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劲度系数

劲度系数,常用来描述单位形变量时所产生的弹力大小。劲度系数k值越大,说明形变单位长度需要的力越大,或者说弹簧更“韧”。劲度系数又称刚度系数或者倔强系数,在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力。

k为劲度系数是弹簧的一种力学属性,它的数值与弹簧的材料、弹簧丝的粗细、弹簧圈的直径、单位长度的匝数、弹簧的原长度及温度有关。

相关公式

胡克定律:。式中,F为弹力,k是劲度系数,是弹簧形变量

胡克定律在高中物理、水利科技、工程力学、工程结构、建筑材料、工程力学等学科中均有广泛应用。

串联与并联

两弹簧劲度系数分别为,。

两弹簧并联后的劲度系数为=,

两弹簧串联后的劲度系数为。

单位

牛顿/米()。

影响因素

螺旋弹簧的劲度系数公式为:

()

其中:

G=盘条的刚性模数,单位(即切变模量):碳素弹簧钢丝(如65Mn)以及常用弹簧钢丝79000 ;不锈钢丝71000 ,硅青铜线;

=线径(mm);

=外径(mm);

=中径=(mm);

N=总圈数;

=有效圈数=。

弹簧常数计算范例: 线径=2.0mm,外径=22mm,总圈数=5.5圈,钢丝材质=琴钢丝

在弹性限度内,弹簧的弹力可由F=kx确定。这里,x为弹簧的伸长的长度;k为劲度系数,表示弹簧的力学属性,它的数值与弹簧的材料,弹簧丝的粗细,弹簧圈的直径,单位长度的匝数及弹簧的原长度有关。在其他条件一定时弹簧越长,单位长度的匝数越多,k值越小。

k还与温度有关,其他条件一定时,温度越低k越大。

相关例题

1)将一个劲度系数为K的弹簧一截为二,则一半长的弹簧的劲度系数为多少,是原劲度系数的两倍吗?

2)将两根劲度系数分别为和的弹簧两端固定,在两弹簧中间连接一个质量为m的物体,合成后的弹簧的劲度系数为多少,等于和的和吗?

3) 将两根劲度系数分别为和的弹簧直接相连,一端固定,一端连接质量为m的物体,合成后的弹簧的劲度系数为多少,等于吗?

4) 把一根弹簧在其一半处折叠成一根双股弹簧,则其弹簧的劲度系数为多少,等于原来的两倍吗?

解答

第1题:原弹簧可以看作两个“半弹簧”串接,设劲度系数为,当原弹簧受力变形时,每个“半弹簧”变形量为x,则整个弹簧变形为2x。则有

每个弹簧劲度系数都是2K。注意这样串联的两个“半弹簧”受力大小是一致的。推广而言我们可以求更一般的情况—弹簧不是对半开,而是一定的比例,变形量比例与原长度比例一致。

第2题:两个弹簧变形量x一致,只不过一个为拉伸则另一个为压缩,但产生的力是方向一致,按照力等效的观点,则,所以。

第3题:原理同第1题,正属于我所说的推广情况。,故,即。

第4题:变形一致,总的力=两个分力之和。故,;由第1题可知是原弹簧的2倍,到此题K就是原弹簧的4倍。

参考资料