Suspaudimo spyruoklės kaupia mechaninę energiją, kai suspaudžiamos, ir atpalaiduoja mechaninę energiją, kai apkrova pašalinama. Nors suspaudimo spyruoklės dažniausiai gaminamos iš spyruoklinio plieno, jose taip pat gali būti anglies, magnio, nikelio, chromo, alavo, vario, volframo ir aliuminio.
Skirtingos medžiagos sukuria skirtingą suspaudimo spyruoklių elastingumo laipsnį ir energijos kaupimo pajėgumus.
Robertas Hukas dar 1676 m. pasiūlė formulę, skirtą apskaičiuoti spyruoklės jėgą, proporcingą jos pailgėjimui.
Suspaudimo spyruoklės yra mechaniniai įtaisai, specialiai sukurti ašinėms gniuždymo apkrovoms pajusti. Paprastai jie taip pat gali ištempti ir pasukti iki taško. Paprastai tariant, gniuždomosios spyruoklės gali kaupti mechaninę energiją, kai jas veikia gniuždymo apkrovos. Pašalinus apkrovą, jie grįš į pradinę formą ir dydį – patiria tamprią deformaciją.
Dėl šio unikalaus gebėjimo kaupti potencialią energiją, kartu su santykiniu paprastumu ir įperkamumu, suspaudimo spyruoklės yra vertingos įvairiose srityse. Nuo mechaninių klaviatūros mygtukų, čiužinių ir tušinukų iki šaunamųjų ginklų ir automobilio pakabos amortizatorių. Nuo XV amžiaus mes naudojame suspaudimo spyruokles, o pirmoji suspaudimo spyruoklė buvo naudojama laikrodžių įrenginiuose.
Suspaudimo spyruoklių tipai
Suspaudimo spyruoklės gali turėti daug skirtingų geometrinių formų. Labiausiai paplitusios yra ritės arba spiralinės spyruoklės. Ši forma yra populiaresnė nei kitos formos, nes ji leidžia sklandžiai suspausti ir išplėsti iki taško. Jis taip pat yra lengvesnis, nes sunaudojama mažiau medžiagų, kad būtų galima sugerti gniuždymo apkrovas. Galiausiai, spyruoklės forma suteikia šiam tipui santykinai didelę spyruoklės konstantą (tai bus išsamiai paaiškinta vėliau).
Ši kategorija dar skirstoma į subkategorijas, įskaitant:
Suspaudimo spyruoklės medžiaga
Suspaudimo spyruoklės paprastai yra pagamintos iš spyruoklinio plieno, kuris yra plieno tipas, turintis didelę takumo ribą. Tai leidžia jiems išlaikyti pradinę formą, dydį ir formą net ir labai deformuotis. Todėl šie plienai turi didelę tamprios deformacijos erdvę veikiant įtempiams. Tai vyksta molekuliniu lygmeniu, todėl šių plienų sudėtis turi didelę įtaką jų elastingumui.
Paprastai kalbant, spyruokliniame pliene yra anglies ir mangano, taip pat nikelio, chromo, molibdeno, alavo, vanadžio, vario, geležies, volframo ir aliuminio. Spyruoklinis plienas yra klasifikuojamas pagal oficialų ASTM pagal takumo ribą ir kietumą, todėl skirtingos medžiagos gali būti tinkamos įvairiems tikslams. Pavyzdžiui, ASTM A228 naudojamas fortepijono styginiams, kurių sudėtyje yra 0,7% -1% anglies ir 0,2% -0,6% mangano, o didžiausia išeiga stiprumas 530 megapaskalių ir tempiamasis stipris 400 megapaskalių.
Suspaudimo spyruoklių charakteristikos
Šiame skyriuje daugiausia dėmesio skirsiu nesuvyniotų spyruoklių pristatymui, nes šios spyruoklės yra plačiausiai naudojamos suspaudimo spyruoklės. Šios spyruoklės turi tam tikrų savybių, kurios turi didelę reikšmę jų veikimui. Išorinis skersmuo (D) reiškia cilindro, kurį sudaro spyruoklė, skersmenį žiūrint iš viršaus. Ritės skersmuo nurodo spyruoklinės vielos storį (d), kuris taip pat yra cilindrinis. Laisvasis ilgis (L) reiškia bendrą spyruoklės ilgį be jokio suspaudimo, o efektyvioji spiralė (na) ir bendra spiralė (n) yra ritių, kurios kaupia ir išleidžia mechaninę energiją, skaičius ir magistralės ritių skaičius ( bent du yra skirti spyruoklės galui/pagrindui). Kitas svarbus morfologinis požymis – sukimosi kryptis, kuri gali būti kairė arba dešinė.
Spyruoklės veikiama jėga yra proporcinga jos pailgėjimui, dėsnį, kurį 1676 m. pasiūlė Robertas Hukas, per keletą trumpų metų nuo pirmosios spyruoklės taikymo. Hooke pristatė šią formulę pasauliui. "F=- kx", kur F yra spyruoklės jėga, x yra tempimo atstumas ir k yra spyruoklės konstanta. Kiekviena spyruoklė yra skirtinga ir ją nustato gamintojas eksperimentais arba vartotojas pagal formules. K=Gd4/[83dna]. Kaip minėta anksčiau, statinės ir kūginės ritės yra netiesinės spyruoklės, todėl Huko dėsnis joms netaikomas. Huko dėsnis netaikomas spyruoklėms, kurios jau deformavosi arba viršijo bendrą tamprumo ribą.
Visiškai suspaustos spyruoklės jėga
Norėdami apskaičiuoti visiškai suspaustos spyruoklės jėgą, galime naudoti šią formulę. Fmaks=Ed4 (L-nd)/[16 (1)+ ν) (Dd) 3n]. E yra Youngo modulis, d yra plieninės vielos skersmuo, L yra laisvas ilgis, n yra efektyvių spiralių / ritių skaičius, ν Tai Puasono koeficientas, o D yra išorinis skersmuo. Akivaizdu, kad vienus jų lemia dizainerio pasirinktas plienas, o kitus – spyruoklės forma, forma, dydis.
Dizaino svarstymai
Kuriant suspaudimo spyruoklę pirmiausia reikia nuspręsti, kokią medžiagą norite naudoti. Tada duomenų lentelėje raskite šlyties modulį (G) ir tempimo stiprumą (TS). Šie du veiksniai yra labai svarbūs nustatant įtempių procentą, pavyzdžiui, apskaičiuojant apkrovos reikalavimus (100* σ/ Apskaičiuokite spyruoklės suspaudimo laipsnį, kai sukeliama tam tikra apkrova, remiantis tempimo stipriu.
Kitas svarbus aspektas yra spyruoklės skersmuo, kai ji suspausta iki didžiausio taško. Spiralinių suspaudimo spyruoklių skersmuo suspaudimo metu linkęs didėti. Taigi svarbu apskaičiuoti šį išplėtimą naudojant formulę „išplėtimas={sz [(Dd) 2+(p2-d2/π 2)+d] - D}“.
Spyruoklės indeksas yra svarbus, ir dizaineriai stengiasi išlaikyti jį nuo 4 iki 10. Jos skaičiavimo metodas yra "C=(Dd/d)", kuris suteikia gerą vielos santykio sampratą. storis iki spyruoklės skersmens. Tai lems bendrą spyruoklės stiprumą (mažesnis yra stipresnis, bet didesnis - lengviau suspausti).
