Koliko vrsta tlačnih opruga

Tlačne opruge pohranjuju mehaničku energiju kada su pritisnute i oslobađaju mehaničku energiju kada se teret ukloni. Iako su kompresijske opruge općenito izrađene od opružnog čelika, mogu sadržavati i ugljik, magnezij, nikal, krom, kositar, bakar, volfram i aluminij.

Različiti materijali stvaraju različite stupnjeve elastičnosti i kapaciteta pohrane energije za kompresijske opruge.

Robert Hooke je još 1676. godine predložio formulu za izračunavanje sile kojom djeluje opruga, a koja je proporcionalna njezinom produljenju.

Tlačne opruge su mehanički uređaji posebno dizajnirani da očituju aksijalna tlačna opterećenja. Obično se također mogu istegnuti i rotirati do točke. Općenito govoreći, tlačne opruge mogu pohraniti mehaničku energiju kada su podvrgnute tlačnim opterećenjima. Nakon što se teret ukloni, vratit će se u svoj izvorni oblik i veličinu - prolazeći kroz elastičnu deformaciju.

Ova jedinstvena sposobnost pohranjivanja potencijalne energije, u kombinaciji s relativnom jednostavnošću i dostupnošću, čini kompresijske opruge vrijednima u širokom rasponu primjena. Od mehaničkih gumba na tipkovnici, madraca i kemijskih olovaka, do vatrenog oružja i amortizera ovjesa automobila. Od 15. stoljeća koristimo tlačne opruge, a prve tlačne opruge korištene su u satnim uređajima.

Vrste tlačnih opruga

Tlačne opruge mogu imati mnogo različitih geometrijskih oblika. Najčešće su spiralne ili spiralne opruge. Ovaj je oblik popularniji od drugih oblika jer omogućuje neprimjetno visoko sažimanje i širenje do točke. Također je lakši jer koristi manje materijala kako bi zadovoljio potrebu za apsorbiranjem tlačnog opterećenja. Konačno, oblik zavojne opruge daje ovom tipu relativno veliku konstantu opruge (što će biti detaljnije objašnjeno kasnije).

Ova kategorija je dalje podijeljena na potkategorije, uključujući:

Materijal tlačne opruge

Tlačne opruge obično su izrađene od čelika za opruge, koji je vrsta čelika s visokom granicom razvlačenja. To im omogućuje da zadrže svoj izvorni oblik, veličinu i oblik čak i kada su ekstremno deformirani. Stoga ovi čelici imaju veliki prostor elastične deformacije pod naprezanjem. To se događa na molekularnoj razini, tako da sastav ovih čelika ima značajan utjecaj na njihovu elastičnost.

Općenito govoreći, opružni čelik sadrži ugljik i mangan, kao i nikal, krom, molibden, kositar, vanadij, bakar, željezo, volfram i aluminij. Čelik za opruge klasificira se prema službenom ASTM-u na temelju njegove granice razvlačenja i tvrdoće, tako da različiti sastavi materijala mogu biti prikladni za različite primjene. Na primjer, ASTM A228 koristi se za žice klavira, koje sadrže 0,7% -1% ugljika i 0,2% -0,6% mangana, s maksimalnim prinosom čvrstoće od 530 megapaskala i vlačne čvrstoće od 400 megapaskala.

Karakteristike tlačnih opruga

U ovom ću se odjeljku usredotočiti na predstavljanje samovitih spiralnih opruga, budući da su te opruge najčešće korištene kompresijske opruge. Ove opruge imaju određene karakteristike koje su od velikog značaja za njihovu izvedbu. Vanjski promjer (D) odnosi se na promjer cilindra kojeg oblikuje opruga gledano odozgo. Promjer svitka odnosi se na debljinu (d) opružne žice, koja je također cilindrična. Slobodna duljina (L) odnosi se na ukupnu duljinu opruge bez kompresije, dok su efektivna zavojnica (na) i ukupna zavojnica (n) broj zavojnica koje pohranjuju i oslobađaju mehaničku energiju, te broj zavojnica sabirnice ( najmanje dva su posvećena kraju/osnovi vrela). Drugi važan morfološki atribut je smjer rotacije, koji može biti lijevi ili desni.

Sila kojom djeluje opruga proporcionalna je njezinom istezanju, zakon koji je predložio Robert Hooke 1676. godine, unutar nekoliko kratkih godina nakon primjene prve opruge. Hooke je predstavio ovu formulu svijetu. "F=- kx", gdje je F sila opruge, x udaljenost istezanja, a k konstanta opruge. Svaka opruga je drugačija i određuje je proizvođač eksperimentima ili korisnik formulama. K=Gd4/[83dna]. Kao što je ranije spomenuto, bačvasti i konusni svici su nelinearne opruge, tako da se Hookeov zakon na njih ne odnosi. Hookeov zakon ne vrijedi za opruge koje su već deformirane ili prekoračile opću granicu elastičnosti.

Sila potpuno stisnute opruge

Za izračun sile potpuno stisnute opruge možemo koristiti ovu formulu. Fmax=Ed4 (L-nd)/[16 (1)+ ν) (Dd) 3n]. E je Youngov modul, d je promjer čelične žice, L je slobodna duljina, a n je broj efektivnih zavojnica/zavojnica, ν je Poissonov omjer, a D je vanjski promjer. Očito je da su neki od njih određeni čelikom koji je odabrao projektant, a drugi oblikom, oblikom i veličinom opruge.

Dizajn razmatranja

Prilikom projektiranja tlačne opruge, prvo što treba odlučiti je koji materijal želite koristiti. Zatim pronađite modul smicanja (G) i vlačnu čvrstoću (TS) iz tablice podataka. Ova su dva čimbenika presudna za određivanje postotka naprezanja, na primjer, kada se izračunavaju zahtjevi za opterećenjem (100* σ/ Izračunajte stupanj do kojeg je opruga sabijena kada se inducira određeno opterećenje, na temelju vlačne čvrstoće.

Drugo važno razmatranje je promjer opruge kada je stisnuta do maksimalne točke. Spiralne tlačne opruge imaju tendenciju povećanja promjera tijekom kompresije. Stoga je važno izračunati ovu ekspanziju pomoću formule "ekspanzija={sz [(Dd) 2+(p2-d2/π 2)+d] - D}".

Indeks opruge je važan, a dizajneri ga pokušavaju održati u rasponu od 4 do 10. Metoda izračuna je "C=(Dd/d)", što daje dobar koncept omjera žice debljina prema promjeru opruge. To će odrediti ukupnu snagu opruge (manje je jače, ali veće se lakše sabijaju).