Sztywność sprężyny to podstawowa wielkość opisująca, jak duży opór sprężyna stawia odkształceniu. Określa zależność między przyłożoną siłą lub momentem a powstałym ugięciem, wydłużeniem albo skręceniem.
Sprężyna liniowa
Dla typowej sprężyny rozciąganej lub ściskanej sztywność oznacza się najczęściej literą k lub c:
F = k · x
Gdzie:
- F - siła działająca na sprężynę,
- k - sztywność sprężyny,
- x - przemieszczenie, ugięcie lub wydłużenie.
Jednostką sztywności liniowej jest N/m albo praktycznie N/mm.
Sprężyna spiralna
W sprężynach spiralnych, często stosowanych w mechanizmach precyzyjnych i przyrządach pomiarowych, istotna jest zależność między momentem skręcającym a kątem skręcenia:
M = kφ · φ
Gdzie:
- M - moment skręcający,
- kφ - sztywność kątowa sprężyny,
- φ - kąt skręcenia.
Jednostką sztywności kątowej jest zwykle N·m/rad.
Dlaczego sztywność jest kluczowa?
Sztywność decyduje o tym, jak sprężyna zachowa się pod obciążeniem. Mała sztywność oznacza duże odkształcenie przy niewielkiej sile, a duża sztywność - małe odkształcenie przy tej samej sile.
Na sztywność wpływają m.in.:
- materiał sprężyny,
- grubość i szerokość taśmy lub drutu,
- liczba zwojów,
- średnica i geometria sprężyny.
W pytaniach egzaminacyjnych należy odróżniać sztywność jako właściwość sprężyny od takich wielkości jak kąt skręcenia czy strzałka ugięcia, które opisują skutek obciążenia.