Tłumaczymy nasz sklep na język polski!
Wymaga to jednak czasu, ponieważ w ofercie mamy dużo artykułów, a na nasz sklep składa się wiele stron. Chwilowo nasz katalog produktów dostępny będzie w języku angielskim. Dziękujemy za cierpliwość!
Obliczenia konstrukcji sprężyn
Sprężyny są elementami mechanicznymi, które mogą przechowywać i dostarczać energię naprężenia generowaną przez pracę używaną do naprężania, wydłużania lub ściskania sprężyny w postaci energii odkształcenia lub napięcia. Są one stosowane w wielu zastosowaniach i można je znaleźć w małych komponentach elektronicznych, a także w dużych maszynach przemysłowych. Aby sprężyna spełniała swoją funkcję, musi być prawidłowo zaprojektowana. W tym celu obliczane są parametry, takie jak stała sprężyny i skok sprężyny.
Rodzaje sprężyn
Są różne rodzaje sprężyn, które różnią się funkcją i wyglądem.
Sprężyny różnią się obciążeniem i kształtem. Najczęstsze typy to:
Kształty sprężyn:
- Sprężyny śrubowe: Sprężyny śrubowe mają kształt spiralny. Mogą to być sprężyny naciągowe, sprężyny naciskowe lub sprężyny skrętne. Mogą mieć stałą siłę sprężyny podczas dłuższej podróży.
- Sprężyny piórowe: Sprężyny piórowe składają się z kilku metalowych pasków, które są ze sobą połączone. Mogą absorbować duże obciążenia przez dłuższy czas.
- Sprężyny tarczowe: Sprężyny tarczowe składają się z jednej lub więcej koncentrycznych tarcz lub płyt. Pochłaniają obciążenia osiowe i są ściśnięte.
Obciążenia sprężyn:
- Sprężyny naciskowe: Sprężyny naciskowe są ściskane przez obciążenia ściskające (siła ściskająca). Są cylindryczne lub stożkowe.
- Sprężyny naciągowe: Sprężyny naciągowe rozciągają się pod obciążeniem rozciągającym. Mogą one na przykład być proste, stożkowe lub spiralne.
- Sprężyny skrętne: Sprężyny skrętne skręcają się, gdy wywierany jest na nie moment obrotowy. Mają liniową lub nieliniową stałą sprężyny skrętnej.
- Sprężyny zginające: Sprężyny zginające są zdolne do pochłaniania obciążeń zginających, co generuje efekt sprężyny.
Więcej informacji na temat Wyboru sprężyn naciągowych i sprężyn naciskowych - przegląd / użytkowanie / przykłady zastosowań można znaleźć tutaj.
Obliczanie sprężyn
Aby obliczyć i zaprojektować sprężynę, w pierwszym kroku należy określić lub poznać parametry, takie jak prędkość sprężyny, stała sprężyny i praca sprężyny. Można na przykład obliczyć siłę sprężyny lub stałą sprężyny.
Wstępne rozważania dotyczące obliczeń sprężyny i konstrukcji sprężyny
Przed obliczeniem lub zaprojektowaniem sprężyny należy ustalić kilka ważnych wymagań i specyfikacji, takich jak:
- Wymagania dotyczące obciążenia, np. maksymalne obciążenie, typ obciążenia (nacisk, rozciąganie, skręcenie), częstotliwość i cykl pracy typu obciążenia
- Środowisko pracy i warunki pracy, np. temperatura, ryzyko korozji, wilgotność i stopień zanieczyszczenia
- Tłumienie i pochłanianie wibracji, np. potrzeby stosowania elementów tłumiących
- Ograniczenia dotyczące przestrzeni i montażu, np. wymiary sprężyny, projekt geometrii i końców cewki
Ekonomiczna automatyzacja wykorzystuje przede wszystkim sprężyny naciągowe i sprężyny naciskowe.
Parametry do obliczania sprężyn
Przed obliczeniem sprężyn naciskowych, sprężyn naciągowych itp. należy najpierw poznać następujące parametry:
Dla przykładu sprężyna naciągowa
- Jaka siła (F) będzie wywierana na tę sprężynę? Jaka jest dostępna długość swobodna (L0) i skok sprężyny (X)?
- Czy sprężyna powinna być wyposażona w zaczepy naciągowe, czy też wymagane są dodatkowe zaczepy naciągowe? A jaki wpływ mają dodatkowe zaczepy naciągowe na długość?
- Czy średnica wewnętrzna (D) sprężyny i/lub średnica drutu (d) odgrywają rolę?
- Czy ciężar własny sprężyny odgrywa rolę w danym zastosowaniu i jaka przestrzeń jest dostępna dla niezbędnych wymian sprężyny
- Czy zaczepy muszą być ustawione w tej samej orientacji czy obrócone o 90°?
