Wybór sprężyn naciągowych i naciskowych – przegląd / zastosowania / przykłady zastosowań

Sprężyny naciągowe i sprężyny naciskowe to elementy mechaniczne, które mogą być wykorzystywane w różnych gałęziach przemysłu.

Niniejszy artykuł poświęcony jest sprężynom naciągowym i ściskanym, przedstawiając ich przegląd i ilustrując różne zastosowania w inżynierii mechanicznej i budowie maszyn niestandardowych. Obliczenia dla sprężyn nie są omawiane na tym blogu.

Opis sprężyny naciągowej

Sprężyny naciągowe to elementy mechaniczne zaprojektowane do generowania sił rozciągających przy rozciąganiu.

Zazwyczaj składają się one ze zwiniętego drutu i mogą być skonstruowane tak, aby magazynować energię i uwalniać ją w razie potrzeby. Sprężyny naciągowe są zdolne do wywierania sił liniowych w kierunku rozciągania i dlatego są niezwykle przydatne w zastosowaniach, w których wymagany jest ruch, siła sprężyny i kontrola.

Dla łatwego mocowania dostępne są sprężyny naciągowe z haczykami lub sprężyny naciągowe z oczkiem.

Dodatkowe zastosowania w inżynierii mechanicznej obejmują wykorzystanie sprężyn naciągowych w wyłącznikach bezpieczeństwa i obwodach elektrycznych. W przypadku wyłączników bezpieczeństwa sprężyna naciągowa utrzymuje wyłącznik w pozycji wyłączonej do momentu jego ręcznego zresetowania. Sprężyny naciągowe mogą być stosowane jako elementy stykowe lub łączące w obwodach i urządzeniach elektrycznych.

Opis sprężyn naciskowych

Sprężyny naciskowe są przydatne w niektórych mechanizmach do kontrolowania ruchu lub utrzymywania komponentów w odpowiedniej pozycji. Na przykład w przyciskach sterujących lub przełącznikach sprężyny dociskowe są używane do przywracania przełącznika do pozycji początkowej. W zaworach bezpieczeństwa zapewniają one, że zawór otwiera się tylko przy określonym ciśnieniu.

Sprężyny naciskowe są znormalizowane w normie DIN 2098.

Zalety sprężyn naciągowych i naciskowych

Sprężyny mają długą żywotność, pod warunkiem, że są odpowiednio zaprojektowane do obciążeń statycznych i dynamicznych. Ponadto sprężyny charakteryzują się brakiem konieczności konserwacji. Mogą regulować swoją długość i dlatego nie trzeba ich ponownie regulować. Inne korzyści mogą obejmować:

• Pochłanianie wstrząsów
• Precyzyjną kontrolę
• Prostą konstrukcję
• Niską wagę
• Stosunkowo dużą odporność na czynniki środowiskowe

Sam materiał sprężyny również może pełnić swoją funkcję. Przykładowo, sprężyny plastikowe są szczególnie lekkie w porównaniu do sprężyn stalowych, a sprężyny wykonane ze stali nierdzewnej lub tytanu są bardziej odporne na korozję.

Materiał wpływa na główne właściwości sprężyny. Tworzywa sztuczne są lekkie i nadają się do wilgotnych środowisk, a sprężyny wykonane z tytanu są odpowiednie dla wysokich współczynników sprężystości przy niższej wadze. Sprężyny ze stali nierdzewnej są odporne na korozję, ale nie tak lekkie jak plastikowe, ale mogą przyjąć większe obciążenie.

Budowa i charakterystyka sprężyn naciskowych i naciągowych

Sprężyny są przede wszystkim projektowane w oparciu o działającą maksymalną siłę, skok sprężyny, materiał i stałą sprężyny. Ponadto czynniki takie jak dostępna przestrzeń montażowa lub charakterystyka siły sprężyny odgrywają rolę w zastosowaniach specjalnych. Przy wyborze sprężyn naciągowych i naciskowych można wziąć pod uwagę następujące parametry:

Budowa sprężyny

Konstrukcja sprężyny zależy od wymagań i opiera się na wymaganej sile sprężyny, kierunku ruchu i warunkach otoczenia.

Sprężyny naciągowe i sprężyny naciskowe muszą być zaprojektowane tak, aby sprostać oczekiwanym obciążeniom i pożądanej żywotności. Wybór materiału również odgrywa tutaj ważną rolę. Na przykład sprężyny naciągowe wykonane ze stali nierdzewnej są stosowane tam, gdzie ważna jest odporność na korozję.

