弹簧系统是由多个弹簧通过串联或并联方式构成的力学组合结构,其整体刚度取决于连接方式。串联时系统总位移为各弹簧位移之和,等效劲度系数降低(k_total=k1k2/(k1+k2));并联时总力为各弹簧受力之和,等效劲度系数增大(k_total=k1+k2)。该系统通过力学平衡条件构建数学模型,在工程中用于调节刚度或缓冲性能。
由于定义为
劲度系数定义为总的力除以总的位移,因此由于两个串联弹簧的总位移比原来一个弹簧大,对应的为劲度系数就变小了。
先来推导串联的,串联时,设2个弹簧的弹性系数分别为k1,k2,他们的伸长量分别是△x1和△x2,那么有关系:△x=△x1+△x2,而同一根绳子上的张力相等,也就是说2个弹簧中的张力相等,即有:T=k1*△x1=k2*△x2。联立3式,可解出T=(k1*k2/k1+k2)△x,括号里就是等效的k。
仍然设2个弹簧的弹性系数分别为k1,k2(且弹簧原长相同),但并联时2弹簧伸长量相同而各自张力不同,并联弹簧组两边的总拉力为2弹簧拉力之和,根据这个关系可得:T=(k1+k2)*△x,所以等效弹性系数k就是k1+k2。