Forårskonstant

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Fysisk størrelse
Efternavn Forårskonstant
Formelsymbol
Størrelse og
Enhedssystem
enhed dimension
SI N m −1 = kg s −2 M · T −2

Fjederkonstanten, også kaldet fjederstivhed, fjederstivhed, fjederkonstant, benchmark eller retning konstant, angiver forholdet mellem den kraft , der virker på en fjeder til afbøjning af fjederen forårsaget af det. I modsætning til stivhed i sædvanlig forstand, er fjederstivhed ikke henviser til forlængelse af fjederen (forlængelse i forhold til længde). Nedbøjning betyder den absolutte forlængelse af fjederen eller dens rotation .

Kun med lineære fjedre er kraften proportional med afbøjningen og derefter kun indtil den elastiske grænse er nået .

Udtrykket forår “konstant” er uheldigt, fordi det ikke er en materiel konstant eller en fysisk konstant . Det gælder kun for et bestemt forår.

definition

Forårsexpansion i vægt. (Samt parallel forbindelse af fjedre)

Ifølge Hookes lov er fjederkraften en fjeder, der er proportional med nedbøjningen . Proportionalitetsfaktoren kaldes fjederkonstanten. Så forholdet gælder

I stedet for brevet [1] vil også [2] eller [3] brugt til fjederkonstanten.

beregning

Fjederkonstanten afhænger af fjederens materiale og form samt af lastretningen. Så det er z. B. for en stang af længde med tværsnitsareal i tilfælde af en træk- eller trykstyrke i stangens længderetning:

Her udpeget elasticitetsmodulet , som er en materiel egenskab. i dette tilfælde er trækstivheden .

Fjederkonstanten for en spiralfjeder er:

med

Tråddiameter
middelfjederdiameter
fjedrende spoler
Forskydningsmodul (for fjederståltråd normalt G = 81500 N / mm², i henhold til DIN EN 13906-1: 2002)

Måling

En direkte bestemmelse af fjederkonstanten opnås ved en trækprøvning, hvor en kraft påføres og nedbøjningen eller ændringen i længden foranstaltninger i retning af den anvendte kraft. Dette giver fjederen konstant til

Forårskonstanten en spændingsfjeder eller trykfjeder er normalt angivet i enheden Newton / meter :

Beskrivelsen af ​​en fjeder ved dens fjederkonstant er en nyttig og normalt tilstrækkelig præcis tilnærmelse. Kraft-afstandskurven for tilstødende atomer , som faststoffers elastiske adfærd er baseret på, er næsten lineær inden for området elastisk deformation og kan derfor beskrives ved Hookes lov.

Fjederkonstanten kan bestemmes indirekte ved at måle perioden for et fjederpendel .

Fjedre med ikke-lineær fjederstivhed

Fjederkonstanten for almindelige metalfjedre forbliver den samme over et bredt område. Det betyder, at den krævede kraft til afbøjningen er proportional med afbøjningen.

Med luftfjedre på den anden side øges kraften uforholdsmæssigt (eksponentielt) med afbøjningen. Fjederkonstanten øges også med nedbøjningen, da luftfjedre har en såkaldt progressiv egenskab .

Et specielt design - for eksempel ved at ændre spolens diameter eller vinkel - kan også bruges til at producere stålfjedre, hvis forhold mellem kraft og forskydning ikke er lineært: For det første komprimeres det bløde område, og når dets spoler er i kontakt, kommer det hårdere område i kraft.
Fjedre i køretøjer bør stivne mod slutningen af ​​fjederkørslen for at forhindre hjulophænget i at bryde igennem på karosseriet . Dette opnås ofte ved yderligere støbte gummikroppe, som gør det muligt for hjulophænget at ramme blødt. En anden variant består af luftfjedre, der er forbundet parallelt.

I tilfælde af teleskopgafler på motorcykler fungerer den begrænsede luftmængde som stopspjæld, som også kan justeres til fjederen eller køretøjets vægt ved at justere oliestanden.

I tilfælde af metalfjedre, der udøver en drejningsmoment (fx spiralfjedre i mekaniske ure, moving- coil måle- mekanismer og fjedermekanismer , men også torsion bar fjedre og opspændingsremme i måling mekanismer og torsion penduler ), er der også en næsten lineær sammenhæng mellem vinkeludbøjning og moment. Din fjederkonstant er angivet i Newtonmeter pr. Vinkelgrad. I fjedersystemer stræber man efter en særlig flad kurve af momentkarakteristikken, B. opnås ved et faldende tværsnit af båndet fra indersiden til ydersiden eller ved en omvendt viklingsretning i elevatoren.

Kombination af fjedre

Når man sætter flere fjedre sammen, kan man angive en fjederkonstant for hele kredsløbet , den såkaldte erstatningsfjederkonstant .

Med parallel tilslutning af Fjedre med fjederkonstanter fjederkombinationen har en større fjederkonstant (dvs. den er sværere) end den hårdeste enkeltfjeder. Den substituerende fjederkonstant beregnes som summen af ​​de enkelte konstanter

Ved serieforbindelse (f.eks. Tilslutning af flere fjedre sammen) har fjederkombinationen en mindre fjederkonstant (dvs. den er blødere) end den blødeste individuelle fjeder. Den substituerende fjederkonstant kommer fra

For eksempel har to identiske fjedre, der er knyttet til hinanden, halvdelen af ​​fjederkonstanten. Og to identiske fjedre koblet ved siden af ​​hinanden har to gange fjederkonstanten. [4]

Individuelle beviser

  1. Dieter Meschede (red.): Fysik . 22. udgave. Springer, 2004, ISBN 3-540-02622-3 , s.   181 ( begrænset forhåndsvisning i Google Bogsøgning).
  2. David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker: Physik. Wiley-VCH, 2001, ISBN 978-3-527-40746-0 , s.   356 ( begrænset forhåndsvisning i Google Bogsøgning).
  3. Bruno Assmann, Peter Selke: Teknisk mekanik . 13. udgave. Oldenbourg, 2004, ISBN 3-486-27294-2 , s.   369 ( begrænset forhåndsvisning i Google Bogsøgning).
  4. Kapitelfjedre på webstedet Hochschule-Technik.de