Překládáme náš obchod do češtiny!
Protože však máme mnoho produktů a stránek, bude to nějakou dobu trvat. Mezitím bude náš katalog produktů k dispozici v angličtině. Děkujeme vám za trpělivost!
Výpočty konstrukce pružin
Pružiny jsou mechanické komponenty, které dokáží ukládat a dodávat energii napětí vytvořenou prací použitou k napínání, prodlužování nebo stlačování pružiny ve formě deformační nebo napínací energie. Používají se v mnoha aplikacích a lze je najít v malých elektronických součástech i ve velkých průmyslových strojích. Aby pružina plnila svou funkci, musí být správně navržena. Za tímto účelem jsou počítány parametry, jako je tuhost pružiny a pojezd pružiny.
Typy pružin
Existují různé typy pružin, které se liší funkcí a vzhledem.
Pružiny se odlišují podle zátěže a tvaru. Mezi nejběžnější typy patří:
Tvary pružin:
- Vinuté pružiny: Vinuté pružiny mají šroubovitý tvar. Může se jednat o napínací pružiny, kompresní pružiny nebo torzní pružiny. Mohou mít konstantní pružinovou sílu při delším pojezdu.
- Listové pružiny: Listové pružiny se skládají z několika kovových pásků, které jsou vzájemně spojeny. Dokážou absorbovat velké zatížení po delší dobu.
- Diskové pružiny: Diskové pružiny se skládají z jednoho nebo více soustředných disků nebo destiček. Absorbují axiální zatížení a jsou stlačeny.
Pružinové zátěže:
- Kompresní pružiny: Kompresní pružiny jsou stlačeny tlakovým zatížením (kompresivní silou). Jsou válcové nebo kónické.
- Napínací pružiny: Napínací pružiny se rozpínají pod tahovým zatížením. Mohou být například rovné, kónické nebo spirálovité.
- Torzní pružiny (také pružiny nohou): Torzní pružiny se otáčejí, když na ně působí točivý moment. Mají lineární nebo nelineární torzní tuhost.
- Ohýbací pružiny: Ohýbací pružiny jsou schopny absorbovat ohýbací zatížení, což vytváří pružinový efekt.
Další informace o výběru napínacích a kompresních pružin – přehled / použití / příklady použití naleznete zde.
Výpočet pružin
Aby bylo možné vypočítat a navrhnout pružiny, měly by být v prvním kroku stanoveny nebo známy parametry, jako je rychlost pružiny, tuhost pružiny a síla pružiny. Vymršťovací sílu pružiny, resp. tuhost pružiny lze například vypočítat.
Předběžné aspekty pro výpočet pružiny a konstrukci pružiny
Před výpočtem nebo návrhem pružiny je třeba stanovit několik důležitých požadavků a specifikací, například:
- Požadavky na zatížení, např. maximální zatížení, typ zatížení (komprese, napětí, torze), frekvence a pracovní cyklus typu zatížení
- Provozní prostředí a provozní podmínky, např. teplota, riziko koroze, vlhkost a stupeň kontaminace
- Tlumení a absorpce vibrací, např. potřeba tlumicích prvků
- Omezení prostoru a instalace, např. rozměry pružiny, konstrukce geometrie a konců cívky
Nákladově efektivní automatizace primárně využívá napínací a kompresní pružiny.
Parametry pro výpočet pružin
Před výpočtem kompresních pružin, napínacích pružin atd. musí být nejprve známy následující parametry:
Pro napínací pružinu jako příklad
- Jaká síla (F) bude vyvíjena na pružinu? Jaká volná délka (L0) a pružinový zdvih (X) jsou k dispozici?
- Má být pružina vybavena napínacími oky, nebo jsou zapotřebí další napínací oka? A jaký vliv mají další napínací oka na délku?
- Hraje roli vnitřní průměr (D) pružiny a/nebo průměr drátu (d)?
- Hraje v aplikaci roli mrtvá hmotnost pružiny a jaký prostor je k dispozici pro případnou výměnu pružiny
- Musí být oka uspořádána se stejnou orientací nebo otočena o 90°?
