EN
Što određuje čvrstoću i elastičnost valjnih opruga
Zavojne opruge koriste se u brojnim primjenama, počevši od automobila kojim vožite do stolice na kojoj sjedite. Njihove sposobnosti pohrane i oslobađanja energije, apsorpcije udara i zadržavanja sile su izuzetne. No, je li vas ikada zanimalo što čini jednu oprugu jacom i tvrdom, a drugu mekom i elastičnom? Rješenje ovog pitanja leži u vrlo zanimljivom fizikalnom, materijaloznanstvenom i inženjerskom fenomenu.
Ključno Uloga odabira materijala
Po definiciji, opruga je spremnik energije. Svojstva materijala od kojeg je izrađena određuju njezinu učinkovitost. Ne svi metali mogu postati učinkovita opruga.
Jedan od njih je modul elastičnosti materijala ili Youngov modul. To je mjera prirodne krutosti materijala. U većini čelika za opruge, vrijednost je prilično konstantna. To znači da će kod određenog dizajna opruga visokokvalitetni čelik zapravo ne učiniti elastičnijim, već će ga uglavnom učiniti jačim i izdržljivijim.
Konačna vlačna čvrstoća materijala je važna. Opruga mora biti u stanju izdržati cikluse opterećenja i rasterećenja više puta bez promjene oblika. To zahtijeva visoku elastičnu granicu, tj., uvijek postoji određena razina napetosti ispod koje će materijal svjesno preuzeti svoj izvorni oblik. Popularni čelici uključuju ugljične čelike visoke čistoće i legirane čelike poput krom-vanadijskih ili silicijsko-manganskih koji se mogu obraditi kako bi postigli tu visoku čvrstoću.
Moć Dizajn i geometrija opruge
Iako materijal daje potencijal, fizičke dimenzije opruge određuju konačne karakteristike. Fizika zavojne opruge je majstorsko djelo i niz čimbenika je u skladu.
Važan čimbenik je promjer žice. Ovo je vjerojatno najprirodnija veza. Opruga izrađena od jakog i debele žice biti će znatno otpornija na stiskanje i mnogo jača od opruge izrađene od tanke žice. Čvrstoća žice ogromno se povećava s promjerom žice; zapravo, proporcionalna je promjeru žice na četvrtu potenciju. To znači da malo povećanje debljine žice dovodi do vrlo velikog povećanja krutosti.
Isto tako veliku važnost ima i promjer zavojnice. Zamislite da savijamo debelu šipku i tanku šipku. Tanja šipka se lako savija. To isto vrijedi i ovdje. Opruga s većim srednjim promjerom zavojnice bit će znatno fleksibilnija u usporedbi s onom s manjim promjerom zavojnice, pod uvjetom da svi ostali faktori ostanu nepromijenjeni. Krutost je izravno proporcionalna kubu srednjeg promjera zavojnice.
Na kraju, ali ne manje važno, ključan je aktivni broj zavoja. Opruga s više zavoja bit će znatno mekša i moći će lakše upiti opterećenje u odnosu na kraću oprugu s manje zavoja. Razlog tome je što se opterećenje raspodjeljuje na veći broj zavoja, što znači da svaki pojedini zavoj mora manje saviti. Povećani broj aktivnih zavoja povlači za sobom povećanu fleksibilnost.
Utjecaj Proizvodnja Procesni procesi
To je kritični proces koji zadržava čvrstoću opruge između trenutka kada je bila obična žica i trenutka kada postaje visokoučinkovita opruga.
Čak i proces namatanja može izazvati napetosti u materijalu. Stvarnu promjenu međutim omogućuje termička obrada. Osovine se kaljavaju i žariče nakon što budu namotane. Ova toplinska operacija uklanja unutarnje napetosti nastale tijekom namatanja i optimizira mikrostrukturu metala, pružajući mu potrebnu visoku elastičnu granicu i izdržljivost. Opruga koja nije tretirana termičkom obradom s vremenom će se degradirati ili trajno deformirati.
Pjeskarenje je još jedan proces. On se sastoji u bombardiranju površine opruge sitnim kuglicama. To stvara upadlinaste površine koje uzrokuju tlakne napetosti, znatno povećavajući vijek trajanja opruge na zamor. Time se sprječava pojava i širenje pukotina te omogućuje opruzi da podnese milijune ciklusa kompresije.
Zaključno, ne postoji čarobna sastojina čvrstoće i fleksibilnosti zavojne opruge. Oni su pažljivo i proračunato otkrivanje odgovarajućeg materijala, točne geometrije i korištenje određenih proizvodnih tretmana. Upravo je uređeno povezivanje ova tri temeljna elementa ono što omogućuje da jednostavna žičana spirala obavi tako složen i nužan zadatak.