Mata air mampatan menyimpan tenaga mekanikal apabila dimampatkan dan membebaskan tenaga mekanikal apabila beban dikeluarkan. Walaupun spring mampatan biasanya diperbuat daripada keluli spring, ia juga mungkin mengandungi karbon, magnesium, nikel, kromium, timah, kuprum, tungsten dan aluminium.
Bahan yang berbeza mencipta darjah keanjalan dan kapasiti penyimpanan tenaga yang berbeza untuk spring mampatan.
Robert Hooke mencadangkan formula seawal 1676 untuk mengira daya yang dikenakan oleh spring, yang berkadar dengan pemanjangannya.
Spring mampatan ialah peranti mekanikal yang direka khusus untuk merasakan beban mampatan paksi. Mereka biasanya juga boleh meregang dan berputar ke satu titik. Secara umumnya, mata air mampatan boleh menyimpan tenaga mekanikal apabila tertakluk kepada beban mampatan. Sebaik sahaja beban dikeluarkan, ia akan kembali kepada bentuk dan saiz asal - mengalami ubah bentuk anjal.
Keupayaan unik ini untuk menyimpan tenaga berpotensi, digabungkan dengan kesederhanaan dan kemampuan relatifnya, menjadikan mata air mampatan berharga dalam pelbagai aplikasi. Daripada butang papan kekunci mekanikal, tilam dan pen mata bola, kepada senjata api dan penyerap hentak suspensi kereta. Sejak abad ke-15, kami telah menggunakan spring mampatan, dan spring mampatan pertama digunakan dalam peranti jam.
Jenis mata air mampatan
Mata air mampatan boleh mempunyai banyak bentuk geometri yang berbeza. Yang paling biasa ialah gegelung atau spring spiral. Bentuk ini lebih popular daripada bentuk lain kerana ia membolehkan mampatan tinggi yang lancar dan pengembangan ke satu titik. Ia juga lebih ringan kerana menggunakan bahan yang lebih sedikit untuk memenuhi keperluan untuk menyerap beban mampatan. Akhir sekali, bentuk spring gegelung memberikan jenis pemalar spring yang agak besar (yang akan diterangkan secara terperinci kemudian).
Kategori ini dibahagikan lagi kepada subkategori, termasuk:
Bahan spring mampatan
Spring mampatan biasanya diperbuat daripada keluli spring, iaitu sejenis keluli dengan kekuatan hasil yang tinggi. Ini membolehkan mereka mengekalkan bentuk, saiz dan bentuk asalnya walaupun berubah bentuk secara melampau. Oleh itu, keluli ini mempunyai ruang ubah bentuk elastik yang besar di bawah tekanan. Ini berlaku pada tahap molekul, jadi komposisi keluli ini mempunyai kesan yang ketara ke atas keanjalannya.
Secara umumnya, keluli spring mengandungi karbon dan mangan, serta nikel, kromium, molibdenum, timah, vanadium, tembaga, besi, tungsten dan aluminium. Keluli spring dikelaskan oleh ASTM rasmi berdasarkan kekuatan hasil dan kekerasannya, jadi komposisi bahan yang berbeza boleh sesuai untuk aplikasi yang berbeza. Sebagai contoh, ASTM A228 digunakan untuk rentetan piano, mengandungi 0.7% -1% karbon dan 0.2% -0.6% mangan, dengan hasil maksimum kekuatan 530 megapascals dan kekuatan tegangan 400 megapascals.
Ciri-ciri spring mampatan
Dalam bahagian ini, saya akan menumpukan pada memperkenalkan spring gegelung tidak bergelung, kerana spring ini adalah spring mampatan yang paling banyak digunakan. Mata air ini mempunyai ciri-ciri tertentu yang mempunyai kepentingan yang besar untuk prestasi mereka. Diameter luar (D) merujuk kepada diameter silinder yang dibentuk oleh spring apabila dilihat dari atas. Diameter gegelung merujuk kepada ketebalan (d) wayar spring, yang juga berbentuk silinder. Panjang bebas (L) merujuk kepada jumlah panjang spring tanpa sebarang mampatan, manakala heliks berkesan (na) dan jumlah heliks (n) ialah bilangan gegelung yang menyimpan dan membebaskan tenaga mekanikal, dan bilangan gegelung bas ( sekurang-kurangnya dua dikhaskan untuk hujung/pangkal spring). Satu lagi atribut morfologi yang penting ialah arah putaran, yang boleh ke kiri atau kanan.
Daya yang dikenakan oleh spring adalah berkadar dengan pemanjangannya, undang-undang yang dicadangkan oleh Robert Hooke pada tahun 1676, dalam masa beberapa tahun yang singkat dari penggunaan spring pertama. Hooke memperkenalkan formula ini kepada dunia. "F=- kx", dengan F ialah daya spring, x ialah jarak regangan, dan k ialah pemalar spring. Setiap spring adalah berbeza dan ditentukan oleh pengilang melalui eksperimen atau oleh pengguna melalui formula. K=Gd4/[83dna]. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, gegelung tong dan kon adalah spring tak linear, jadi hukum Hooke tidak terpakai pada mereka. Hukum Hooke tidak terpakai kepada spring yang telah berubah bentuk atau melebihi had keanjalan am.
Daya spring termampat penuh
Untuk mengira daya spring termampat penuh, kita boleh menggunakan formula ini. Fmaks=Ed4 (L-nd)/[16 (1)+ ν) (Dd) 3n]. E ialah modulus Young, d ialah diameter dawai keluli, L ialah panjang bebas, dan n ialah bilangan heliks/gegelung berkesan, ν Ia adalah nisbah Poisson, dan D ialah diameter luar. Adalah jelas bahawa sesetengah daripada mereka ditentukan oleh keluli yang dipilih oleh pereka, manakala yang lain ditentukan oleh bentuk, bentuk, dan saiz spring.
Pertimbangan reka bentuk
Apabila mereka bentuk spring mampatan, perkara pertama yang perlu diputuskan ialah bahan yang ingin anda gunakan. Kemudian cari modulus ricih (G) dan kekuatan tegangan (TS) daripada jadual data. Kedua-dua faktor ini adalah penting untuk menentukan peratusan tegasan, contohnya, semasa mengira keperluan beban (100* σ/ Kira tahap di mana spring dimampatkan apabila beban tertentu teraruh, berdasarkan kekuatan tegangan.
Satu lagi pertimbangan penting ialah diameter spring apabila dimampatkan ke titik maksimumnya. Mata air mampatan lingkaran cenderung meningkat diameter semasa pemampatan. Jadi adalah penting untuk mengira pengembangan ini menggunakan formula "pengembangan={sz [(Dd) 2+(p2-d2/π 2)+d] - D}".
Indeks spring adalah penting dan pereka bentuk cuba mengekalkannya dalam julat 4 hingga 10. Kaedah pengiraannya ialah "C=(Dd/d)", yang memberikan konsep nisbah wayar yang baik. ketebalan kepada diameter spring. Ini akan menentukan kekuatan keseluruhan spring (lebih kecil lebih kuat, tetapi lebih besar lebih mudah untuk dimampatkan).