Výpočet síly pružiny pomocí vzorce síly pružiny
Vymršťovací síla, také nazývaná upínací síla, je síla vytvářená pružinou, když je natažena nebo stlačena, na základě její tuhosti neboli tuhosti pružiny. Tato síla má za cíl vrátit pružinu do původního tvaru nebo polohy. Výpočet se obvykle provádí pomocí pružinového vzorce, který se také nazývá Hookeův zákon. Hookeův zákon popisuje lineární vztah mezi silou (F) vyvinutou na elastické tělo a výsledným prodloužením nebo stlačením (Δx) tohoto těla v elastické oblasti materiálu:
Kde:
- F = Síla pružiny, měřená v Newtonech (N)
- k = Tuhost pružiny se měří v jednotkách jako N/m (Newton na metr)
- Δx = Pojezd pružiny, prodloužení (pro napínací pružiny) nebo stlačení (pro kompresní pružiny) pružiny, měřeno v metrech (m).
F = k \times \Delta x
Jaké je počáteční napětí napínací pružiny?
Počáteční napětí (Pi), někdy také nazývané předpětí sestavy, je definováno jako napětí (síla v N) potřebné k tomu, aby pružina vykazovala změnu délky deformací.
Tuhost pružiny a pojezd pružiny (prodloužení nebo stlačení) lze přečíst z technických specifikací a údajů výrobce nebo jsou vypočítány následovně.
Výpočet tuhosti pružiny pomocí vzorce síly pružiny
Tuhost pružiny, často označovaná jako síla pružiny, je jedním ze základních parametrů pružiny. Ukazuje, kolik síly je zapotřebí k deformaci pružiny v určité vzdálenosti.
k = \frac{F}{\Delta x}
Čím větší je tuhost pružiny, tím tužší je pružina. Velká tuhost pružiny znamená, že k deformaci pružiny je zapotřebí relativně vysoká síla, zatímco pružiny s malou tuhostí pružiny jsou snadněji deformovány.
Výpočet celkové tuhosti pružiny pro více pružin
Ve skutečnosti je jedna pružina instalována jen zřídka. Místo toho je několik pružin obvykle instalováno postupně nebo vedle sebe. Jak se v těchto případech vypočítává tuhost pružiny? Ve všech případech musí být stanovena celková tuhost pružiny.
Pokud je v sérii připojeno několik pružin (in-line konfigurace), vypočítá se celková tuhost pružiny následovně:
\frac{1}{k_{ges}} = \frac{1}{k_{1}} + \frac{1}{k_{2}} + ..
Pokud je vedle sebe nainstalováno několik pružin (paralelní konfigurace), vypočítá se celková tuhost pružiny následovně:
k_{ges} = k_{1} + k_{2} + ..
Bezpečnostní aspekty
Aby nedošlo k selhání pružiny, pružina by neměla být zatížena nad jmenovité napětí. Jmenovité napětí závisí na materiálu pružiny. Například u pružinové oceli se jmenovité napětí pohybuje od 550 MPa (megapascal) do 800 MPa, v závislosti na slitině a temperování. U pružin z nerezové oceli je jmenovité napětí mezi 500 MPa a 700 MPa.
Životnost a únava
Pružina se může časem unavit, zejména pokud je často pod zatížením a uvolňována. Proto je důležité vzít v úvahu životnost pružiny za podmínek zatížení.
| Verze | Nákres | Materiál: JIS-SWP-A |
Materiál: EN 1.4301 (WPB) Equiv. |
Rozsah zatížení – maximální nosnost série (Materiál JIS-SWP-A) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Číslo dílu | z | až | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Velmi nízká zátěž |  |
AWA | AUA | 0.69 | 19.6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| pro nízkou nosnost | |
AWY BWY |
AUY BUY |
1.86 | 78.45 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nízká/střední zátěž | |
AWU BWU |
AUU BUU |
2.45 | 98.07 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Střední nosnost | |
AWS BWS |
AUS BUSS |
3.53 | 225.55 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Střední/vysoká zátěž | |
AWF | - | 6.47 | 83.36 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Vysoká nosnost | |
AWT BWT |
AUT BUT |
8.8 | 430.51 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Konfigurovatelné | |
WFSP BWFSP |
UFSP BUFSP |
2.37 (při L = 50 mm) |
156 (při L = 50 mm) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dlouhé bez očka |  |
LWS | LUS | - | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Doporučení pro pružiny MISUMI
MISUMI nabízí širokou škálu pružin, jako jsou napínací pružiny a kulaté vinuté pružiny. Vinuté pružiny jsou navrženy tak, aby maximální zatížení udržovaly na stejném průměru. Doporučujeme používat pružiny v rámci přípustného vychýlení, aby byla zajištěna funkčnost a tvar a byla dosažena očekávaná životnost. Pružiny se doporučují při normálních okolních teplotách (40 °C nebo méně). Hodnoty zatížení se sníží nad 40 °C. Tento teplotní rozsah se předpokládá také pro kulaté vinuté pružiny MISUMI.
