通过MCP连接 →

输入计算

数学公式

广告

结果

扭转弹簧刚度(每转)
3,066.67
N·mm/转
每度刚度 8.5185 N·mm/°

什么是扭力弹簧计算器?

扭力弹簧在绕轴扭转时储存能量,并产生与扭转角度成正比的扭矩。本计算器用于求出扭转弹簧刚度——即弹簧每旋转一整圈(一转)所产生的扭矩。它适用于圆线材绕制的螺旋扭力弹簧,且不限定单位制,只要保持单位一致即可(例如 E 用 MPa、各尺寸用 mm,则刚度结果为 N·mm/转)。

带两条伸出支脚的螺旋扭转弹簧,标注线径和圈径
螺旋扭转弹簧通过扭转储存能量,其支脚传递扭矩。

使用方法

依次输入线材的弹性模量 \(E\)(钢丝/琴钢丝约为 207,000 MPa)、线径 \(d\)、簧圈中径 \(D\)(外径减去线径),以及有效圈数 \(Na\)。计算器会输出每转的弹簧刚度,以及对应的每度旋转扭矩。

公式详解

扭转弹簧刚度的计算公式为:

$$k = \dfrac{\text{E} \cdot \text{d}^{4}}{10.8 \cdot \text{D} \cdot \text{Na}}$$

线径 \(d\) 是以四次方的方式影响结果的,因此 \(d\) 的微小变化都会让刚度发生显著改变。式中的常数取 10.8(而非理论值 10.2),是因为它引入了经验修正,用以考虑簧圈之间的摩擦以及线材绕制后的曲率影响,从而得到更贴近实际工况的数值。

图示扭转弹簧受扭矩作用产生角变形θ
弹簧刚度将施加的扭矩与弹簧支脚的角变形联系起来。

计算示例

以钢丝为例:\(E = 207{,}000\) MPa,\(d = 2\) mm,\(D = 20\) mm,\(Na = 5\) 圈:

$$k = \frac{207{,}000 \times 2^{4}}{10.8 \times 20 \times 5} = \frac{207{,}000 \times 16}{1{,}080} = \frac{3{,}312{,}000}{1{,}080} \approx 3{,}066.67 \ \text{N}\cdot\text{mm/转}$$

再除以 360,即得到约 8.52 N·mm/度。

常见问题

计算结果使用什么单位?如果 \(E\) 以 MPa(即 N/mm²)为单位,且所有尺寸均以 mm 为单位,那么刚度结果即为 N·mm/转(每旋转一圈)。

E 该取多少?请使用线材的拉伸/弹性模量:钢丝与琴钢丝约为 207,000 MPa,磷青铜约为 131,000 MPa,不锈钢约为 110,000 MPa(具体数值因合金牌号而异)。

为什么用 10.8 而不是 10.2?10.8 是扭力弹簧常用的经验常数,用以补偿簧圈之间的摩擦损耗;而纯理论值则更接近 10.2。

最后更新: