สปริงอัดมีกี่แบบ

สปริงอัดจะเก็บพลังงานกลเมื่อถูกบีบอัด และปล่อยพลังงานกลเมื่อถอดโหลดออก แม้ว่าสปริงอัดโดยทั่วไปจะทำจากเหล็กสปริง แต่ก็อาจมีคาร์บอน แมกนีเซียม นิกเกิล โครเมียม ดีบุก ทองแดง ทังสเตน และอลูมิเนียม

วัสดุที่แตกต่างกันทำให้เกิดความยืดหยุ่นและความสามารถในการกักเก็บพลังงานสำหรับสปริงอัดที่แตกต่างกัน

Robert Hooke เสนอสูตรในช่วงต้นปี 1676 เพื่อคำนวณแรงที่กระทำโดยสปริง ซึ่งเป็นสัดส่วนกับการยืดตัวของมัน

สปริงอัดเป็นอุปกรณ์ทางกลที่ออกแบบมาเพื่อรับรู้แรงอัดตามแนวแกนโดยเฉพาะ พวกเขามักจะสามารถยืดและหมุนไปยังจุดหนึ่งได้ โดยทั่วไปแล้ว สปริงอัดสามารถกักเก็บพลังงานกลเมื่ออยู่ภายใต้แรงอัด เมื่อถอดโหลดออก พวกมันจะกลับสู่รูปร่างและขนาดเดิม - อยู่ระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น

ความสามารถพิเศษในการกักเก็บพลังงานศักย์ ผสมผสานกับความเรียบง่ายและความสามารถในการจ่าย ทำให้สปริงอัดมีคุณค่าในการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่ปุ่มคีย์บอร์ดแบบกลไก ที่นอน และปากกาลูกลื่น ไปจนถึงอาวุธปืนและโช้คอัพระบบกันสะเทือนของรถยนต์ ตั้งแต่ศตวรรษที่ 15 เราใช้สปริงอัด และใช้สปริงอัดตัวแรกในอุปกรณ์นาฬิกา

ประเภทของสปริงอัด

สปริงอัดสามารถมีรูปทรงเรขาคณิตได้หลากหลาย ที่พบมากที่สุดคือคอยล์หรือสปริงเกลียว รูปทรงนี้ได้รับความนิยมมากกว่ารูปทรงอื่นๆ เพราะสามารถบีบอัดและขยายจุดได้อย่างไร้รอยต่อ อีกทั้งยังมีน้ำหนักเบากว่าเนื่องจากใช้วัสดุน้อยกว่าเพื่อรองรับความต้องการในการดูดซับแรงอัด สุดท้ายนี้รูปทรงของคอยล์สปริงทำให้สปริงชนิดนี้มีค่าคงที่ค่อนข้างมาก (ซึ่งจะอธิบายรายละเอียดในภายหลัง)

หมวดหมู่นี้ยังแบ่งออกเป็นหมวดหมู่ย่อยเพิ่มเติม ได้แก่:

วัสดุสปริงอัด

สปริงอัดมักทำจากเหล็กสปริงซึ่งเป็นเหล็กชนิดหนึ่งที่มีความแข็งแรงให้ผลผลิตสูง ซึ่งช่วยให้สามารถรักษารูปร่าง ขนาด และรูปร่างเดิมได้ แม้ว่าจะเสียรูปจนสุดขั้วก็ตาม ดังนั้นเหล็กเหล่านี้จึงมีช่องว่างการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นได้มากภายใต้ความเครียด สิ่งนี้เกิดขึ้นในระดับโมเลกุล ดังนั้นองค์ประกอบของเหล็กเหล่านี้จึงมีผลกระทบอย่างมากต่อความยืดหยุ่นของพวกมัน

โดยทั่วไป เหล็กสปริงประกอบด้วยคาร์บอนและแมงกานีส เช่นเดียวกับนิกเกิล โครเมียม โมลิบดีนัม ดีบุก วานาเดียม ทองแดง เหล็ก ทังสเตน และอลูมิเนียม เหล็กสปริงถูกจัดประเภทโดย ASTM อย่างเป็นทางการโดยพิจารณาจากความแข็งแรงและความแข็งของผลผลิต ดังนั้นองค์ประกอบของวัสดุที่แตกต่างกันจึงเหมาะสมกับการใช้งานที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ASTM A228 ใช้สำหรับเครื่องสายเปียโนที่มีคาร์บอน 0.7% -1% และแมงกานีส 0.2% -0.6% โดยมีผลผลิตสูงสุด ความต้านทานแรงดึง 530 เมกะปาสคาล และความต้านทานแรงดึง 400 เมกะปาสคาล

