彈簧力學與常數

彈簧的常數,是屬於用來衡量彈簧剛性的參數。單位變形所產生的反作用力,通常以 k 表示,單位是 N/m(牛頓/米)。定義為:為了讓彈簧產生單位長度的變形(壓縮或伸長)所需施加的力

 

F=kx

F 施加於彈簧的力(單位:牛頓,N

x 彈簧的位移(單位:米,m

k 彈簧常數(單位:N/m

 

同時,彈簧還有拉伸或壓縮所產生的回覆力,則是F=kx

彈簧的常數大小與材料、線徑、圈數、有效長度與纏繞方式相關,常數越來,彈簧越硬,所需要的力也越大。

 

材料性質:不同的彈簧鋼材(如碳鋼、不鏽鋼、合金鋼)具有不同的彈性模數,會影響 k 值。

線徑:線越粗,彈簧越難變形,k 值越大。

圈數:有效圈數越多,彈簧會越柔軟,k 值越小。

有效長度:長度越長的彈簧,在相同條件下變形也越容易,k 趨於降低。

纏繞方式:例如圓柱形、圓錐形、不等節距等形狀,也會影響整體剛性與力學表現。

為了確保產品在安全性能和穩定性能上達到預期標準,設計師會根據使用需求,透過計算和模擬來選擇較為合適的彈簧常數范圍。