Pružina je pružné mechanické zařízení, které ukládá energii a vyvíjí sílu při stlačení, natažení nebo zkroucení. Základním principem fungování pružiny je Hookeův zákon, který uvádí, že síla vyvíjená pružinou je úměrná jejímu posunutí. To znamená, že čím více je pružina natažena nebo stlačena, tím větší sílu vynaloží, aby se vrátila do svého původního tvaru. Pružina (lidově nazývaná též pero nebo péro) je strojní součást, která umožňuje v jednom nebo i více směrech elastickou deformaci: působením síly se deformuje, ale když síla přestane působit, vrací se do původního tvaru.
Jejich hlavní funkcí je ukládat mechanickou energii, když jsou deformovány, a pak ji uvolňovat, když se vrátí do původního tvaru. Ve své podstatě jsou pružiny zařízení, která se mohou deformovat pod vnějším zatížením a po odstranění zatížení se vrátí do původního tvaru. Tato vlastnost je známá jako pružnost. Jednou ze základních rolí pružin ve strojírenské konstrukci je jejich schopnost účinně uchovávat a uvolňovat energii. Když se pružina deformuje - ať už je stlačena, natažena nebo zkroucena - ukládá potenciální energii. Tato energie se pak uvolňuje jako kinetická energie, když se pružina vrátí do svého původního tvaru.
Pružiny jsou základními součástmi mechanické konstrukce, které mají zásadní význam pro mechanismy ukládání a uvolňování energie a pro účinné rozložení zatížení a napětí. Jejich konstrukce a funkčnost vyžadují dobrou znalost nauky o materiálech, fyziky a technických principů. S technologickým pokrokem se skromná pružina stále vyvíjí a otevírá nové možnosti pro inovace v mechanické konstrukci.
Typy pružin a jejich charakteristiky
Pod zastřešujícím termínem Listové pružiny je shrnuto mnoho druhů per, které lze použít v nesčetných aplikacích.
- Tlačné pružiny: Tlačné pružiny jsou navrženy tak, aby odolávaly stlačení. Běžně se používají v automobilových závěsných systémech, zdravotnických prostředcích a elektronice. Tyto pružiny se stlačují pod zatížením a roztahují se po uvolnění zatížení, což je činí ideálními pro nárazy, absorpci a skladování energie.
- Tažné pružiny: Tažné pružiny fungují na principu natažení. Po natažení se vrátí do původního tvaru, což je činí užitečnými v aplikacích, jako jsou garážová vrata, trampolíny a výsuvné ohrady. Tyto pružiny ukládají energii natažením a uvolňují ji, když je síla odstraněna.
- Torzní pružiny: Torzní pružiny ukládají mechanickou energii kroucením. Obvykle se používají v zařízeních, která vyžadují rotační pohyb, jako jsou kolíčky na prádlo, otočné dveře a určité typy strojů. Torzní pružiny jsou navrženy tak, aby odolávaly krouticímu momentu a po kroucení se vrátily do původního tvaru.
- Ploché pružiny: Ploché pružiny jsou vyrobeny z plochých, pružných materiálů a obvykle se používají v aplikacích s omezeným prostorem. Běžně se vyskytují v automobilových systémech (například brzdových systémech) a elektronických součástkách, kde je k udržení kontaktu potřeba konstantní síla. Ploché pružiny, také zvané rovné ploché pružiny, se obvykle skládají z pružinové oceli a jsou vyrobeny razicím nebo razicím a ohýbacím strojem. Ploché pružiny se používají všude tam, kde je třeba držet, upevnit nebo připojit součásti - včetně kontaktních systémů pro elektrická spínací zařízení.
- Listové pružiny: Listové pružiny se skládají z jedné nebo více kovových desek, obvykle zakřiveného tvaru, a hojně se používají v systémech odpružení automobilů, zejména v nákladních automobilech a autobusech. Poskytují oporu hmotnosti a přispívají k plynulé jízdě. Listovou pružinu lze v zásadě definovat jako mechanickou pružinu, kterou tvoří pružinová ocel nebo pružinový ocelový plech a jejíž účinek vyplývá z protilehlé síly pružiny během elastické deformace. Absorpcí nebo přenosem sil pod relativně velkou silou deformace umí listové pružiny uložit mechanickou práci jako potenciální energii a uvolnit ji v libovolně volitelném časovém okamžiku.
- Plynové pružiny: Plynové pružiny využívají stlačený plyn k zajištění tlačné síly, která se běžně vyskytuje v kancelářských židlích, kufrech aut a mechanických zvedacích systémech. Tyto pružiny poskytují plynulý přítlak a lze je nastavit, čímž nabízejí vynikající tlumící vlastnosti. Plynové pružiny - vzpěry - pístnice (válce plněné stlačeným dusíkem a olejem), mají až o 75% nižší hmotnost než ocelové pružiny.
