4.3.16 Витая пружина

 Элемент представляет собой витую пружину растяжения - сжатия. Это пространственно изогнутый стержень (пруток), осевая линия которого является конической винтовой линией. По всей длине пруток имеет круглое поперечное сечение одного и того же диаметра. Схематический вид элемента представлен на Рис. 105.
 
Рис. 105. Витая пружина
Синтаксис метода создания
springCoiled(Body1, Point1, Body2, Point2, D1, D2, d, N, G, F0=..., s0=..., damp=..., work=..., color=..., visible=...)
Обязательные позиционные параметры метода
body Body1
Имя первого звена, на которое действует силовой элемент.
point Point1
Исходная точка силового воздействия элемента на первое звено. Копия этой точки Point1* прикрепляется к первому звену и используется для расчета силового воздействия элемента.
body Body2
Имя второго звена, на которое действует силовой элемент.
point Point2
Исходная точка силового воздействия элемента на второе звено. Копия этой точки Point2* прикрепляется ко второму звену и используется для расчета силового воздействия элемента.
scalar D1 [length]
Диаметр витка пружины в месте крепления к первому звену.
scalar D2 [length]
Диаметр витка пружины в месте крепления ко второму звену.
scalar d [length]
Диаметр поперечного сечения прутка пружины.
scalar N [-]
Число рабочих витков пружины. При его задании необходимо учитывать конструктивные особенности пружины. Для пружины растяжения отогнутая часть витков на концах во внимание не принимается. Для пружины сжатия из полного числа витков исключается примерно по три четверти витка с каждого конца, поскольку при навивке эти витки поджаты к соседним и не могут свободно деформироваться. Таким образом, в пружине сжатия полтора витка в работе не участвуют, и они не должны включаться в число рабочих витков.
 scalar G [force / length2]
Модуль сдвига материала, из которого сделана пружина.
 
Необязательные именованные параметры метода
 F0 = scalar [force]
Значение упругой силы, действующей в исходном положении механизма со стороны пружины на звенья. Положительное значение F0 соответствует направлению сил внутрь пружины, то есть ее растянутому состоянию. По умолчанию F0 = 0 [N].
 s0 = scalar [length]
Длина пружины в свободном состоянии, при котором ее силовое воздействие на звенья равно нулю. Под длиной пружины понимается расстояние между точками ее крепления к звеньям.
Параметры F0 и s0 зависят друг от друга, поэтому их нельзя задавать одновременно. В случае, если ни один из этих параметров пользователем не определен, берется значение F0, принятое по умолчанию. То есть предполагается, что в исходном положении механизма упругое силовое воздействие пружины на звенья равно нулю.
 damp = scalar [time]
Относительный коэффициент демпфирования элемента.
work =..., color =..., visible =...
Параметры являются общими для всех методов создания силовых элементов и описаны в пункте «Необязательные именованные параметры всех методов создания» общей части раздела «Силовой элемент (force)» главы «Основные объекты».
Описание
При переводе проекта из режима редактирования в режим исследования для элемента выполняются следующие действия.
1.     Создается точка Point1*, которая прикрепляется к звену Body1 и в момент создания совпадает с точкой Point1. Точка Point1* является точкой силового воздействия элемента на звено Body1.
2.     Создается точка Point2*, которая прикрепляется к звену Body2 и в момент создания механизма совпадает с точкой Point2. Точка Point2* является точкой силового воздействия элемента на звено Body2.
3.     Вычисляется  - длина пружины в свободном состоянии, при котором ее силовое воздействие на звенья равно нулю.
Сила, действующая со стороны пружины на каждую точку (Point1*, Point2*), равна сумме упругой и демпфирующей сил. Ее значение в текущий момент времени определяется в соответствии со следующим выражением:
,
где  - коэффициент жесткости пружины;  - длина пружины, под которой понимается расстояние между точками ее крепления к звеньям;  - длина пружины в свободном состоянии;  - относительный коэффициент демпфирования элемента;  - скорость изменения длины пружины.
Коэффициент жесткости  пружины определяется в соответствии со следующим выражением:
,
где  - модуль сдвига материала, из которого сделана пружина;  - диаметр поперечного сечения прутка пружины;  - число рабочих витков пружины;  - диаметр витка пружины в месте крепления к звену Body1;  - диаметр витка пружины в месте крепления к звену Body2.
Положительным направлением действия сил является направление внутрь пружины. Это означает, что сила, приложенная к одному звену, направлена в сторону точки крепления пружины на другом звене.
Моменты, действующие со стороны пружины на точки Point1* и Point2*, равны нулю.