Obliczanie siły sprężyny przy użyciu wzoru na siłę sprężyny
Siła sprężyny, zwana również siłą zaciskową, jest siłą wytwarzaną przez sprężynę, gdy jest rozciągnięta lub ściśnięta, w zależności od jej sztywności lub stałej sprężyny. Siła ta ma na celu przywrócenie sprężyny do pierwotnego kształtu lub położenia. Obliczenia są zwykle przeprowadzane przy użyciu wzoru siły sprężyny, zwanego również prawem Hooke’a. Prawo Hooke’a opisuje liniową zależność między siłą (F) wywieraną na elastyczny korpus a wynikającym z tego wydłużeniem lub kompresją (Δx) tego korpusu w elastycznym obszarze materiału:
Gdzie:
- F = siła sprężyny, mierzona w niutonach (N)
- k = stała sprężyny, sztywność sprężyny, w jednostkach takich jak N/m (niuton na metr)
- Δx = skok sprężyny, wydłużenie (dla sprężyn naciągowych) lub ściśnięcie (dla sprężyn naciskowych) sprężyny, mierzone w metrach (m).
F = k \times \Delta x
Jakie jest początkowy naciąg sprężyny naciągowej?
Początkowy naciąg (Pi), czasami nazywane również obciążeniem wstępnym zespołu, definiuje się jako naciąg (siłę w N) wymaganą do spowodowania zmiany długości sprężyny przez odkształcenie.
Stałą sprężyny i skok sprężyny (wydłużenie lub ściśnięcie) można odczytać ze specyfikacji technicznej i danych producenta lub obliczyć w następujący sposób.
Obliczanie stałej sprężyny za pomocą wzoru siły sprężyny
Stała sprężyny, często określana jako prędkość sprężyny, jest jednym z podstawowych parametrów sprężyny. Wskazuje, jak duża siła jest wymagana do odkształcenia sprężyny na określoną długość.
k = \frac{F}{\Delta x}
Im większa stała sprężyny, tym sztywniejsza sprężyna. Duża stała sprężyny oznacza, że do odkształcenia sprężyny potrzebna jest stosunkowo duża siła, podczas gdy sprężyny o małej stałej sprężyny są łatwiej odkształcane.
Obliczanie całkowitej stałej sprężyny dla wielu sprężyn
W rzeczywistych warunkach rzadko instaluje się tylko jedną sprężynę. Zwykle instaluje się kilka sprężyn kolejno lub obok siebie. W jaki sposób obliczana jest w tych przypadkach stała sprężyny? Całkowita stała sprężyny musi być określona we wszystkich przypadkach.
Jeśli kilka sprężyn jest połączonych szeregowo (konfiguracja w linii), całkowita stała sprężyny jest obliczana w następujący sposób:
\frac{1}{k_{ges}} = \frac{1}{k_{1}} + \frac{1}{k_{2}} + ..
Jeśli kilka sprężyn jest zainstalowanych obok siebie (konfiguracja równoległa), całkowita stała sprężyny jest obliczana w następujący sposób:
k_{ges} = k_{1} + k_{2} + ..
Aspekty bezpieczeństwa
Aby zapobiec uszkodzeniu sprężyny, sprężyna nie powinna być obciążona powyżej naprężenia znamionowego. Naprężenie znamionowe zależy od materiału sprężyny. Na przykład w przypadku stali sprężystej naprężenie znamionowe waha się od 550 MPa (megapaskali) do 800 MPa, w zależności od stopu i hartowania. W przypadku sprężyn ze stali nierdzewnej naprężenie znamionowe wynosi od 500 MPa do 700 MPa.
Żywotność i zmęczenie
Sprężyna może z czasem ulec zmęczeniu, zwłaszcza jeśli jest często ładowana i zwalniana. Dlatego ważne jest, aby wziąć pod uwagę żywotność sprężyny w warunkach obciążenia.
| Wersja | Rysunek | Materiał: JIS-SWP-A |
Materiał: EN 1.4301 (WPB) Equiv. |
Zakres obciążenia — maksymalna obciążalność serii (Materiał JIS-SWP-A) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Numer części | od | do | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Bardzo małe obciążenie |  |
AWA | AUA | 0.69 | 19.6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| dla niskiej nośności | |
AWY BWY |
AUY BUY |
1.86 | 78.45 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Niskie/średnie obciążenie | |
AWU BWU |
AUU BUU |
2.45 | 98.07 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Średnie obciążenie | |
AWS BWS |
AUS BUSS |
3.53 | 225.55 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Średnie/wysokie obciążenie | |
AWF | - | 6.47 | 83.36 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Duża pojemność | |
AWT BWT |
AUT BUT |
8.8 | 430.51 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Możliwość konfiguracji | |
WFSP BWFSP |
UFSP BUFSP |
2.37 (przy L = 50 mm) |
156 (przy L = 50 mm) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Długie bez oczka |  |
LWS | LUS | - | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Zalecenia dotyczące sprężyn MISUMI
MISUMI oferuje szeroką gamę sprężyn, takich jak sprężyny naciągowe i okrągłe sprężyny śrubowe. Sprężyny śrubowe są zaprojektowane tak, aby utrzymać maksymalne obciążenie na stałym poziomie przy tej samej średnicy. Zalecamy używanie sprężyn w dopuszczalnych granicach odchylenia, aby zapewnić funkcjonalność i kształt oraz osiągnąć oczekiwany okres eksploatacji. Sprężyny są zalecane w normalnych temperaturach otoczenia (40°C lub mniej). Wartości obciążenia spadają powyżej 40°C. Ten zakres temperatur jest również zakładany dla okrągłych sprężyn śrubowych MISUMI.