- Pneumatické pružiny: Pneumatické pružiny využívají k zajištění pružinové síly stlačený vzduch. Často se používají v těžkých strojích, automatizačních zařízeních a systémech řízení pohybu. Pneumatické pružiny poskytují plynulejší a nastavitelnější výstupní sílu.
- Pružiny s konstantním tahem: Pružiny s konstantním napětím si při natahování udržují konzistentní sílu, což je ideální pro aplikace vyžadující stabilní napětí, jako například v textilních strojích a spínacích zařízeních. Při natahování generují konstantní tlak, čímž zajišťují stabilitu systému.
- Tvarové pružiny: Tvarové pružiny mohou být vyrobeny v jakémkoli tvaru pro libovolnou funkci, kterou chcete. Jedná se o různé konstrukční prvky a prostředky volby, pokud jde o absorpci a přenos sil s relativně velkými deformacemi. Aplikace pro tvarované pružiny jsou téměř nevyčerpatelné. Tvarované pružiny se často používají ve strojírenství, konstrukci vozidel a také v přesném strojírenství a elektrotechnice.
- Kontaktní pružiny: Kontaktní pružiny jsou k dispozici v nekonečném množství variant a designů. Používají se tam, kde je třeba přemostit kontaktní místa, například na kontaktech baterie. Běžně používaný materiál pro kontaktní pružiny je měď berylium (CuBe). Ta se vyznačuje vysokou vodivostí a pevností, stejně jako vynikajícími pružinovými vlastnostmi. Materiál je také samočisticí a odolný vůči vzduchu, ozónu, rozpouštědlům a UV záření.
- Spirálové pružiny: Spirálové pružiny jsou vytvořeny z pružinové oceli a navinuty v rovině archimédské spirály. Konstantní vzdálenost mezi cívkami (a) zabraňuje vzájemnému dotyku jednotlivých cívek a zajišťuje, že pružina funguje s malým třením. Spirálové pružiny jsou použity v konstrukční části takovým způsobem, že jeden konec je spojen s hřídelí a druhý s pouzdrem. Díky svému spirálovitému tvaru jsou velmi vhodné jako vyrovnávací pružiny pro menší úhly otáčení až 360 stupňů.
- Vlnové pružiny: Vlnové pružiny, také nazývané axiální vlnové pružiny nebo vlnové pružiny, jsou vyrobeny ze stočeného plochého drátu. Integrovaná vlna dává komponentě pružinový efekt. S instalační výškou sníženou až o 50 procent ve srovnání s běžnými tlačnými pružinami jsou prostorově úspornou alternativou pro statické až středně dynamické použití. Navzdory snížené celkové výšce mohou vlnové pružiny generovat stejnou sílu jako tlačné pružiny.
- Eliptické pružiny: V minulosti se tyto mírně zakřivené listové pružiny často používaly k zavěšení vozidel. Aby byl zajištěn lepší jízdní komfort, byly pružiny použity ve dvojicích proti sobě. Toto uspořádání v eliptickém tvaru dalo pružině název: Eliptická pružina.
- Parabolické pružiny: Parabolické pružiny se skládají z jednotlivých, parabolických válcovaných vrstev. Ty jsou upraveny podle použití. Tloušťka pružiny se mění podle paraboly. To mu dává geometrický moment setrvačnosti, který je proměnný po celé jeho délce, a tím zajišťuje konstantní rozložení napětí.
- Trapézové pružiny: Všechny listy trapézové pružiny mají konstantní tloušťku a šířku, délky jednotlivých listů naskládaných na sebe se zkracují.
Materiály používané pro výrobu pružin
Materiály zvolené pro výrobu pružin hrají klíčovou roli při určování jejich výkonu a životnosti. Sestavili jsme tabulku s běžně používanými materiály pro výrobu pružin:
Čtěte také: Recenze umělých listů
| Materiál | Vlastnosti | Použití |
|---|---|---|
| Uhlíková ocel | Dobrá pevnost a pružnost, může rezavět | Univerzální pružiny |
| Nerezová ocel | Vynikající odolnost proti korozi | Lékařský, potravinářský, chemický průmysl |
| Legovaná ocel | Pevnější a odolnější než uhlíková ocel | Aplikace s vysokým namáháním |
| Titan | Lehký a odolný proti korozi | Letecké a kosmické aplikace |
| Přírodní nebo syntetická pryž / pružný plast | Pružnost | Různé pružinové aplikace |
| Měď berylium (CuBe) | Vysoká vodivost, pevnost, vynikající pružinové vlastnosti, samočisticí, odolnost vůči prostředí a UV záření | Kontaktní pružiny, EMC stínění |
Výpočty a konstrukce listových pružin
Když je listová pružina nebo plochá pružina upnuta na jedné straně, lze maximální napětí v ohybu, sílu pružiny, průhyb pružiny (průhyb), tloušťku listu pružiny a rychlost pružiny vypočítat. Napětí v ohybu se lineárně zvyšuje s listovou pružinou nebo plochou pružinou upnutou na jedné straně se zvýšením síly v místě působení síly.
