Компресијске опруге складиште механичку енергију када се компресују и ослобађају механичку енергију када се оптерећење уклони. Иако су компресијске опруге углавном направљене од опружног челика, оне такође могу садржати угљеник, магнезијум, никл, хром, калај, бакар, волфрам и алуминијум.
Различити материјали стварају различите степене еластичности и капацитета складиштења енергије за компресијске опруге.
Роберт Хук је предложио формулу још 1676. године за израчунавање силе опруге која је пропорционална њеном издужењу.
Компресијске опруге су механички уређаји посебно дизајнирани да осете аксијална тлачна оптерећења. Обично се такође могу растегнути и ротирати до тачке. Уопштено говорећи, компресијске опруге могу да складиште механичку енергију када су подвргнуте компресионим оптерећењима. Када се оптерећење уклони, они ће се вратити у првобитни облик и величину - подвргнути еластичној деформацији.
Ова јединствена способност складиштења потенцијалне енергије, у комбинацији са релативном једноставношћу и приступачношћу, чини компресијске опруге вредним у широком спектру примена. Од механичких тастера на тастатури, душека и хемијских оловака, до амортизера за ватрено оружје и суспензију аутомобила. Од 15. века користимо опруге за притисак, а прва опруга за притисак је коришћена у сатним уређајима.
Врсте компресионих опруга
Компресијске опруге могу имати много различитих геометријских облика. Најчешћи су завојнице или спиралне опруге. Овај облик је популарнији од других облика јер омогућава беспрекорну високу компресију и проширење до тачке. Такође је лакши јер користи мање материјала да би задовољио потребу за апсорпцијом тлачних оптерећења. Коначно, облик завојне опруге даје овом типу релативно велику константу опруге (која ће касније бити детаљно објашњена).
Ова категорија је даље подељена на поткатегорије, укључујући:
Материјал тлачне опруге
Компресијске опруге се обично израђују од опружног челика, који је врста челика са високом чврстоћом течења. Ово им омогућава да задрже свој оригинални облик, величину и облик чак и када су деформисани до екстрема. Због тога ови челици имају велики простор еластичне деформације под напрезањем. То се дешава на молекуларном нивоу, тако да састав ових челика има значајан утицај на њихову еластичност.
Уопштено говорећи, опружни челик садржи угљеник и манган, као и никл, хром, молибден, калај, ванадијум, бакар, гвожђе, волфрам и алуминијум. Опружни челик је класификован према званичном АСТМ-у на основу његове границе течења и тврдоће, тако да различите композиције материјала могу бити погодне за различите примене. На пример, АСТМ А228 се користи за жице за клавир, који садрже 0.7% -1% угљеника и 0.2% -0.6% мангана, са максималним приносом јачина од 530 мегапаскала и затезна чврстоћа од 400 мегапаскала.
Карактеристике компресионих опруга
У овом одељку, фокусираћу се на увођење ненамотаних завојних опруга, пошто су ове опруге најчешће коришћене компресијске опруге. Ове опруге имају одређене карактеристике које имају велики значај за њихов рад. Спољни пречник (Д) се односи на пречник цилиндра формираног од опруге када се гледа одозго. Пречник намотаја се односи на дебљину (д) опружне жице, која је такође цилиндрична. Слободна дужина (Л) се односи на укупну дужину опруге без икакве компресије, док су ефективна спирала (на) и укупна спирала (н) број намотаја који складиште и ослобађају механичку енергију, и број завојница магистрале ( најмање два су посвећена крају/основи извора). Други важан морфолошки атрибут је правац ротације, који може бити лево или десно.
Сила коју врши опруга пропорционална је њеном издужењу, закону који је предложио Роберт Хук 1676. године, у року од неколико кратких година од примене прве опруге. Хук је представио ову формулу свету. "Ф=- кк", где је Ф сила опруге, к је растојање истезања, а к је константа опруге. Свака опруга је другачија и одређује је произвођач кроз експерименте или корисник кроз формуле. К=Гд4/[83дна]. Као што је раније поменуто, буре и конусни намотаји су нелинеарне опруге, тако да се Хуков закон не примењује на њих. Хуков закон не важи за опруге које су се већ деформисале или прекорачиле општу границу еластичности.
Сила потпуно стиснуте опруге
Да бисмо израчунали силу потпуно стиснуте опруге, можемо користити ову формулу. Фмак=Ед4 (Л-нд)/[16 (1)+ ν) (Дд) 3н]. Е је Јангов модул, д је пречник челичне жице, Л је слободна дужина, а н је број ефективних спирала/калемова, ν То је Поиссонов однос, а Д је спољни пречник. Очигледно је да неке од њих одређује челик по избору пројектанта, а друге облик, облик и величина опруге.
Дизајн разматрања
Када дизајнирате компресијску опругу, прва ствар коју треба одлучити је који материјал желите да користите. Затим пронађите модул смицања (Г) и затезну чврстоћу (ТС) из табеле са подацима. Ова два фактора су кључна за одређивање процента напрезања, на пример, када се израчунају захтеви за оптерећење (100* σ/ Израчунајте степен до којег је опруга сабијена када се индукује одређено оптерећење, на основу затезне чврстоће.
Још једно важно разматрање је пречник опруге када се компримује до своје максималне тачке. Спиралне компресијске опруге имају тенденцију повећања пречника током компресије. Зато је важно израчунати ово проширење користећи формулу „експанзија={сз [(Дд) 2+(п2-д2/π 2)+д] - Д}“.
Индекс опруге је важан и дизајнери покушавају да га одрже у распону од 4 до 10. Метода његовог израчунавања је "Ц=(Дд/д)", што даје добар концепт односа жице дебљина до пречника опруге. Ово ће одредити укупну снагу опруге (мања је јача, али већа је лакше сабити).
