EN
Kas nulemia ritininių spyruoklių stiprumą ir lankstumą
Apvyniojimo spyruoklės naudojamos įvairiausiose srityse – pradedant automobiliu, kuriuo važiuojate, ir baigiant kėde, ant kurios sėdite. Jų energijos kaupimo ir išleidimo galimybės, smūgių sugertis bei jėgos palaikymas yra nepaprasti. Tačiau ar kada nors sustojote pagalvoti, kodėl viena spyruoklė yra stipri ir kieti, o kita – minkšta ir lanksti? Šio klausimo atsakymas slepia labai įdomų fizikos, medžiagų mokslo ir inžinerijos reiškinį.
Svarbiausias Vaidmuo medžiagos pasirinkimas
Pagal apibrėžimą, spyruoklė yra energijos kaupiklis. Medžiaga, iš kurios ji pagaminta, nulemia jos veikimą. Ne visos metalo rūšys tinka efektyvioms spyruoklėms gaminti.
Vienas iš jų yra medžiagos tamprumo modulis arba Jungo modulis. Tai matas natūraliam medžiagos standumui. Daugumoje spyruoklių plienų ši vertė yra gana pastovi. Tai reiškia, kad su tam tikru spyruoklių dizainu aukštos kokybės plienas nepadarys jos labiau tamprios, bet padarys ją stipresnę ir ilgaamžiškesnę.
Svarbus yra galutinis medžiagos tempimo stipris. Spyruoklė turi būti gebanti ištverti pakartotinus apkrovos ir atleidimo ciklus, nepakeisdama savo formos. Tam reikalingas aukštas tamprumo riba, t. y., visada yra tam tikras įtempis, žemiau kurio medžiaga sąmoningai grįžta į pradinę formą. Populiariai naudojami plienai apima aukšto anglies turinio plienus ir lydinius plienus, tokius kaip chromo-vanadžio ar silicio-mangano, kuriuos galima apdoroti siekiant pasiekti aukštą stiprį.
Galia Spyruoklių projektavimas ir geometrija
Nors medžiaga suteikia potencialą, galutines charakteristikas nulemia spyruoklės fiziniai matmenys. Apvyniojamos spyruoklės fizika yra tikras meistriškumo įrodymas, kai daugelis veiksnių suderinti tarpusavyje.
Pagrindinis veiksnys – vielos skersmuo. Tai galbūt natūraliausias ryšys. Iš storesnės ir stipresnės vielos pagaminta spyruoklė bus žymiai atsparesnė suspaudimui ir žymiai patvaresnė nei iš plonos vielos pagaminta spyruoklė. Vielos stiprumas žymiai padidėja didėjant jos skersmeniui; iš esmės jis proporcingas vielos skersmens ketvirtajam laipsniui. Tai reiškia, kad net nedidelis vielos storio padidėjimas lemia labai didelį standumo padidėjimą.
Taip pat labai svarbus yra ritulio skersmuo. Tarkime, lenkiame storą strypą ir ploną strypą. Plonesnis strypas pasilenkia lengvai. Tas pats principas turi būti taikomas čia. Esant pastovioms kitoms sąlygoms, spyruoklė, turinti didesnį vidutinį ritulio skersmenį, bus žymiai lankstesnė lyginant su mažesnio ritulio skersmens spyruokle. Standumas tiesiogiai proporcingas vidutinio ritulio skersmens kubui.
Paskutinis, bet ne mažiau svarbus dalykas – aktyviųjų vijų skaičius. Spyruoklė su daugiau vijų bus žymiai minkštesnė ir galės lengviau atitolsti apkrovą lyginant su trumpa spyruokle, turinčia mažiau vijų. Priežastis tame, kad apkrova pasiskirsto tarp didesnio vijų skaičiaus, o tai reiškia, kad kiekviena iš vijų turi išsilenkti mažiau. Didėjantis aktyviųjų vijų skaičius reiškia padidėjusį lankstumą.
Poveikis Gaminiama Procesai
Tai yra kritiškai svarbus procesas, kuris įgauna spyruoklės stiprumą tarp to laiko, kai ji buvo paprastas vielos gabalas, ir tampa aukštos našumo spyruokle.
Netgi suvyniojimo procesas gali sukelti įtempius medžiagoje. Tačiau faktinį pokytį sukelia terminis apdorojimas. Spyruoklės užkietinamos ir atleidžiamos po to, kai jos yra apvyniojamos. Šis terminis procesas pašalina vidinius suvyniojimo įtempius ir maksimaliai patobulina metalo mikrostruktūrą, suteikiant reikalingą aukštą tamprumo ribą bei ilgaamžiškumą. Neterminiškai apdorota spyruoklė laikui bėgant praranda savo savybes arba pastoviai deformuojasi.
Taikomas ir kitas procesas – smalinimas. Jis vyksta taip: spyruoklės paviršius bombarduoja mažomis sferinėmis medijomis. Tai sukuria išlinkusį paviršių, kuris sukelia suspaudimo įtempius, žymiai padidindamas spyruoklės atsparumą nuovargiui. Tai neleidžia atsirasti įtrūkimams ir jų plisti, leidžiant spyruoklei išlaikyti milijonus suspaudimo ciklų.
Apibendrinant, nėra jokio stebuklingo spyruoklės stiprumo ir lankstumo komponento. Tai atsargus ir apskaičiuotas tinkamo medžiago pasirinkimas, tikslaus geometrinio dydžio nustatymas ir tam tikrų gamybos procedūrų taikymas. Būtent šių trijų pagrindų suderintas vieningumas leidžia paprastai vielos spiralėje atlikti tokį sudėtingą ir būtiną uždavinį.