S obdélníkovou listovou pružinou (varianta a) je nejvyšší napětí v ohybu, ale pouze v místě upnutí. Obdélníková listová pružina tedy plně využívá své výhody pouze v místě sevření. Naproti tomu lichoběžníková listová pružina (varianta b) má rovnoměrnější ohybové napětí v průřezu. Výsledkem je, že pružinová práce lichoběžníkové listové pružiny je až třikrát lepší než u obdélníkové listové pružiny, v závislosti na velikosti lichoběžníku.
Požadavek stálého napětí při použití nosníku konstantní tloušťky by byl splněn, pokud by pružina při pohledu shora měla tvar lichoběžníku. Všechny listy trapézové pružiny mají konstantní tloušťku a šířku, délky jednotlivých listů naskládaných na sebe se zkracují. Požadavek stálého ohybového napětí po celé délce pružiny lze splnit pomocí proměnné tloušťky listů pružiny. Všechny listy pružiny potom mají konstantní šířku a téměř stejnou délku.
Konstrukčně se jedná o svazek jednotlivých obdélníkových pružin odstupňované délky. Svaz je upevněn v objímce a pojištěn klínem. Konce hlavního listu jsou opatřeny oky pro svorníky závěsů. Tento jev se nazývá HYSTEREZE a díky ní se rozšířilo užívání listových pružnic. Do soustavy vypružení tvořené listovými pružnicemi není třeba řadit tlumící prvky, v tom je hlavní výhoda použití listových pružnic. K zamezení vzájemného příčného posuvu listů je ve středu průřezu listů proválcována na horní straně půlkruhová drážka a na dolní straně pero. Části své délky jsou listy v podélném směru vzájemně vázány vylisovanou bradavkou na spodní straně listu. U pružin starší konstrukce jsou listy proti podélnému posunutí zajištěny nýty. Nýty procházejí buď otvorem ve středu listů.
Hlavní čtyřlistová pružina se skládá z hlavního listu, podpěrného listu. Sekundární pružina je tvořená jedním listem, který začne působit až po určitém zatížení hlavní pružiny (přidáním sekundární pružiny k pružině hlavní výsledná tuhost pružiny vzroste).
Čtěte také: Jak montovat rohovou lištu
Při designu listových pružin je mnoho rozhodnutí, která je třeba učinit s různými typy: od typu pružiny po tvar pružiny, rozměry, upevnění pružiny a pružinovou ocel k možnostem výroby a testování. Pomůcky pro rozhodování jsou hlavně výpočty pro deformační chování a únosnost pružin.
Výroba a dodavatelé
Gutekunst Formfedern vyvíjí a vyrábí jednotlivé produkty Listové pružiny, Ploché pružiny a Tvarové pružiny jako vzorky, prototypy, v malých množstvích a velkých sériích. Jejich sortiment sahá od jednoduchých spirálových a plochých pružin až po složité tvarované a parabolické pružiny, které se přesně přizpůsobují geometrii okolních součástí.
Pružiny mohou být také vyrobeny z pružinového ocelového plechu laserem řezané nebo leptané, pokud má zákazník pouze malé velikosti šarže nebo komponenty s filigránním tvarem. Gutekunst formuje pružiny, vyvíjí a vyrábí jednotlivé typy listových pružin jako např. tvarové pružiny, ploché pružiny, kontaktní pružiny, spirálové pružiny a vlnité pružiny jako vzorky nebo prototypy i v malých množstvích a velkých sériích.
TEVEMA je známá jako přední dodavatel listových pružin v Evropě již od roku 1936. Společnost Tevema je středem světa listových, tvarových a plochých pružin. Díky své funkčnosti se tyto pružiny používají v různých průmyslových odvětvích, například v elektronice a domácích potřebách. Společnost Tevema se specializuje na výrobu malých i velkých sérií listových pružin a zaručuje vysokou přesnost a malé tolerance. Ve společnosti Tevema také chápou důležitost přizpůsobení. Proto mají vlastní nástrojárnu, kde vyrábí speciální nástroje potřebné pro jejich výrobní procesy. To jim v kombinaci s nejmodernějšími drátovými elektroerozivními obráběcími stroji na trhu umožňuje splnit nejvyšší standardy, zejména pokud je vyžadována přesná technologie. Pracují s polotvrdými pružinovými pásy (kalená ocel), případně s tepelným zpracováním po tváření (kalení a popouštění).
Čtěte také: Montáž a vlastnosti MDF lišt
tags: #listové #pružiny #malé #pojezdy #informace