Физика пружин | Как производители понимают дизайн пружин
Физика пружин: как производители проектируют пружины, которые работают
Поместите пружину сжатия рядом с листовой пружиной , и вы увидите два очень разных объекта, между которыми мало общего. поверхность. Пружины бывают самых разных форм и размеров, но независимо от того, как они выглядят, все они работают одинаково. Каждая пружина представляет собой эластичный объект , что означает, что она накапливает и высвобождает энергию. Конструкция пружин и их изготовление зависят от глубокого понимания физики пружин.
Процесс производства пружин и оборудование для изготовления пружин немного сложнее, но сами пружины представляют собой простые механизмы, которые ведут себя очень предсказуемо, если вы знаете, чего ожидать. Понимая физику пружин, производители могут точно предсказать, как пружина будет вести себя в реальном мире, прежде чем они включат намоточный станок.
Загрузите нашу бесплатную электронную книгу: Все о пружинах
Закон Гука: Физика пружин
Помимо хранения и высвобождения энергии, еще одним важным аспектом физики пружин является Закон Гука.
Закон Гука гласит, что чем больше вы деформируете пружину, тем больше силы потребуется для ее дальнейшей деформации. Используя пример обычной пружины сжатия, чем больше вы сжимаете пружину, тем больше силы потребуется для ее дальнейшего сжатия.
Британский физик Роберт Гук (на фото справа) впервые опубликовал закон в 1678 году, хотя утверждал, что знал о нем почти два десятилетия. Закон был просто сформулирован на латыни, uttensio, sic vis, , что примерно переводится как «как расширение, так и сила». Более современное алгебраическое представление закона: F=kX , где F — сила, k — жесткость пружины , а X — длина деформации.
Если вы посмотрите на график уравнения, вы увидите прямую линию или линейную скорость изменения силы. Из-за этой особенности пружины, подчиняющиеся закону Гука, попадают в категорию пружин с «линейной силой».
Константа пружины
Константа пружины точно определяет, какая сила потребуется для деформации пружины.
Стандартной международной (СИ) единицей измерения жесткости пружины является ньютон/метр, но в Северной Америке они часто измеряются в фунтах/дюйм. Более высокая жесткость пружины означает более жесткую пружину, и наоборот.
Жесткость пружины можно определить по четырем параметрам:
- Диаметр проволоки : диаметр проволоки, входящей в состав пружины
- Диаметр рулона : диаметр каждого рулона, измерение натяжения рулона
- Длина в свободном состоянии : длина пружины в состоянии покоя
- Количество активных витков : количество витков, которые могут свободно расширяться и сжиматься
Материал
, из которого изготовлена пружина, также играет роль в определении жесткости пружины наряду с другими физическими свойствами пружины.Исключения из закона Гука
В мире пружин существует несколько исключений из закона Гука. Например, слишком растянутая пружина растяжения перестанет соответствовать закону.
Длина, на которой пружина останавливается по закону Гука, называется пределом упругости .
Пружины переменного диаметра , такие как конические, выпуклые или вогнутые пружины, могут быть свернуты с различными параметрами силы. Если пружина шаг (расстояние между витками) постоянно, сила конической пружины будет изменяться нелинейно, а это означает, что она не подчиняется закону Гука. Однако шаг пружины также можно варьировать для получения конических пружин, которые действительно подчиняются закону.
Пружины с переменным шагом являются третьим примером пружины, которая не подчиняется закону Гука. Пружины с переменным шагом часто представляют собой пружины сжатия с постоянным диаметром витка, но с переменным шагом.
Пружины постоянной силы, по отношению к закону Гука, часто являются ложными исключениями . Судя по названию и описанию, пружины постоянной силы , а не , подчиняются закону Гука.
В конце концов, если сила, которую они прикладывают, постоянна, как сила может меняться в зависимости от длины пружины? Как упоминалось в нашей публикации о пружинах постоянной силы , материал, из которого изготовлены эти пружины, на самом деле соответствует закону Гука. Отличие состоит в том, что упругая часть пружины с постоянной силой — это только та часть, которая меняется со спиральной на прямую. При вдавливании или вытягивании пружины и изменении диаметра витка действующая сила также изменяется. Это изменение, однако, часто незаметно, потому что изменения диаметра катушки очень малы.
С помощью передового оборудования для намотки пружин с ЧПУ AIM можно сконструировать пружины с постоянным усилием таким образом, чтобы усилие пружины можно было поддерживать постоянным или даже иметь отрицательный градиент при растяжении пружины. Достигнуты отрицательные градиенты порядка 35%.
Почему физика пружин имеет значение при проектировании и производстве пружин
Когда производители производят пружины, они должны знать, как они будут себя вести.
Очевидно, что та же самая пружина, которая используется для подвески грузовика, не будет работать в шариковой ручке, но во многих механических приложениях мельчайшие различия в поведении пружины будут определять, будет ли система работать или нет.
Например, пружины используются для расширения кровеносных сосудов в медицинских целях. Если жесткость пружины слишком высока или проволока слишком тонкая, пружина может привести к опасному для жизни разрыву. В более широком масштабе системы автомобильной подвески полагаются на чрезвычайно точные пружины, обеспечивающие амортизацию без дестабилизации автомобиля на высоких скоростях.
Все конструктивные характеристики пружины играют роль в определении полезного применения той или иной пружины. Когда производитель настраивает параметры своих станков для намотки пружин, он не просто гадает. Понимая физику пружин, производители могут гарантировать, что они наматывают правильную пружину для работы.
