Der Federsteifigkeitsrechner bietet eine schnelle und genaue Methode zur Bestimmung der Steifigkeit (k) einer Feder. Dieser Wert ist entscheidend, um sicherzustellen, dass mechanische Systeme ordnungsgemäß funktionieren, ohne dass es aufgrund unsachgemäßer Lasthandhabung zu Ausfällen kommt. Der Rechner verwendet die folgende Formel:
Formel des Federsteifigkeitsrechners
wo:
- k – Federsteifigkeit (N/m oder lb/in)
- G – Schermodul des Federmaterials (N/m^2 oder lb/in^2)
- d – Drahtdurchmesser der Feder (m oder in)
- D – Mittlerer Durchmesser der Feder (m oder in)
- n_a – Anzahl der aktiven Spulen
Die Werte für den Schermodul (G) können häufig aus Materialeigenschaftstabellen oder Datenblättern von Lieferanten entnommen werden. Der mittlere Durchmesser (D) wird als Durchschnitt aus Außendurchmesser und Innendurchmesser berechnet, und die Anzahl der aktiven Spulen (n_a) ist die Gesamtzahl der Spulen abzüglich etwaiger inaktiver Spulen an den Enden.
Umrechnungstabelle für gängige Materialien
Die folgende Tabelle enthält typische Schermodulwerte für gängige Materialien, die bei der Federherstellung verwendet werden:
| Werkstoff | Schermodul G (N/m^2) |
|---|---|
| Stahl | 79.3 x 10^9 |
| Edelstahl | 77 x 10^9 |
| Kupfer | 45 x 10^9 |
| Messing | 39 x 10^9 |
| Aluminium | 26 x 10^9 |
Mithilfe dieser Tabelle können Benutzer schnell den für den Rechner benötigten Schermodul ermitteln, ohne diese Informationen separat suchen zu müssen.
Beispiel für einen Federsteifigkeitsrechner
Problem: Berechnen Sie die Steifigkeit einer Stahlfeder mit einem Drahtdurchmesser von 0.01 m, einem mittleren Durchmesser von 0.1 m und 20 aktiven Windungen.
Lösung: Mit der Formel:
k = (79.3 x 10^9 x (0.01)^4) / (8 x (0.1)^3 x 20) = 198.25 N/m
Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass die Feder eine Steifigkeit von 198.25 N/m haben wird, wodurch sie für Anwendungen geeignet ist, die dieses spezifische Steifigkeitsniveau erfordern.
Die häufigsten FAQs
Die Federsteifigkeit, bezeichnet als k, ist ein Maß für den Widerstand einer Feder gegen Kompression oder Dehnung, abhängig von ihrem Material, ihrer Konstruktion und ihren Abmessungen.
Der Schubmodul (G) ist eine Materialeigenschaft, die die Reaktion des Materials beschreibt Scherbeanspruchung und ist typischerweise in technischen Datenbanken oder Materialdatenblättern zu finden.
Dieser Rechner ist für zylindrische Schraubenfedern konzipiert. Für andere Federtypen, beispielsweise Kegel- oder Torsionsfedern, sind andere Formeln erforderlich.