ลักษณะของสปริงอัด

ในส่วนนี้ ผมจะเน้นไปที่การแนะนำคอยล์สปริงแบบไม่คอยล์ เนื่องจากสปริงเหล่านี้เป็นสปริงอัดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด สปริงเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพการทำงาน เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (D) หมายถึงเส้นผ่านศูนย์กลางของกระบอกสูบที่เกิดจากสปริงเมื่อมองจากด้านบน เส้นผ่านศูนย์กลางคอยล์หมายถึงความหนา (d) ของลวดสปริงซึ่งเป็นทรงกระบอกเช่นกัน ความยาวอิสระ (L) หมายถึงความยาวรวมของสปริงโดยไม่มีการบีบอัดใดๆ ในขณะที่เกลียวที่มีประสิทธิภาพ (na) และเกลียวรวม (n) คือจำนวนคอยล์ที่เก็บและปล่อยพลังงานกล และจำนวนคอยล์บัส ( อย่างน้อยสองตัวมีไว้สำหรับปลาย/ฐานของสปริง) คุณลักษณะทางสัณฐานวิทยาที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือทิศทางการหมุนซึ่งสามารถไปทางซ้ายหรือขวาได้

แรงที่กระทำโดยสปริงจะเป็นสัดส่วนกับการยืดตัวของมัน ซึ่งเป็นกฎที่เสนอโดยโรเบิร์ต ฮุคในปี ค.ศ. 1676 ภายในเวลาไม่กี่ปีนับจากการใช้สปริงแรก ฮุคแนะนำสูตรนี้ให้โลกได้รับรู้ "F=- kx" โดยที่ F คือแรงสปริง x คือระยะยืด และ k คือค่าคงที่สปริง สปริงแต่ละอันมีความแตกต่างและกำหนดโดยผู้ผลิตผ่านการทดลองหรือโดยผู้ใช้ผ่านสูตร เค=Gd4/[83dna] ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น คอยล์แบบบาร์เรลและทรงกรวยเป็นสปริงแบบไม่เชิงเส้น ดังนั้นกฎของฮุคจึงใช้ไม่ได้กับสปริงเหล่านี้ กฎของฮุคใช้ไม่ได้กับสปริงที่เสียรูปหรือเกินขีดจำกัดความยืดหยุ่นทั่วไปแล้ว

พลังแห่งสปริงอัดเต็มที่

ในการคำนวณแรงของสปริงอัดเต็มที่ เราสามารถใช้สูตรนี้ได้ Fmax=Ed4 (L-nd)/[16 (1)+ ν) (Dd) 3n] E คือโมดูลัสของ Young, d คือเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวดเหล็ก, L คือความยาวอิสระ และ n คือจำนวนเอนริเก้/คอยล์ที่มีประสิทธิผล ν คืออัตราส่วนของปัวซอง และ D คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก เห็นได้ชัดว่าบางส่วนถูกกำหนดโดยเหล็กกล้าที่นักออกแบบเลือก ในขณะที่บางชนิดถูกกำหนดโดยรูปทรง รูปร่าง และขนาดของสปริง

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ

เมื่อออกแบบสปริงอัด สิ่งแรกที่ต้องตัดสินใจคือคุณต้องการใช้วัสดุชนิดใด จากนั้นหาโมดูลัสแรงเฉือน (G) และความต้านทานแรงดึง (TS) จากตารางข้อมูล ปัจจัยทั้งสองนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดเปอร์เซ็นต์ของความเค้น เช่น เมื่อคำนวณความต้องการโหลด (100* σ/ คำนวณระดับที่สปริงถูกบีบอัดเมื่อมีการเหนี่ยวนำให้เกิดโหลดบางอย่าง โดยขึ้นอยู่กับความต้านทานแรงดึง

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือเส้นผ่านศูนย์กลางของสปริงเมื่อถูกบีบอัดจนถึงจุดสูงสุด สปริงอัดแบบเกลียวมีแนวโน้มที่จะเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่างการบีบอัด ดังนั้น การคำนวณส่วนขยายนี้จึงเป็นสิ่งสำคัญโดยใช้สูตร "ส่วนขยาย={sz [(Dd) 2+(p2-d2/π 2)+d] - D}"

ดัชนีของสปริงมีความสำคัญ และผู้ออกแบบพยายามรักษาให้อยู่ในช่วง 4 ถึง 10 วิธีการคำนวณคือ "C=(Dd/d)" ซึ่งให้แนวคิดที่ดีเกี่ยวกับอัตราส่วนของเส้นลวด ความหนาถึงเส้นผ่านศูนย์กลางสปริง สิ่งนี้จะเป็นตัวกำหนดความแข็งแรงโดยรวมของสปริง (เล็กกว่ายิ่งแข็งแรง แต่ใหญ่กว่าจะบีบอัดได้ง่ายกว่า)