Sprężyny są wszechobecne we wszystkich typach maszyn, od produktów konsumenckich po ciężki sprzęt przemysłowy, rozkładając wszystko, co mechaniczne, daje prawdopodobieństwo,że w środku znajdziesz sprężynę. Sprężyny to urządzenia magazynujące energię mechaniczną, można je porównać do baterii! Pierwsze zegary sprężynowe pojawiły się w XV wieku.
Rodzaje i zastosowania sprężyn
Najczęstszym sposobem klasyfikowania sprężyn jest sposób rozłożenia na nich obciążenia. Prawdopodobnie jeszcze o tym nie słyszałeś:
Sprężyna naciskowa: Została zaprojektowana do pracy przy obciążeniu kompresyjnym i znajduje się w amortyzatorach, łożyskach sprężynowych, ołówkach mechanicznych i ołówkach wysuwanych.
Sprężyna naciągowa: Została zaprojektowana do pracy z obciążeniem rozciągającym. Prototypowym przykładem jest Slinky, ale można je również znaleźć na wagach bagażowych i w mechanizmach bram garażowych.
Sprężyna łukowa: przeznaczona do pracy z momentem obrotowym (siła zginania); zapewnia zasilanie dla każdego zatrzasku i pułapki na myszy.
Każdy z tych typów można scharakteryzować dalej. Możemy przyjrzeć się zależności między siłą obciążoną na sprężynę a wynikającym z tego przemieszczeniem. Ponownie, istnieją trzy klasy sprężyn: sprężyny liniowe (lub o stałym wskaźniku), sprężyny o zmiennym wskaźniku i sprężyny o stałej sile.
Sprężyny liniowe
Sprężyny liniowe są zgodne z prawem Hooke’a (F = k * x); oznacza to, że siła potrzebna do rozciągnięcia lub ściśnięcia takiej sprężyny o odległość x jest proporcjonalna do tej odległości, o ile nie przekracza granicy sprężystości sprężyny. Sprężyny łukowe podlegają podobnej wersji prawa Hooke’a (F = k * θ, gdzie θ jest kątem). W obu przypadkach k jest prędkością sprężyny i pozostaje stała niezależnie od ugięcia sprężyny. Z tego powodu sprężyny liniowe są również znane jako sprężyny o stałym wskaźniku.
sprężyny o zmiennym wskaźniku.
Z drugiej strony, sprężyna o zmiennym wskaźniku nie ma takiego samego wskaźnika na całej swojej długości osiowej. Może to być stopniowa zmiana wskaźnika sprężyny lub bardziej nagła zmiana – patrz schemat poniżej.
Sprężyny liniowe, progresywne i dwustopniowe
Znaną sprężyną o zmiennej prędkości jest sprężyna skompresowana w kształcie stożka, najczęściej spotykana w obudowach akumulatorów. W pełni skompresowana wysokość, może być tak niska jak średnica drutu. Tę dodatkową zaletę,mają również sprężyny o zmiennym natężeniu, są stabilne bocznie i mniej podatne na zginanie.
Sprężyny o sile stałej
Jak sama nazwa wskazuje, sprężyna o sile stałej wymaga prawie takiej samej siły, niezależnie od długości. Sprężyny o stałej sile również nazywane są sprężynami zegarowymi. Ten rodzaj sprężyny to spiralna stal sprężynowa, często używana do regulacji wysokości monitorów i zastosowań równoważących, takich jak zegary.
Produkcja sprężyn
Sprężyny można również sklasyfikować według sposobu ich wykonania. Pierwszą sprężyną, o której większość ludzi myśli, jest prawdopodobnie metalowa sprężyna spiralna, znana również jako sprężyna spiralna. Istnieje jednak wiele innych rodzajów. Nawet taśma elastyczna może być traktowana jako sprężyna o zmiennym natężeniu, ponieważ przechowuje energię mechaniczną.
Sprężyny śrubowa
Lekkie sprężyny śrubowe powstają poprzez formowanie drutów metalowych na nawijarce CNC. Wieloosiowe sterowanie CNC pozwala na tworzenie zmiennych zakresów i warunków końcowych ograniczonych tylko do wyobraźni. Sprężyny pochodzące z nawijarek nie posiadają funkcji sprężynowej. Aby zmniejszyć stres, należy je podgrzać do wysokiej temperatury (zwykle 500 stopni Fahrenheita lub więcej), a następnie zgasić, aby utworzyć pamięć kształtu.
Sprężyny płaskie
Sprężyny płaskie występują we wszystkich rozmiarach i na wszystkie sposoby: podkładki sprężynowe, styki sprężyn PCB i klipsy uchwytowe są przykładami sprężyn płaskich. Części blaszane można zasadniczo wytwarzać przez tłoczenie. Istnieją jednak również płaskie sprężyny spiralne, takie jak sprężyny zegarowe i sprężyny ślimakowe. Muszą być również poddane obróbce cieplnej w celu zapamiętania kształtu.
Sprężyny obrabiane maszynowo
Sprężyny obrabiane maszynowo i sprężyny do tłoczników są używane do ciężkich zastosowań o wysokich wymaganiach dotyczących wytrzymałości i wrażliwości. Jak sama nazwa wskazuje, sprężyny obrabiane maszynowo wykonuje się na tokarkach i frezarkach CNC.
Sprężyny formowane
Sprężyny plastikowe lub kompozytowe są często spotykane w środowiskach korozyjnych, takich jak produkcja żywności, zastosowania medyczne i morskie. Ze względu na tarcie powinny być używane tylko w cyklach przerywanych. W porównaniu z metalowymi sprężynami są jak nowo przybyte z kosmosu i nie ma na nie fazla popytu.