Kompresijas atsperes uzglabā mehānisko enerģiju, kad tās ir saspiestas, un atbrīvo mehānisko enerģiju, kad slodze tiek noņemta. Lai gan kompresijas atsperes parasti ir izgatavotas no atsperu tērauda, tās var saturēt arī oglekli, magniju, niķeli, hromu, alvu, varu, volframu un alumīniju.
Dažādi materiāli rada atšķirīgu elastības pakāpi un enerģijas uzkrāšanas spēju kompresijas atsperēm.
Roberts Huks jau 1676. gadā ierosināja formulu, lai aprēķinātu atsperes iedarbināto spēku, kas ir proporcionāls tās pagarinājumam.
Kompresijas atsperes ir mehāniskas ierīces, kas īpaši paredzētas aksiālās spiedes slodzes uztveršanai. Tie parasti var arī izstiepties un pagriezties līdz punktam. Vispārīgi runājot, kompresijas atsperes var uzglabāt mehānisko enerģiju, ja tās tiek pakļautas spiedes slodzei. Kad slodze ir noņemta, tie atgriezīsies sākotnējā formā un izmērā - tiek pakļauti elastīgai deformācijai.
Šī unikālā spēja uzkrāt potenciālo enerģiju, apvienojumā ar tās relatīvo vienkāršību un pieejamību, padara kompresijas atsperes vērtīgas plašā lietojumu klāstā. No mehāniskajām tastatūras pogām, matračiem un lodīšu pildspalvām līdz šaujamieročiem un automašīnu piekares amortizatoriem. Kopš 15. gadsimta mēs izmantojam kompresijas atsperes, un pirmā kompresijas atspere tika izmantota pulksteņu ierīcēs.
Kompresijas atsperu veidi
Kompresijas atsperēm var būt daudz dažādu ģeometrisku formu. Visizplatītākās ir spoles vai spirālveida atsperes. Šī forma ir populārāka nekā citas formas, jo tā nodrošina vienmērīgu augstu saspiešanu un izplešanos līdz noteiktam punktam. Tas ir arī vieglāks, jo izmanto mazāk materiālu, lai apmierinātu nepieciešamību absorbēt spiedes slodzi. Visbeidzot, spirālveida atsperes forma piešķir šim tipam salīdzinoši lielu atsperes konstanti (kas tiks sīkāk paskaidrots vēlāk).
Šī kategorija ir sadalīta apakškategorijās, tostarp:
Kompresijas atsperes materiāls
Kompresijas atsperes parasti ir izgatavotas no atsperu tērauda, kas ir tērauda veids ar augstu tecēšanas robežu. Tas ļauj tiem saglabāt savu sākotnējo formu, izmēru un formu pat tad, ja tie ir ļoti deformēti. Tāpēc šiem tēraudiem sprieguma apstākļos ir liela elastīgās deformācijas telpa. Tas notiek molekulārā līmenī, tāpēc šo tēraudu sastāvs būtiski ietekmē to elastību.
Vispārīgi runājot, atsperu tērauds satur oglekli un mangānu, kā arī niķeli, hromu, molibdēnu, alvu, vanādiju, varu, dzelzi, volframu un alumīniju. Atsperu tēraudu klasificē oficiālais ASTM, pamatojoties uz tā tecēšanas robežu un cietību, tāpēc dažādi materiālu sastāvi var būt piemēroti dažādiem lietojumiem. Piemēram, ASTM A228 tiek izmantots klavieru stīgām, kas satur 0,7% -1% oglekļa un 0,2% -0,6% mangāna, ar maksimālo iznākumu stiprība 530 megapaskāli un stiepes izturība 400 megapaskāli.
Kompresijas atsperu raksturojums
Šajā sadaļā es pievērsīšos atsperu atsperu ieviešanai, jo šīs atsperes ir visplašāk izmantotās kompresijas atsperes. Šīm atsperēm ir noteiktas īpašības, kurām ir liela nozīme to darbībā. Ārējais diametrs (D) attiecas uz cilindra diametru, ko veido atspere, skatoties no augšas. Spoles diametrs attiecas uz atsperes stieples biezumu (d), kas arī ir cilindrisks. Brīvais garums (L) attiecas uz kopējo atsperes garumu bez saspiešanas, savukārt efektīvā spirāle (na) un kopējā spirāle (n) ir spoļu skaits, kas uzglabā un atbrīvo mehānisko enerģiju, un kopnes spoļu skaits ( vismaz divi ir veltīti atsperes galam/bāzei). Vēl viens svarīgs morfoloģiskais atribūts ir rotācijas virziens, kas var būt pa kreisi vai pa labi.
Spēks, ko iedarbina atspere, ir proporcionāls tās pagarinājumam — likumu, ko 1676. gadā ierosināja Roberts Huks, dažu īsu gadu laikā pēc pirmās atsperes lietošanas. Huks iepazīstināja pasauli ar šo formulu. "F=- kx", kur F ir atsperes spēks, x ir stiepes attālums un k ir atsperes konstante. Katra atspere ir atšķirīga, un to nosaka ražotājs ar eksperimentiem vai lietotājs, izmantojot formulas. K=Gd4/[83dna]. Kā minēts iepriekš, mucas un koniskās spoles ir nelineāras atsperes, tāpēc Huka likums uz tām neattiecas. Huka likums neattiecas uz atsperēm, kuras jau ir deformējušās vai pārsniegušas vispārējo elastības robežu.
Pilnībā saspiestas atsperes spēks
Lai aprēķinātu pilnībā saspiestās atsperes spēku, mēs varam izmantot šo formulu. Fmax=Ed4 (L-nd)/[16 (1)+ ν) (Dd) 3n]. E ir Janga modulis, d ir tērauda stieples diametrs, L ir brīvais garums un n ir efektīvo spirāļu/spolu skaits, ν ir Puasona koeficients, un D ir ārējais diametrs. Ir skaidrs, ka dažus no tiem nosaka dizainera izvēlētais tērauds, savukārt citus nosaka atsperes forma, forma un izmērs.
Dizaina apsvērumi
Izstrādājot kompresijas atsperi, vispirms jāizlemj, kādu materiālu vēlaties izmantot. Pēc tam datu tabulā atrodiet bīdes moduli (G) un stiepes izturību (TS). Šie divi faktori ir izšķiroši, lai noteiktu sprieguma procentuālo daudzumu, piemēram, aprēķinot slodzes prasības (100* σ/ Aprēķiniet pakāpi, kādā atspere tiek saspiesta, kad tiek ierosināta noteikta slodze, pamatojoties uz stiepes izturību.
Vēl viens svarīgs apsvērums ir atsperes diametrs, kad tas ir saspiests līdz maksimālajam punktam. Spirālveida kompresijas atsperēm ir tendence palielināties diametrā saspiešanas laikā. Tāpēc ir svarīgi aprēķināt šo paplašinājumu, izmantojot formulu "paplašināšana={sz [(Dd) 2+(p2-d2/π 2)+d] - D}".
Atsperes indekss ir svarīgs, un dizaineri cenšas to uzturēt diapazonā no 4 līdz 10. Tās aprēķina metode ir "C=(Dd/d)", kas sniedz labu priekšstatu par stieples attiecību. biezums līdz atsperes diametram. Tas noteiks atsperes kopējo izturību (mazāks ir stiprāks, bet lielāks ir vieglāk saspiežams).
