Výběr napínacích a kompresních pružin – přehled / využití / příklady použití

Napínací a kompresní pružiny jsou mechanické součásti, které lze použít v různých průmyslových odvětvích.

Tento článek se věnuje napínacím a kompresním pružinám tím, že poskytuje přehled a ilustruje jejich různá použití ve strojírenství a konstrukci strojů na míru. Výpočet pružin není v tomto blogu diskutován.

Popis napínací pružiny

Napínací pružiny jsou mechanické prvky navržené tak, aby při roztažení vytvářely tahové síly.

Obvykle se skládají z vinutého drátu a mohou být konstruovány tak, aby ukládaly energii a uvolňovaly energii podle potřeby. Napínací pružiny jsou schopné vyvíjet lineární síly ve směru napětí, a jsou proto extrémně užitečné v aplikacích, kde je vyžadován pohyb, síla pružiny a ovládání.

Pro snadné upevnění jsou k dispozici napínací pružiny s háčky nebo napínací pružiny s očkem.

Další aplikace ve strojírenství zahrnují použití napínacích pružin v bezpečnostních spínačích a elektrických obvodech. U bezpečnostních spínačů napínací pružina udržuje spínač v poloze „vypnuto“, dokud není ručně resetován. Napínací pružiny lze použít jako kontaktní nebo spojovací prvky v elektrických obvodech a zařízeních.

Popis kompresních pružin

Kompresní pružiny jsou užitečné v určitých mechanismech pro ovládání pohybu nebo udržování komponent na místě. Například v ovládacích tlačítkách nebo spínačích se používají kompresní pružiny k návratu spínače do jeho původní polohy. U bezpečnostních ventilů zajišťují, že se ventil otevírá pouze za určitého tlaku.

Kompresní pružiny jsou standardizovány v normě DIN 2098.

Výhody kompresních a napínacích pružin

Pružiny mají dlouhou životnost za předpokladu, že jsou správně navrženy pro statické a dynamické zatížení. Kromě toho jsou pružiny charakterizovány jako bezúdržbové. Mohou upravit délku, a proto nemusí být upravovány. Další výhody mohou zahrnovat:

• Absorpce nárazů
• Přesné ovládání
• Jednoduchý design
• Nízká hmotnost
• Relativně vysoká odolnost vůči vlivům prostředí

Pružinový materiál může sloužit rovněž k určitému účelu. Například plastové pružiny jsou obzvláště lehké ve srovnání s ocelovými pružinami a pružiny vyrobené z nerezové oceli nebo titanu jsou odolnější vůči korozi.

Materiál ovlivňuje hlavní vlastnosti pružiny. Plasty jsou lehké a vhodné do vlhkého prostředí a pružiny z titanu jsou vhodné s vysokou rychlostí pružin při nižší hmotnosti. Pružiny z nerezové oceli jsou odolné proti korozi, ale ne tak lehké jako plasty, ale mohou absorbovat vyšší zatížení.

Konstrukce a vlastnosti kompresních a napínacích pružin

Pružiny jsou primárně navrženy na základě maximální síly, pojezdu pružiny, materiálu a konstanty pružiny. Kromě toho hrají roli ve speciálních aplikacích faktory, jako je dostupný instalační prostor nebo charakteristická křivka síly pružiny. Při výběru napínacích a kompresních pružin lze vzít v úvahu následující parametry:

Konstrukce pružiny

Konstrukce pružiny závisí na požadavcích a je založena na požadované pružinové síle, směru pohybu a okolních podmínkách.

Napínací a kompresní pružiny musí být navrženy tak, aby splňovaly očekávané zatížení a požadovanou životnost. Důležitou roli zde hraje rovněž výběr materiálu. Například napínací pružiny vyrobené z nerezové oceli se používají tam, kde je důležitá odolnost proti korozi.

