Жёсткость пружины: единственное число, которым определяется пружина

**Удержание силы.** Пружина клапана, фиксатор, пружина щётки, бельевая прищепка. Важна сила в рабочем положении и то, что она почти не меняется по мере износа. Мягкая пружина с достаточным предварительным натягом справляется с этим лучше жёсткой, потому что сила падает медленно. **Накопление энергии.** Заводная пружина, катапульта, пружинная игрушка. Важна полная энергия, которая равна площади под линией «сила–деформация», поэтому большой ход ценнее высокой силы. **Поглощение удара.** Пружина подвески, буфер, дверной ограничитель. Важно, на сколько она может сжаться, сохраняя приемлемую силу, а враг — это выход на упор, когда сила резко возрастает до бесконечности. **Жёсткость связывает все три задачи.** Она измеряется в ньютонах на миллиметр (или фунтах на дюйм), и винтовая пружина сохраняет её постоянной почти на всём ходе. Эта линейность не является законом природы, а свойством геометрии: она перестаёт выполняться, когда витки начинают касаться друг друга. **Две вещи, которые жёсткость NOT позволяет понять.** Какая сила действует на пружину в состоянии покоя — это **предварительный натяг**, задаваемый сборкой, а не самой пружиной. И насколько далеко она может сжаться, прежде чем что-то сломается, — это вопрос напряжений, и он рассматривается в следующих разделах.

**Не измеряйте одну точку.** Одна сила и одна длина ничего не говорят, потому что вы не знаете свободную длину, от которой измерялась сила, и не видите, является ли пружина линейной. **Сначала измерьте свободную длину**, с пружиной, лежащей на верстаке, и ничем её не касаясь. Запишите её. Для пружины растяжения измеряйте между внутренними поверхностями крюков и укажите это в примечании, потому что существуют три соглашения, и они отличаются на один виток. **Затем снимите не менее пяти точек** по рабочему диапазону. Подвешивайте известные грузы к пружине растяжения или сжимайте пружину сжатия в тисках относительно силомера. Фиксируйте нагрузку и длину, а не нагрузку и деформацию: деформация вычисляется, и её запись скрывает ошибку в свободной длине. **Постройте график и посмотрите на линию.** Прямая линия означает, что жёсткость равна её наклону. Линия, которая загибается ВВЕРХ в конце, означает, что витки начинают соприкасаться или у пружины растяжения закончился ход крюка. Линия, не проходящая через свободную длину, означает, что пружина имеет начальное натяжение: это нормально для пружины растяжения и дефект для пружины сжатия. **Аппроксимируйте наклон только по прямолинейной части.** Определение жёсткости по первой и последней точкам — самая распространённая ошибка, потому что последняя точка обычно уже вышла за пределы прямолинейного участка. **Подсчитайте рабочие витки**, пока вы здесь: общее число витков минус нерабочие на каждом конце. У пружины сжатия с поджатыми и шлифованными концами это примерно два витка. Если жёсткость, вычисленная по геометрии, и измеренная жёсткость расходятся более чем примерно на 10%, вы либо неверно подсчитали рабочие витки, либо неточно измерили проволоку.

**Соприкосновение витков.** Сжимайте витки пружины сжатия достаточно сильно, и каждый виток коснётся соседнего. В этот момент она становится стальной трубкой: жёсткость фактически стремится к бесконечности, а то, что её сжимает, теперь нагружает сплошной столб. Ничто не рассчитано на это состояние, но многое до него доходит. **Выход крючка за пределы.** Растянутая сильно пружина растяжения сначала выпрямляет свои концевые петли, и только потом витки начинают делать что-то интересное. Линия «сила–прогиб» становится пологой, а затем крючок раскрывается, и это необратимо. **Остаточная деформация.** При нагрузке, превышающей предел текучести проволоки, пружина не ломается, а возвращается к исходу короче, чем была. Жёсткость не меняется, но все силы становятся ниже, поскольку свободная длина уменьшилась. Это тихий отказ, и именно поэтому пружина, которая «ослабла», почти всегда оказывается короче, а не мягче. **Потеря устойчивости.** Длинная тонкая пружина сжатия сжимается не прямо, а выскакивает в сторону. Это вовсе не отказ по прочности, и у неё своя ступень в списке. **Волновой резонанс.** При достаточно быстром циклическом нагружении собственные витки пружины резонируют, и вдоль неё проходит волна. Тогда пружина несёт напряжения, намного превышающие то, что предполагает рабочий прогиб. Именно поэтому для пружин клапанов задают собственную частоту. **Общее правило:** каждое из этих явлений является ограничением по DEFLECTION, а не по жёсткости. Пружина линейна и ведёт себя хорошо вплоть до точки, за которой это перестаёт быть так, и знание того, где находится эта точка, важнее жёсткости.