Для всестороннего ознакомления с типами пружин и их производством загрузите нашу бесплатную электронную книгу
Все о пружинахКонструкция пружин сжатия — качественная пружина, доступные цены 276-2777СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ
Язык
Меню
Учетная запись
Настройки
Язык
Калькулятор силы пружины0006 Получите мгновенные чертежиПопробуйте его сегодня
Compression Design Определение: 9000 96.
пружина представляет собой механическое устройство в виде спирали, изготовленное из пружинной проволоки. Он используется для хранения или высвобождения энергии. Он также может поглощать удары или поддерживать силу между двумя поверхностями. Обзор: Пружины сжатия представляют собой винтовые пружины, которые сопротивляются сжимающей силе, приложенной в осевом направлении. Пружины сжатия или винтовые пружины имеют жесткость пружины и могут быть цилиндрическими пружинами, коническими пружинами, коническими, вогнутыми или выпуклыми по форме. Пружины сжатия являются линейными и, таким образом, имеют одинаковую скорость на дюйм по всей пружине. У вас могут быть большие пружины сжатия, сверхмощные пружины сжатия, конические пружины сжатия, маленькие пружины сжатия или даже микропружины сжатия. Винтовые пружины сжатия обычно наматывают по спирали из круглой проволоки. Изменение концов пружины сжатия, направления спирали, материала и отделки позволяет пружине сжатия удовлетворять широкий спектр специальных промышленных потребностей.
Винтовые пружины могут быть изготовлены с очень жесткими допусками, что позволяет точно установить винтовую пружину в отверстие или вокруг вала. Цифровой тестер нагрузки или тестер сжатия винтовой пружины можно использовать для точного измерения конкретных точек нагрузки в вашей металлической пружине. Возможности почти безграничны, потому что есть так много применений для металлических пружин.
Пружины сжатия могут выполнять различные действия, такие как толкание или скручивание, что позволяет достигать различных результатов. Пружины сжатия обеспечивают устойчивость к линейным силам сжатия (толчок) и фактически являются одним из наиболее эффективных доступных устройств накопления энергии. Шариковая ручка — отличный пример того, как работают маленькие пружины сжатия. Маленькая пружина сожмется при щелчке пера, а затем вернется в исходное положение. Другие области применения включают гашение вибрации и применение при высоких температурах.
Пружины сжатия, разработанные для применения при высоких температурах, могут нагреваться до 1100 градусов по Фаренгейту.
Концы: Концы пружин сжатия обычно закрытые и квадратные. Эти концы также могут быть закрыты и заземлены или иметь открытые концы. Кроме того, пружина сжатия может иметь крючки на одном конце или на обоих концах, чтобы прикрепить ее к конкретному узлу. Концы пружины сжатия также могут быть сомкнуты на определенное количество витков на концах, что позволяет пружине оставаться в вертикальном положении. Прямоугольность влияет на то, как сила оси, создаваемая пружиной, может передаваться на соседние детали. Другое применение включает в себя возможность навинчивания винтовой пружины с закрытым концом на резьбовой вал для крепления. Другими примерами конфигурации концов являются уменьшенные диаметры концов, такие как цилиндрическая пружина на велосипедном сиденье. Пружины могут иметь двойной диаметр, а также тройной диаметр для достижения различных монтажных ситуаций.
1. Знайте, куда движется ваша пружина. Нужно ли надевать его на вал, поэтому внутренний диаметр является фиксированным измерением. Должен ли он входить в отверстие, поэтому внешний диаметр является фиксированным измерением. Должна ли она вписываться в пространство определенной глубины или ширины, при этом пружина имела бы максимальную свободную длину.
2. Что такое весенняя среда. Это необходимо, потому что определенные материалы лучше всего подходят для определенных конструкций. Например, нержавеющая сталь подходит для соленой воды или медицинских применений, а инконель лучше всего подходит для пружин, используемых при очень высоких температурах.
3. Необходимо определить назначение пружины сжатия. Будет ли он толкать вниз определенный объект, будет ли он выдерживать какой-либо вес или напряжение?
4. Узнайте, какой путь должна пройти ваша пружина, чтобы выполнить задачу в пункте 3.
Вы можете рассчитать максимальное сжатие вашей пружины сжатия с помощью нашего бесплатного онлайн-калькулятора максимального сжатия пружины.
5. Проконсультируйтесь с инженером по пружинам, которому вы доверяете, чтобы помочь вам выполнить все шаги, описанные выше, включая проектирование вашей пружины как можно более экономичной и эффективной.
Дополнительные полезные советы по проектированию пружин сжатия см. на сайте planetspring.com
Конфигурации концов Закрытые и прямоугольные концыЗакрытые и квадратные концы: означает, что последний виток закрыт. Это делается для того, чтобы пружина могла стоять сама по себе.
Закрытые и шлифованные концы Закрытые и шлифованные концы: означает необходимость дополнительной шлифовки конфигурации с закрытыми концами. Шлифование удаляет материал с концевых витков пружины, чтобы создать плоскую поверхность, чтобы пружина могла стоять прямо вертикально.
Открытые концы Ground Square: это концы, шаг которых не уменьшается, а концы остаются открытыми.
Двойные закрытые концыДвойные закрытые концы: две последние катушки на каждом конце, которые закрыты и не имеют шага.
Таблица усилия пружины
Используйте эту таблицу для соответствующей регулировки усилия пружины
Больше силы (MF)
| Меньший наружный диаметр = MF |
| Без катушек = MF |
| Более толстая проволока = MF |
| Больше путешествий = MF |
Меньшая сила (LF)
| Больший наружный диаметр = LF |
| Дополнительные катушки = LF |
| Тонкая проволока = LF |
| Минус ход = LF |
Основные параметры конструкции пружины сжатия
- Внешний диаметр: Внешний диаметр пружины.
