Puristusjouset varastoivat mekaanista energiaa puristuessaan ja vapauttavat mekaanista energiaa, kun kuorma poistetaan. Vaikka puristusjouset on yleensä valmistettu jousiteräksestä, ne voivat sisältää myös hiiltä, magnesiumia, nikkeliä, kromia, tinaa, kuparia, volframia ja alumiinia.
Eri materiaalit luovat puristusjousille vaihtelevan kimmoisuuden ja energian varastointikapasiteetin.
Robert Hooke ehdotti jo vuonna 1676 kaavaa jousen kohdistaman voiman laskemiseksi, joka on verrannollinen sen venymään.
Puristusjouset ovat mekaanisia laitteita, jotka on erityisesti suunniteltu tunnistamaan aksiaaliset puristuskuormat. Ne voivat yleensä myös venyttää ja pyöriä tiettyyn pisteeseen. Yleisesti ottaen puristusjouset voivat varastoida mekaanista energiaa, kun niihin kohdistuu puristuskuormituksia. Kun kuorma on poistettu, ne palautuvat alkuperäiseen muotoonsa ja kokoonsa - läpikäyvät elastista muodonmuutosta.
Tämä ainutlaatuinen kyky varastoida potentiaalista energiaa yhdistettynä suhteellisen yksinkertaisuuteen ja kohtuuhintaisuuteen tekee puristusjousista arvokkaita monissa sovelluksissa. Mekaanisista näppäimistön painikkeista, patjoista ja kuulakärkikynistä ampuma-aseisiin ja auton jousituksen iskunvaimentimiin. 1400-luvulta lähtien olemme käyttäneet puristusjousia, ja ensimmäinen puristusjousi käytettiin kellolaitteissa.
Puristusjousien tyypit
Puristusjousilla voi olla monia erilaisia geometrisia muotoja. Yleisimmät ovat kelat tai kierrejouset. Tämä muoto on suositumpi kuin muut muodot, koska se mahdollistaa saumattoman korkean puristuksen ja laajennuksen tiettyyn pisteeseen. Se on myös kevyempi, koska se käyttää vähemmän materiaaleja puristuskuormituksen vaimentamiseen. Lopuksi kierrejousen muoto antaa tälle tyypille suhteellisen suuren jousivakion (joka selitetään yksityiskohtaisesti myöhemmin).
Tämä luokka on jaettu edelleen alaluokkiin, mukaan lukien:
Puristusjousen materiaali
Puristusjouset on yleensä valmistettu jousiteräksestä, joka on teräslaji, jolla on korkea myötöraja. Tämän ansiosta ne voivat säilyttää alkuperäisen muotonsa, koonsa ja muotonsa jopa äärimmäisen epämuodostuneena. Siksi näillä teräksillä on suuri elastinen muodonmuutostila jännityksen alaisena. Tämä tapahtuu molekyylitasolla, joten näiden terästen koostumuksella on merkittävä vaikutus niiden elastisuuteen.
Yleisesti ottaen jousiteräs sisältää hiiltä ja mangaania sekä nikkeliä, kromia, molybdeeniä, tinaa, vanadiinia, kuparia, rautaa, volframia ja alumiinia. Virallinen ASTM luokitellaan jousiteräksen myötörajan ja kovuuden perusteella, joten eri materiaalikoostumukset voivat sopia erilaisiin käyttötarkoituksiin. Esimerkiksi ASTM A228:aa käytetään pianon kieleissä, jotka sisältävät 0,7 % -1 % hiiltä ja 0,2 % -0,6 % mangaania, maksimaalisella saannolla lujuus 530 megapascalia ja vetolujuus 400 megapascalia.
Puristusjousien ominaisuudet
Tässä osiossa keskityn esittelemään kelaamattomia kierrejousia, koska nämä jouset ovat yleisimmin käytettyjä puristusjousia. Näillä jousilla on tiettyjä ominaisuuksia, joilla on suuri merkitys niiden suorituskyvylle. Ulkohalkaisija (D) viittaa jousen muodostaman sylinterin halkaisijaan ylhäältä katsottuna. Kelan halkaisija viittaa jousilangan paksuuteen (d), joka on myös sylinterimäinen. Vapaa pituus (L) tarkoittaa jousen kokonaispituutta ilman puristusta, kun taas tehollinen heliksi (na) ja kokonaiskierre (n) ovat mekaanista energiaa varastoivien ja vapauttavien kelojen lukumäärää sekä väylän kelojen lukumäärää ( vähintään kaksi on omistettu jousen päähän/pohjaan). Toinen tärkeä morfologinen ominaisuus on pyörimissuunta, joka voi olla vasemmalle tai oikealle.
Jousen kohdistama voima on verrannollinen sen venymään, Robert Hooken vuonna 1676 ehdottama laki muutaman vuoden sisällä ensimmäisen jousen käyttöönotosta. Hook esitteli tämän kaavan maailmalle. "F=- kx", jossa F on jousivoima, x on venytysetäisyys ja k on jousivakio. Jokainen jousi on erilainen ja valmistaja määrittelee kokein tai käyttäjä kaavojen avulla. K=Gd4/[83dna]. Kuten aiemmin mainittiin, piippu- ja kartiokelat ovat epälineaarisia jousia, joten Hooken laki ei päde niihin. Hooken laki ei päde jousiin, jotka ovat jo muuttaneet muotoaan tai ylittäneet yleisen kimmorajan.
Täysin puristetun jousen voima
Täysin puristetun jousen voiman laskemiseksi voimme käyttää tätä kaavaa. Fmax=Ed4 (L-nd)/[16 (1)+ ν) (Dd) 3n]. E on Youngin moduuli, d on teräslangan halkaisija, L on vapaa pituus ja n on tehollisten heliksien/kelojen lukumäärä, ν Se on Poissonin suhde ja D on ulkohalkaisija. On selvää, että osa niistä määräytyy suunnittelijan valitseman teräksen mukaan, kun taas toiset määräytyvät jousen muodon, muodon ja koon mukaan.
Suunnittelussa huomioonotettavia seikkoja
Puristusjousta suunniteltaessa on ensimmäinen asia päättää, mitä materiaalia haluat käyttää. Etsi sitten leikkausmoduuli (G) ja vetolujuus (TS) tietotaulukosta. Nämä kaksi tekijää ovat ratkaisevia määritettäessä jännitysprosenttia, esimerkiksi laskettaessa kuormitusvaatimuksia (100* σ/ Laske vetolujuuden perusteella, kuinka paljon jousi puristuu, kun tietty kuorma indusoituu).
Toinen tärkeä näkökohta on jousen halkaisija puristettuna maksimipisteeseensä. Spiraalipuristusjousilla on taipumus kasvaa halkaisijaltaan puristuksen aikana. Siksi on tärkeää laskea tämä laajennus käyttämällä kaavaa "laajennus={sz [(Dd) 2+(p2-d2/π 2)+d] - D}".
Jousen indeksi on tärkeä, ja suunnittelijat pyrkivät pitämään sen välillä 4-10. Sen laskentamenetelmä on "C=(Dd/d)", joka antaa hyvän käsityksen langan suhteesta. paksuus jousen halkaisijaan. Tämä määrittää jousen kokonaislujuuden (pienempi on vahvempi, mutta suurempi on helpompi puristaa).
