A nyomórugók összenyomva tárolják a mechanikai energiát, és a terhelés eltávolításakor mechanikai energiát bocsátanak ki. Bár a nyomórugók általában rugóacélból készülnek, tartalmazhatnak szenet, magnéziumot, nikkelt, krómot, ónt, rezet, volfrámot és alumíniumot is.
A különböző anyagok különböző fokú rugalmasságot és energiatároló kapacitást biztosítanak a nyomórugók számára.
Robert Hooke már 1676-ban egy képletet javasolt a rugó által kifejtett erő kiszámítására, amely arányos a nyúlásával.
A nyomórugók mechanikus eszközök, amelyeket kifejezetten az axiális nyomóterhelés érzékelésére terveztek. Általában ki is tudnak nyúlni és egy pontig elforgatni. Általánosságban elmondható, hogy a nyomórugók mechanikai energiát tárolhatnak, ha nyomó terhelésnek vannak kitéve. A terhelés eltávolítása után visszaállnak eredeti formájukba és méretükbe – rugalmas deformáción mennek keresztül.
Ez az egyedülálló potenciális energia tárolási képesség, viszonylagos egyszerűségével és megfizethetőségével párosulva a nyomórugókat az alkalmazások széles körében értékessé teszi. A mechanikus billentyűzet gomboktól, matracoktól és golyóstollaktól a lőfegyverekig és az autós felfüggesztés lengéscsillapítóiig. A 15. század óta használunk nyomórugókat, az első nyomórugót pedig az óraberendezésekben használták.
A nyomórugók típusai
A nyomórugóknak sokféle geometriai alakja lehet. A leggyakoribbak a tekercsek vagy spirálrugók. Ez a forma népszerűbb, mint más formák, mert lehetővé teszi a zökkenőmentes nagy tömörítést és kiterjesztést egy pontig. Könnyebb is, mert kevesebb anyagot használ fel a nyomó terhelések elnyelésére. Végül a tekercsrugó alakja viszonylag nagy rugóállandót ad ennek a típusnak (amit később részletesen kifejtünk).
Ez a kategória további alkategóriákra oszlik, beleértve:
Nyomórugó anyaga
A nyomórugók általában rugóacélból készülnek, amely egy nagy folyáshatárú acélfajta. Ez lehetővé teszi számukra, hogy megőrizzék eredeti alakjukat, méretüket és alakjukat, még akkor is, ha a szélsőséges deformációt okozzák. Emiatt ezeknek az acéloknak feszültség hatására nagy rugalmas alakváltozási tere van. Ez molekuláris szinten történik, így ezen acélok összetétele jelentősen befolyásolja rugalmasságukat.
Általánosságban elmondható, hogy a rugóacél szenet és mangánt, valamint nikkelt, krómot, molibdént, ónt, vanádiumot, rezet, vasat, volfrámot és alumíniumot tartalmaz. A rugós acélt a hivatalos ASTM osztályozza folyáshatára és keménysége alapján, így különböző anyagösszetételek lehetnek alkalmasak különböző alkalmazásokra. Például az ASTM A228 zongorahúrokhoz használatos, amelyek 0,7% -1% szenet és 0,2% -0,6% mangánt tartalmaznak, maximális hozammal szilárdsága 530 megapascal és szakítószilárdsága 400 megapascal.
A nyomórugók jellemzői
Ebben a részben a tekercs nélküli tekercsrugók bemutatására fogok összpontosítani, mivel ezek a rugók a legszélesebb körben használt nyomórugók. Ezek a rugók bizonyos jellemzőkkel rendelkeznek, amelyek nagy jelentőséggel bírnak a teljesítményük szempontjából. A külső átmérő (D) a rugó által alkotott henger átmérőjét jelenti felülről nézve. A tekercs átmérője a rugóhuzal vastagságára (d) vonatkozik, amely szintén hengeres. A szabad hossz (L) a rugó teljes hosszát jelenti összenyomás nélkül, míg az effektív hélix (na) és a teljes hélix (n) a mechanikai energiát tároló és kibocsátó tekercsek száma, valamint a busztekercsek száma ( legalább kettőt a rugó végére/alapjára szentelnek). Egy másik fontos morfológiai tulajdonság a forgásirány, amely lehet balra vagy jobbra.
A rugó által kifejtett erő arányos a megnyúlásával, ezt a törvényt Robert Hooke javasolta 1676-ban, az első rugó alkalmazásától számított néhány éven belül. Hooke bemutatta ezt a formulát a világnak. "F=- kx", ahol F a rugóerő, x a nyújtási távolság és k a rugóállandó. Minden rugó más és más, és a gyártó határozza meg kísérletekkel vagy a felhasználó képletek segítségével. K=Gd4/[83dna]. Mint korábban említettük, a hordó és a kúpos tekercs nemlineáris rugók, így a Hooke-törvény nem vonatkozik rájuk. A Hooke-törvény nem vonatkozik azokra a rugókra, amelyek már deformálódtak vagy meghaladták az általános rugalmassági határt.
A teljesen összenyomott rugó ereje
A teljesen összenyomott rugó erejének kiszámításához ezt a képletet használhatjuk. Fmax=Ed4 (L-nd)/[16 (1)+ ν) (Dd) 3n]. E a Young-modulus, d az acélhuzal átmérője, L a szabad hossza, és n az effektív hélixek/tekercsek száma, ν Ez a Poisson-féle arány, és D a külső átmérő. Nyilvánvaló, hogy ezek egy részét a tervező által választott acél, míg másokat a rugó formája, alakja és mérete határozza meg.
Tervezési szempontok
Nyomórugó tervezésekor először azt kell eldönteni, hogy milyen anyagot kíván használni. Ezután keresse meg az adattáblázatból a nyírási modulust (G) és a szakítószilárdságot (TS). Ez a két tényező döntő fontosságú a feszültség százalékos arányának meghatározásában, például a terhelési követelmények kiszámításakor (100* σ/ A szakítószilárdság alapján számítsa ki, hogy a rugó milyen mértékben összenyomódik egy bizonyos terhelés előidézésekor).
Egy másik fontos szempont a rugó átmérője a maximális pontra összenyomva. A spirális nyomórugók átmérője hajlamos megnövekedni az összenyomás során. Ezért fontos ezt a kiterjesztést az "expanzió={sz [(Dd) 2+(p2-d2/π 2)+d] - D}" képlet segítségével kiszámítani.
A rugó indexe fontos, és a tervezők igyekeznek 4 és 10 között tartani. Számítási módszere a "C=(Dd/d)", amely jó képet ad a huzalok arányáról vastagság a rugó átmérőjéig. Ez határozza meg a rugó teljes szilárdságát (a kisebb az erősebb, de a nagyobb annál könnyebben összenyomható).
