EN
Co určuje pevnost a pružnost vinutých pružin
Vinuté pružiny se používají v bezpočtu aplikací, počínaje automobilem, kterým jezdíte, až po židli, na které sedíte. Jejich schopnost ukládat a uvolňovat energii, tlumit rázy a působit silou je úžasná. Ale někdy jste se zamysleli nad tím, proč je jedna pružina silná a tvrdá, zatímco jiná je měkká a poddajná? Odpověď na tuto otázku je fascinujícím fyzikálním, materiálově-vědním a inženýrským fenoménem.
Kritický Role výběr materiálu
Podle definice je pružina nositelem energie. Vlastnosti materiálu, ze kterého je vyrobená, určují její výkon. Ne každý kov lze efektivně použít na výrobu pružin.
Jedním z nich je modul pružnosti materiálu, neboli Youngův modul. Tato veličina udává přirozenou tuhost materiálu. U většiny pružinových ocelí je tato hodnota poměrně konstantní. To znamená, že u určitého návrhu pružin vysoká třída oceli pružinu neudělá výrazně pružnější, ale především ji učiní pevnější a trvanlivější.
Důležitou vlastností je konečná mez pevnosti materiálu. Pružina musí být schopna opakovaně vydržet cykly zatížení a uvolnění bez změny svého tvaru. To vyžaduje vysokou mez pružnosti, tedy existenci jisté hladiny napětí, pod níž materiál samovolně nabude původního tvaru. Mezi běžné oceli patří uhlíkové oceli s vysokým obsahem uhlíku a legované oceli, jako jsou chrom-vanadiové nebo křemičito-manganové oceli, které lze vhodným zpracováním upravit na dosažení této vysoké pevnosti.
Síla Návrh a geometrie pružiny
Ačkoli materiál určuje potenciál, finální vlastnosti dávají fyzikální rozměry pružiny. Fyzika vinuté pružiny je mistrovským dílem, kde je v harmonii řada faktorů.
Jedním z hlavních faktorů je průměr drátu. Toto je pravděpodobně nejpřirozenější vztah. Pružina vyrobená z těžkého a silného drátu bude mnohem odolnější proti stlačení a mnohem pevnější než pružina vyrobená z tenkého drátu. Pevnost drátu se výrazně zvyšuje s jeho průměrem; ve skutečnosti je úměrná průměru drátu na čtvrtou mocninu. To znamená, že malý nárůst tloušťky drátu vede k velmi významnému nárůstu tuhosti.
Velký význam má také průměr vinutí. Představme si, že ohýbáme silný a tenký tyčový materiál. Tenká tyč se ohne snadno. Totéž platí i zde. Pružina s větším středním průměrem cívky bude oproti pružině s menším průměrem cívky mnohem pružnější, za předpokladu, že všechny ostatní faktory zůstanou konstantní. Tuhost je přímo úměrná třetí mocnině středního průměru cívky.
Nakonec nesmíme zapomenout na počet činných závitů, což je rozhodující faktor. Pružina s větším počtem závitů bude mnohem měkčí a bude schopna lépe deformovat se působením zátěže ve srovnání s krátkou pružinou s menším počtem závitů. Důvodem je to, že zatížení je rozloženo mezi větší počet závitů, což znamená, že každý jednotlivý závit se musí ohnout méně. Vyšší počet činných závitů znamená vyšší pružnost.
Vliv Výroba Procesy
Jedná se o kritický proces, který zachycuje pevnost pružiny mezi okamžikem, kdy byla pouhým kusem drátu, a okamžikem, kdy se stává vysokovýkonnou pružinou.
I navíjení může způsobit v materiálu vnitřní napětí. Skutečnou změnu však vyvolá tepelné zpracování. Pružiny jsou po navinutí kaleny a popouštěny. Tato tepelná úprava odstraňuje vnitřní napětí vzniklé navíjením a optimalizuje mikrostrukturu kovu, čímž mu poskytuje potřebný vysoký mez pružnosti a trvanlivost. Pružina, která nebyla tepelně upravena, se v průběhu času bude deformovat nebo trvale deformuje.
Dalším procesem je shot peening (tryskání kuličkami). Spočívá v bombardování povrchu pružiny malými kulovitými médii. Tím vzniká puchýřnatý povrch, který vyvolává tlaková napětí, jež výrazně prodlužují únavovou životnost pružiny. Zabraňuje tak vzniku a šíření trhlin a umožňuje pružině vydržet miliony kompresních cyklů.
Shrnutím je, že neexistuje žádná magická složka pevnosti a pružnosti vinuté pružiny. Jsou to opatrné a vypočítané nalezení správného materiálu, nakreslení přesné geometrie a použití určitých výrobních postupů. Právě uspořádané spojení těchto tří pilířů umožňuje jednoduché cívce drátu plnit tak složitý a nezbytný úkol.