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勁度系數
來源:互聯網

勁度系數,常用來描述單位形變量時所產生的彈力大小。勁度系數k值越大,說明形變單位長度需要的力越大,或者說彈簧更“韌”。勁度系數又稱剛度系數或者倔強系數,在數值上等于彈簧伸長(或縮短)單位長度時的彈力。

k為勁度系數是彈簧的一種力學屬性,它的數值與彈簧的材料、彈簧絲的粗細、彈簧圈的直徑、單位長度的匝數、彈簧的原長度及溫度有關。

相關公式

胡克定律:。式中,F為彈力,k是勁度系數,是彈簧形變量

胡克定律在高中物理、水利科技、工程力學、工程結構、建筑材料、工程力學等學科中均有廣泛應用。

串聯與并聯

兩彈簧勁度系數分別為,。

兩彈簧并聯后的勁度系數為=,

兩彈簧串聯后的勁度系數為。

單位

牛頓/米()。

影響因素

螺旋彈簧的勁度系數公式為:

()

其中:

G=盤條的剛性模數,單位(即切變模量):碳素彈簧鋼絲(如65Mn)以及常用彈簧鋼絲79000 ;不銹鋼絲71000 ,硅青銅線;

=線徑(mm);

=外徑(mm);

=中徑=(mm);

N=總圈數;

=有效圈數=。

彈簧常數計算范例: 線徑=2.0mm,外徑=22mm,總圈數=5.5圈,鋼絲材質=琴鋼絲

在彈性限度內,彈簧的彈力可由F=kx確定。這里,x為彈簧的伸長的長度;k為勁度系數,表示彈簧的力學屬性,它的數值與彈簧的材料,彈簧絲的粗細,彈簧圈的直徑,單位長度的匝數及彈簧的原長度有關。在其他條件一定時彈簧越長,單位長度的匝數越多,k值越小。

k還與溫度有關,其他條件一定時,溫度越低k越大。

相關例題

1)將一個勁度系數為K的彈簧一截為二,則一半長的彈簧的勁度系數為多少,是原勁度系數的兩倍嗎?

2)將兩根勁度系數分別為和的彈簧兩端固定,在兩彈簧中間連接一個質量為m的物體,合成后的彈簧的勁度系數為多少,等于和的和嗎?

3) 將兩根勁度系數分別為和的彈簧直接相連,一端固定,一端連接質量為m的物體,合成后的彈簧的勁度系數為多少,等于嗎?

4) 把一根彈簧在其一半處折疊成一根雙股彈簧,則其彈簧的勁度系數為多少,等于原來的兩倍嗎?

解答

第1題:原彈簧可以看作兩個“半彈簧”串接,設勁度系數為,當原彈簧受力變形時,每個“半彈簧”變形量為x,則整個彈簧變形為2x。則有

每個彈簧勁度系數都是2K。注意這樣串聯的兩個“半彈簧”受力大小是一致的。推廣而言我們可以求更一般的情況—彈簧不是對半開,而是一定的比例,變形量比例與原長度比例一致。

第2題:兩個彈簧變形量x一致,只不過一個為拉伸則另一個為壓縮,但產生的力是方向一致,按照力等效的觀點,則,所以。

第3題:原理同第1題,正屬于我所說的推廣情況。,故,即。

第4題:變形一致,總的力=兩個分力之和。故,;由第1題可知是原彈簧的2倍,到此題K就是原彈簧的4倍。

參考資料 >

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