Vnější průměr pružinového vinutí

Vnější průměr pružin je vnější průměr pružinového vinutí nebo pružinového tělesa. Primárně ovlivňuje prostor, který zabírá jaro. Čím větší, tím méně je pružina vhodná pro aplikace s omezeným prostorem, jako je elektronika. Je rovněž třeba sledovat provedení, aby sousední součásti nebyly přetíženy. Vnější průměr rovněž ovlivňuje konstantu pružiny. Čím větší je vnější průměr, tím vyšší je zatížení, tím je pružina absorbována při stejném pojezdu a průměru drátu.

Kónické kompresní pružiny se liší od konvenčních válcových spirálovitých pružin, například díky kuželovému tvaru pružinového vinutí, a mají progresivní pružinovou charakteristiku.

Průměr vodiče vinutí

Průměr drátu je průměr materiálu drátu. Kromě faktorů, které ovlivňují rovněž vnější průměr, má průměr drátu přímý vliv rovněž na pojezd pružiny. Pojezd pružiny je rozdíl mezi volnou délkou a stlačenou nebo nataženou délkou pružiny pod zatížením.

Pružiny s větším průměrem drátu mají obecně menší pojezd pružiny, zatímco pružiny s menším průměrem drátu umožňují větší pojezd pružiny.

Volná délka pružiny

Volná délka označuje délku pružiny na obou koncích bez zatížení. Je to část nákladového prostoru, ve které může pružina efektivně pracovat. Volná délka je výchozím bodem pro výpočet pojezdu pružiny.

Maximální délka napínací pružiny

U napínací pružiny je maximální délka napětí maximální délka, které lze dosáhnout na obou koncích při vyvinutí síly. Maximální délka napětí omezuje pojezd pružiny. Čím delší je maximální délka v tahu se stejným materiálem, průměrem a pevností drátu, tím větší je vstřebatelná zátěž.

Maximální stlačená délka kompresní pružiny

Maximální stlačená délka je nejkratší možná délka kompresní pružiny, která je možná při stlačení při určitém kompresním zatížení bez trvalé deformace nebo selhání kompresní pružiny. Pružina nesmí dosáhnout délky bloku – délky, když se pružinové cívky vzájemně dotýkají. Konstrukce pružiny zohledňuje vyrovnávací paměť pro délku bloku, aby se zabránilo jeho spodku.

Pružinová konstanta pro výpočet spirálovitých spirálových pružin

Konstanta pružiny (nebo rychlost pružiny nebo tuhost pružiny) popisuje, jak moc se spirálová pružina deformuje, když na ni působí určitá síla. Měří se v jednotkách Newton na metr (N/m).

Čím vyšší je pružinová konstanta za konstantních podmínek, tím je:

• vyšší vstřebatelná zátěž,
• nižší pojezd pružiny,
• vyšší rezonanční frekvence,
• větší tlumicí účinek.

V závislosti na aplikaci může být vyžadován vysoký stupeň tuhosti, například za účelem řízení přesných sil nebo pohybů. Pokud dáváte přednost měkčímu odpružení nebo lepšímu tlumení nárazů, lze toho dosáhnout při nižší tuhosti.

Chcete se dozvědět více o výpočtu napínacích pružin a kompresních pružin? Přečtěte si prosím článek Výpočet konstrukce pružin.

Uvolněné napětí spirálových vinutých pružin

Uvolněné napětí je vnitřní napětí spirálové pružiny v neutrální nebo uvolněné poloze předtím, než na ni působí vnější síla. Vyšší uvolněné napětí vede k tužší pružině, zatímco nižší uvolněné napětí vede k flexibilnější pružině.

Příklady použití napínacích pružin jsou například mechanické inženýrství, kde se napínací pružiny používají k zatažení pohyblivých částí zpět do původní polohy. Umožňuje to jejich použití ve zdvihacích nebo polohovacích systémech pro udržení rovnováhy nebo konstantního napětí.

Textilní průmysl používá tažné pružiny v točících se strojích a tkaní. Tam udržují závity pod napětím a zajišťují, aby nit měla správné napětí a byla během výrobního procesu tažena rovnoměrně.

U společnosti MISUMI najdete širokou škálu napínacích a kompresních pružin pro mnoho různých použití.