EN
Šta određuje jačinu i fleksibilnost zavojnih opruga
Zavojne opruge nalaze primenu u brojnim oblastima, počevši od automobila koji vozite do stolice na kojoj sedite. Njihove sposobnosti skladištenja i oslobađanja energije, apsorpcije udara i držanja sile su izuzetne. Ali da li ste ikada razmislili šta ih čini jakim i tvrdim u jednom slučaju, a mekim i prilagodljivim u drugom? Rešenje ovog pitanja predstavlja veoma zanimljiv fenomen iz fizike, nauke o materijalima i inženjerstva.
Ključno Улога izbora materijala
Po definiciji, opruga je skladište energije. Priroda materijala od koga je izrađena određuje njen rad. Svi metali se ne mogu pretvoriti u efikasne opruge.
Једна од њих је модул еластичности материјала или Јангов модул. Ово је мера природне чврстоће материјала. У већини челика за пера, ова вредност је прилично константна. То значи да код одређеног дизајна пера, квалитетнији челик неће учинити перо заправо отпорнијим, већ ће га највише учинити јачим и издржљивијим.
Коначна чврстоћа материјала на затег је важна. Перо мора бити у стању да издржи циклусе оптерећења и разоптерећења понављано, без промене облика. Ово захтева високу еластичну границу, тј., увек постоји одређени ниво напона испод кога ће материјал самостално повратити свој првобитни облик. Популарни челици укључују високоугљеничне челике и легиране челике као што су хром-ванадијумски или силицијум-мнганијумски, који се могу обрадити ради постизања ове високе чврстоће.
Сила Дизајн и геометрија пера
Иако материјал даје потенцијал, физичке димензије опруге одређују коначне карактеристике. Физика завојне опруге је мајсторско дело и низ фактора је у хармонији.
Један од главних фактора је пречник жице. Ово је можда најприроднија веза. Опруга направљена од јаке и дебеле жице биће много отпорнија на компресију и много јача од опруге направљене од танке жице. Чврстоћа жице значајно се повећава са повећањем њеног пречника; у стварности, пропорционална је пречнику жице на четврти степен. То значи да мали повећање дебљине жице доводи до веома великог повећања чврстоће.
Од велике важности је и пречник намотаја. Замислите да савијамо дебљи и тањи штап. Танки штап се лакше савија. Исто важи и у овом случају. Опруга са већим средњим пречником намотаја биће знатно флексибилнија у односу на онај са мањим пречником, под условом да сви остали фактори остану непроменљиви. Крутост је директно пропорционална кубу средњег пречника намотаја.
На крају, али не и најмање важно, број активних намотаја је од суштинског значаја. Опруга са више намотаја биће много мекша и моћи ће лакше да отклони оптерећење у односу на краћу опругу са мање намотаја. Разлог за то је што се оптерећење расподели на већи број намотаја, што значи да сваки појединачни намотај мора да се савије у мањој мери. Већи број активних намотаја повлачи за собом већу флексибилност.
Утицај Производња Процеси
То је критичан процес који затвара чврстоћу опруге између тренутка када је била обичан комад жице и тренутка када постаје високоперформантна опруга.
Чак и процес намотавања може изазвати напоне у материјалу. Међутим, стварну промену остварује термичка обрада. Спрегови се жесте и попуњавају након што се намотају. Ова топлотна операција уклања унутрашње напоне након намотавања и оптимизује микроструктуру метала, чиме му се обезбеђује висока еластична граница и издржљивост која је кључна. Спрег који није обрађен термички ће се с временом распасти или трајно деформисати.
Пескострелање је још један процес. Он се састоји у бомбардовању површине спрега малим сферним медијима. То производи убодну површину која изазива компресивне напоне, знатно побољшавајући отпорност спрега на замор. Ово ће спречити појаву и ширење пукотина и омогућити спрегу да поднесе милионе циклуса компресије.
Дакле, не постоји магична комбинација чврстоће и флексибилности залеђене опруге. Ради се о опрезном и прорачунатом одабиру правог материјала, тачној геометрији и примени одређених технолошких поступака у производњи. Управо уредно спајање ова три стуба омогућава да једноставна жичана спирала изврши тако сложен и неопходан задатак.