Drahtwerkstoff
mm
mm
mm
Wdg.
Federenden
mm
mm
Feder federt zwischen Einbau- und Arbeitslänge
Federrate, Kraft bei jeder Länge, Schubspannung im Vergleich zur Grenze des Drahts, Blocklänge, Knickung und Eigenfrequenz für zylindrische Schraubendruckfedern. Wählen Sie Drahtwerkstoff und Federenden und sehen Sie die Feder maßstäblich federn.
Nur in diesem Browser gespeichert. Mit „Exportieren“ erhalten Sie eine Datei zum Sichern, Teilen oder Importieren auf einem anderen Rechner.
Kraft und Spannung bei jeder Länge. Die zulässige Spannung ist die statische Grenze für diesen Draht, Feder nicht vorgesetzt.
| Länge | Federweg | Kraft | Spannung | % Grenze |
|---|
| Draht d | Windungen n | Blocklänge | C | % Grenze |
|---|
Die Feder ist ein aufgewickelter Torsionsstab: Beim Zusammendrücken wird der Draht verdrillt. Die Federrate hängt stark vom Drahtdurchmesser (4. Potenz) und vom Windungsdurchmesser (3. Potenz) ab.
Federenden (federnde Windungen n, Blocklänge Ls): angelegt und geschliffen n = Nt − 2, Ls = Nt·d; angelegt, nicht geschliffen n = Nt − 2, Ls = (Nt + 1)·d; offen n = Nt, Ls = (Nt + 1)·d; offen, geschliffen n = Nt − 1, Ls = Nt·d. Lassen Sie mindestens 15 % des Federwegs zwischen Arbeitslänge und Blocklänge frei und halten Sie das Wickelverhältnis C zwischen 4 und 12, damit sich die Feder gut wickeln lässt. Die Werkstoffkennwerte folgen Shigley's Mechanical Engineering Design (Tabellen 10-4, 10-5, 10-6) und EN 13906-1.
Dieser Rechner legt eine zylindrische Schraubendruckfeder aus Runddraht aus und prüft sie. Geben Sie Drahtdurchmesser, Außendurchmesser, ungespannte Länge, Gesamtwindungen, Federenden und Werkstoff sowie Arbeits- und Einbaulänge ein. Sie erhalten Federrate, Kraft und Schubspannung bei jeder Länge, Blocklänge, Wickelverhältnis, Eigenfrequenz und einen Knicknachweis, dazu eine Tabelle, mit der Sie eine gewünschte Federrate treffen. Konstrukteure, Produktentwickler, Servicetechniker, Maker und Studierende nutzen ihn, um eine Feder zu spezifizieren oder eine vorhandene Feder zu bestimmen.
Die Feder hat eine Federrate von 3,47 N/mm und liefert bei 35 mm 52 N, bei nur 38 % der zulässigen Spannung. Sie ist blockfest, setzt sich also auch dann nicht bleibend, wenn sie ganz zusammengedrückt wird, und nutzt 50 % des verfügbaren Federwegs.
Für eine zylindrische Schraubendruckfeder gilt k = G × d⁴ / (8 × D³ × n). Dabei ist G der Schubmodul des Drahts (etwa 81.000 MPa für Klaviersaitendraht, 69.000 MPa für rostfreien Draht 302), d der Drahtdurchmesser, D der mittlere Windungsdurchmesser (Außendurchmesser minus Drahtdurchmesser) und n die Zahl der federnden Windungen. Mit d = 1,5 mm, D = 12 mm, n = 6 und Klaviersaitendraht ergibt sich k = 81.000 × 5,06 / (8 × 1728 × 6) = 4,94 N/mm. N/mm mal 5,71 ergibt lbf/in.
Federnde Windungen sind die Windungen, die frei einfedern können; ihre Zahl hängt von den Federenden ab. Angelegt und geschliffen oder angelegt, nicht geschliffen: n = Gesamtwindungen − 2. Offene Enden: n = Gesamtwindungen. Offen, geschliffen: n = Gesamtwindungen − 1. Eine Feder mit 10 Windungen und angelegten, geschliffenen Enden hat 8 federnde Windungen. In die Formel für die Federrate gehen nur die federnden Windungen ein; mit der Gesamtzahl wird die Federrate zu niedrig.
Das Wickelverhältnis C = D / d ist der mittlere Windungsdurchmesser geteilt durch den Drahtdurchmesser. Es beschreibt, wie stark der Draht gebogen ist. Anzustreben ist 4 bis 12. Unter etwa 4 lässt sich die Feder schwer wickeln, und die Spannung an der Innenseite jeder Windung steigt stark an. Über etwa 12 neigen die Federn dazu, sich zu verhaken und auszuknicken, und der Durchmesser schwankt. Das Wickelverhältnis bestimmt auch den Spannungskorrekturfaktor: Ein kleines Wickelverhältnis erhöht die Spannung bei gleicher Kraft.
Die Blocklänge ist die Länge, bei der alle Windungen aufeinanderliegen. Bei angelegten und geschliffenen oder offenen, geschliffenen Enden gilt Ls = Gesamtwindungen × Drahtdurchmesser. Bei angelegten, nicht geschliffenen oder offenen Enden gilt Ls = (Gesamtwindungen + 1) × Drahtdurchmesser. Eine Feder mit 10 Windungen aus 2-mm-Draht und geschliffenen Enden hat eine Blocklänge von 20 mm. Halten Sie die Arbeitslänge um mindestens 15 % des verfügbaren Federwegs über der Blocklänge, da die Federrate in Blocknähe steigt und die Windungen aneinanderschlagen.
Der Draht wird auf Torsion beansprucht, also gilt τ = K × 8 × F × D / (π × d³) mit der Kraft F, dem mittleren Durchmesser D und dem Drahtdurchmesser d. K berücksichtigt die Krümmung der Windung und die direkte Schubspannung. Der Bergsträsser-Faktor KB = (4C + 2) / (4C − 3), wie in EN 13906-1 verwendet und nahe am Wahl-Faktor, ergibt 1,152 bei C = 9. Vergleichen Sie τ mit der zulässigen Schubspannung: etwa 45 % der Zugfestigkeit für Klaviersaitendraht und 50 % für Chromsilizium.
Bei parallel geschalteten Federn, die nebeneinander die Last teilen, addieren sich die Federraten: k = k₁ + k₂. Zwei Federn mit 5 N/mm ergeben parallel 10 N/mm. Bei in Reihe geschalteten Federn, die hintereinander liegen, addieren sich die Nachgiebigkeiten: 1/k = 1/k₁ + 1/k₂. Zwei Federn mit 5 N/mm ergeben in Reihe 2,5 N/mm, wobei jede die volle Kraft trägt. Eine halbierte Feder hat die doppelte Federrate, weil die Federrate umgekehrt proportional zur Zahl der federnden Windungen ist.
Was Sie zum Bauen, Messen oder Prüfen des Ergebnisses brauchen.
As an Amazon Associate TorqueMath earns from qualifying purchases. Prices and availability are shown on Amazon.
Geprüft: 12 results compared with textbooks, standards and maker data by a separate review, 1 correction made. Zu den Prüfungen →