Spring Rate – Hệ số độ cứng của lò xo là gì?

Thuật ngữ Spring Rate có nghĩa là Hệ số độ cứng hay Hệ số đàn hồi của lò xo. Nó đề cập đến một khối lượng (hoặc lực) cần thiết để làm biến dạng lò xo một giá trị là 1m (mm, cmm, inch,… tùy theo hệ đơn vị đo lường sử dụng) hoặc đề cập đến mô men (Nm) cần thiết để biến dạng xoắn một góc 1 radian.

k = F/x (N/m) hoặc k = T/θ (Nm/Rad)

• F: Lực tác dụng, đơn vị N
• x: biến dạng, đơn vị m
• T: Mô men quay/xoắn, đơn vị Nm
• θ: Góc xoắn/quay, đơn vị Rad

Nghịch đảo của độ cứng 1/k là độ dẻo của lò xo.

Hiệu chỉnh độ cứng lò xo theo góc lắp đặt – Hệ số hiệu chỉnh góc

Nếu lò xo của bạn được lắp ở một góc, bạn sẽ cần phải xem xét điều đó khi tính toán lò xo của mình. Đo góc lò xo của bạn so với phương thẳng đứng (A) theo độ. Sử dụng các ví dụ được cung cấp trên trang này hoặc công thức bên dưới để xác định Hệ số hiệu chỉnh góc – Angle Correction Factor (ACF) của bạn.

ACF = Cos (A)

Góc lắp đặt càng lớn thì độ cứng lò xo càng phải cứng hơn để hỗ trợ cùng một trọng lượng. Trước tiên, hãy xác định lò xo cần thiết cho ứng dụng nếu lò xo được lắp thẳng đứng. Sau đó, để bù đắp cho việc lắp đặt ở các góc khác nhau, hãy tìm ACF của bạn bằng cách sử dụng biểu đồ hoặc công thức ở trên và chia độ cứng lò xo được gắn thẳng cho ACF đã tìm ra.

Ví dụ:

• Lò xo gắn thẳng = 200 N.
• Lò xo được gắn ở góc 30° = 200/0,87 = 230 N.

Như vậy với thiết kế hệ lò xo đặt góc 30^o tải trọng 200N thì lò xo đó phải chịu được tải trọng là 230N.

Chọn độ cứng lò xo cho hệ thống treo độc lập

• D1 = Khoảng cách từ điểm xoay của tay đòn đến điểm lắp lò xo/giảm xóc.
• D2 = Khoảng cách từ điểm xoay của tay đòn đến tâm khớp cầu.
• Chia D1 cho D2 để tính tỷ số lực (Fr).
• Tỉ số lực (Fr) = D1/D2
• Tính khói lượng xe để xác định trọng lượng trên các bánh xe (W).
• Chia trọng lượng tác dụng lên bánh xe cho Fr để xác định lực cần thiết tác dụng lên lò xo (Sf).
• W/Fr=Sf

Nếu lò xo được lắp ở một góc (A), cần phải tính đến Hệ số hiệu chỉnh góc (ACF). Chia Lực lò xo (Sf) từ phép tính trước đó cho Hệ số hiệu chỉnh góc (ACF) để có được Lực lò xo điều chỉnh (ASf).

Sf/ACF=ASf

Lưu ý: Phép tính này xác định LỰC lò xo chứ không phải ĐỘ CỨNG lò xo.

Lực lò xo đã điều chỉnh (ASf) cần thiết hiện có thể được sử dụng để chọn độ cứng lò xo thích hợp cho ứng dụng của bạn. Lực lò xo cần thiết có thể đạt được bằng nhiều cách khác nhau. Lò xo có độ cứng nhỏ hơn với nhiều tải trước hơn hoặc lò xo độ cứng lớn hơn với ít tải trước hơn sẽ tạo ra cùng một lực lò xo. Độ cứng mềm hơn sẽ tạo ra cảm giác lái êm ái hơn trong khi lò xo cứng hơn sẽ mang lại cảm giác lái chắc chắn hơn. Bạn cần xem xét các tùy chọn này khi chọn độ cứng lò xo thích hợp cho ứng dụng của mình.

Lò xo thường phải được nén 25-30% chiều dài tự do khi đỡ trọng lượng của xe. Xe đua drag thường sẽ sử dụng lò xo có độ cứng nhẹ hơn (khoảng 30%) để thúc đẩy quá trình truyền trọng lượng trong khi xe đường phố sẽ sử dụng lò xo có độ cứng lớn hơn (khoảng 25%).

• ASf/(chiều dài tự do của lò xo x 0,25) = Độ cứng lò xo vững chắc hơn
• Asf/(chiều dài tự do của lò xo x 0,30) = Độ cứng lò xo mềm hơn

Tính toán độ cứng lò xo cho hệ thống treo trục đặc (solid axle) cũng giống như trên ngoại trừ Tỷ số lực (Fr) = 1.