 000 N/mm²) ma tylko 3,001 N/mm.

Długość blokowa i sprawdzenie naprężeń

Przy jednym przylegającym zwoju na każdym końcu nt = n + 2, a przy końcach szlifowanych długość blokowa wynosi najwyżej nt × d – w przykładzie 20 mm. Przy długości swobodnej 50 mm sprężynę można ścisnąć o 30 mm; wymaga to 104,81 N i daje τc ≈ 601 N/mm². Schmid dopuszcza τc do 0,56 × Rm; dla drutu klasy C/D o średnicy 2 mm Rm = 2220 − 820 × lg d = 1973 N/mm², więc granica to 1105 N/mm² – sprężyna wytrzyma ściśnięcie do bloku. Prawo Hooke’a ogólnie: kalkulator stałej sprężystości; jednostki siły: kalkulator siły.

Najczęściej zadawane pytania

Jak obliczyć sztywność sprężyny naciskowej?

R = G × d⁴ ÷ (8 × Dm³ × n). Dla d = 2 mm, Dm = 18 mm, n = 8 i G = 81 500 N/mm²: 3,494 N/mm.

Co to jest średnica średnia?

Średnica zewnętrzna minus średnica drutu: 20 − 2 = 18 mm, czyli średnica przez środek drutu.

Jaka siła jest potrzebna na 10 mm ugięcia?

Sztywność razy ugięcie: 3,494 N/mm × 10 mm = 34,94 N.

Jak obliczyć długość blokową?

Przy jednym przylegającym zwoju na koniec nt = n + 2; przy końcach szlifowanych najwyżej nt × d. 10 zwojów × 2 mm = 20 mm.

Kiedy sprężyna jest przeciążona?

Gdy naprężenie przy długości blokowej przekracza 0,56 × Rm. Dla drutu klasy C/D 2 mm granica wynosi ok. 1105 N/mm².

Jaki moduł G przyjąć?

Schmid podaje 81 500 N/mm² dla drutu patentowanego, 79 500 dla drutu ulepszanego i 70 000 dla stali nierdzewnej 1.4310.

Źródła i podstawa prawna

Stan na: · Zasady redakcyjne

Podobne narzędzia