Średnica zewnętrzna uzwojenia sprężyny

Zewnętrzna średnica sprężyny to zewnętrzna średnica uzwojenia sprężyny lub korpusu sprężyny. Wpływa to przede wszystkim na przestrzeń zajmowaną przez sprężynę. Im większa, tym mniej nadaje się do zastosowań o ograniczonej przestrzeni, takich jak elektronika. Należy również przestrzegać współczynnika kształtu, aby nie przeciążać sąsiednich komponentów. Średnica zewnętrzna również wpływa na stałą sprężyny. Im większa średnica zewnętrzna, tym większe obciążenie może przyjąć sprężyna przy tym samym skoku i średnicy drutu.

Stożkowe sprężyny naciskowe różnią się od konwencjonalnych cylindrycznych sprężyn śrubowych, na przykład ze względu na stożkowy kształt uzwojenia sprężyny i mają progresywną charakterystykę sprężyny.

Średnica przewodu uzwojenia

Średnica przewodu to średnica materiału przewodu. Oprócz czynników wpływających na średnicę zewnętrzną, średnica drutu ma również bezpośredni wpływ na skok sprężyny. Skok sprężyny to różnica między długością swobodną a długością ściśniętej lub rozciągniętej sprężyny pod obciążeniem.

Sprężyny o większej średnicy przewodu mają zazwyczaj mniejszy skok sprężyny, podczas gdy sprężyny o mniejszej średnicy drutu umożliwiają większy skok sprężyny.

Długość swobodna sprężyny

Długość swobodna wskazuje długość sprężyny na obu końcach bez obciążenia. Jest to część obszaru obciążenia, w której sprężyna może działać efektywnie. Długość swobodna jest punktem wyjściowym do obliczenia skoku sprężyny.

Maksymalna długość naciągu sprężyny naciągowej

W przypadku sprężyny naciągowej maksymalna długość naciągu to maksymalna długość, jaką można osiągnąć na obu końcach, gdy wywierana jest siła. Maksymalna długość naciągu ogranicza skok sprężyny. Im dłuższa maksymalna długość rozciągania przy tym samym materiale, średnicy i wytrzymałości drutu, tym większe obciążenie absorpcyjne.

Maksymalna długość sprężyny naciskowej po ściśnięciu

Maksymalna długość po ściśnięciu to najkrótsza możliwa długość sprężyny naciskowej, która jest możliwa po ściśnięciu pod określonym obciążeniem ściskającym bez trwałego odkształcenia lub uszkodzenia sprężyny naciskowej. Sprężyna nie może osiągnąć długości bloku – długości, przy której zwoje sprężyny stykają się ze sobą. Konstrukcja sprężyny uwzględnia bufor długości bloku, aby zapobiec spadaniu.

Stała sprężyny do obliczania sprężyn śrubowych

Stała sprężyny (lub współczynnik sprężyny lub sztywność sprężyny) opisuje, jak bardzo spiralna sprężyna zwojowa odkształca się, gdy wywierana jest na nią określona siła. Jest on mierzony w jednostce niuton na metr (N/m).

Im wyższa stała sprężystości w stałych warunkach, tym:

• wyższe obciążenie absorpcyjne
• niższy skok sprężyny
• większa częstotliwość rezonansu
• większy efekt tłumienia

W zależności od zastosowania może być wymagany wysoki stopień sztywności, na przykład w celu precyzyjnego sterowania siłami lub ruchami. Jeśli preferowane jest bardziej miękkie zawieszenie lub lepsza absorpcja wstrząsów, można to osiągnąć przy niższej sztywności.

Chcesz dowiedzieć się więcej o obliczaniu sprężyn naciągowych i ściskanych? Następnie przeczytaj artykuł Obliczenia do projektowania sprężyn.

Odprężone napięcie sprężyn śrubowych

Naprężenie odprężone to wewnętrzne naprężenie sprężyny śrubowej w jej neutralnej lub zrelaksowanej pozycji przed wywarciem na nią siły zewnętrznej. Większe naprężenie odprężone powoduje, że sprężyna jest sztywniejsza, a mniejsze napięcie powoduje, że sprężyna jest bardziej elastyczna.

Przykładem zastosowania sprężyn naciągowych może być na przykład inżynieria mechaniczna, gdzie sprężyny naciągowe są używane do przyciągania ruchomych części z powrotem do pozycji wyjściowej. Pozwala to na ich wykorzystanie w systemach podnoszenia lub pozycjonowania w celu utrzymania równowagi lub stałego napięcia.

Przemysł tekstylny wykorzystuje sprężyny naciągowe w przędzarkach i maszynach tkackich. Tam utrzymują naprężenie nici i zapewniają, że nić ma prawidłowe naprężenie i jest ciągnięta równomiernie podczas procesu produkcji.

MISUMI oferuje szeroką gamę sprężyn naciągowych i naciskowych do wielu różnych zastosowań.