Pružiny jsou základní mechanické součásti, které slouží k ukládání a uvolňování energie prostřednictvím deformace. Jejich konstrukce vyžaduje hluboké pochopení různých mechanických principů, včetně napětí, deformace a únavy. V jiném blogu si vysvětlíme více o základech mechanických pružin. Pojďme se do těchto témat ponořit a prozkoumat, jak navrhovat pružiny, které vydrží.
Napětí v pružině je vnitřní síla na jednotku plochy vyvolaná vnějšími silami nebo deformacemi. Při zatížení pružiny dochází ke kombinaci tahového, tlakového a smykového napětí.
U většiny šroubových pružin je dominantním typem napětí smykové napětí. Maximální smykové napětí τ lze vypočítat podle vzorce:
kde:
Deformace je deformace na jednotku délky způsobená působícím napětím. U pružin vyjadřuje, jak moc se pružina deformuje při určitém zatížení. Deformaci ((\epsilon-E/ε)) lze vyjádřit jako:
kde:
Za pružných podmínek (tj. deformace je vratná) popisuje Hookův zákon vztah mezi napětím a deformací:
σ= E * ε
kde:
Únava je postupné a lokalizované poškození konstrukce, ke kterému dochází při cyklickém zatěžování materiálu. Takové cyklické namáhání může časem způsobit prasknutí a nakonec selhání pružiny, i když je napětí výrazně nižší než mez pevnosti materiálu v tahu.
Únavová životnost pružiny popisuje počet cyklů, které pružina vydrží, než dojde k jejímu selhání. Únavovou životnost ovlivňuje několik faktorů, mezi které patří:
Pro zvýšení životnosti a výkonnosti pružin je zásadní zvážit:
Zásadní je výběr materiálu s vysokou únavovou pevností a dobrou odolností proti korozi. Mezi běžné materiály patří např:
Navrhněte pružiny tak, aby odolávaly specifickým podmínkám prostředí. Např:
V kritických aplikacích zvažte použití redundance a bezpečnostních faktorů pro zajištění spolehlivosti. Například navržení pružin tak, aby zvládly zatížení výrazně převyšující maximální očekávané zatížení, může zabránit neočekávaným poruchám.
Pochopení těchto zásad a jejich promyšlené použití při návrhu pružin může vést k vysoce spolehlivým pružinám s dlouhou životností, které jsou přizpůsobeny konkrétním aplikacím.