No ke aha e hoʻopaʻa ʻia ai nā punawai hoʻoluhi lōʻihi?
Pono ʻoe i kahi pūnāwai e hoʻohana i ka ikaika ma kahi lōʻihi, aka, piko a hiolo ma ka aoao malalo o ka ukana. ʻO kēia kūpaʻa, ʻike ʻia ʻo buckling, hiki ke hana i kāu mīkini holoʻokoʻa e hoʻopaʻa a hāʻule paha.
ʻO kahi pūnāwai hoʻopaʻa lōʻihi e paʻa i ka wā i nui loa kona lōʻihi e hoʻohālikelike ʻia i kona anawaena, he pilina i kapa ʻia ka ratio slenderness. Ke kiʻekiʻe kēia ratio, ʻAʻole hiki i ka pūnāwai ke mālama i ke kolamu pololei ma lalo o ka ukana a piʻo ma kahi ʻaoʻao.
Hoʻomanaʻo wau i kahi papahana me kahi mea kūʻai aku nāna i hoʻolālā i kahi ʻōnaehana hoʻopaʻa paʻa no nā pā ʻoihana. Pono lākou i pūnāwai lōʻihi loa e hoʻolei i ka ahu i luna. Ua hoʻohana ko lākou prototype mua i kahi pūnāwai kokoke i hoʻokahi mika ka lōʻihi akā ʻelua wale nō kenimika ke anawaena. I ka wā e kau ai lākou i kahi ukana ma luna, Ua piʻo ka pūnāwai i ke ʻano C a paʻa. Ua manaʻo lākou he pūnāwai ikaika aʻe, akā, ʻoi aku ka ikaika o ka pūnāwai o nā ana like ʻole. The problem wasn't strength; he kūpaʻa. Pono mākou e hoʻolālā hou i ka hui puna a pau e hoʻokomo i kahi lāʻau alakaʻi[^1] e holo ana i waenakonu o ka punawai. ʻO kēia hoʻohui maʻalahi i mālama pono i ka pūnāwai a hoʻopau koke i ka pilikia. It was a classic case of how the geometry of a long spring is often more important than the material it's made from.
He aha ka Slenderness Ratio a no ke aha ia mea?
Ke lohe mau nei oe i ka "ratio slenderness[^ 2]" is the cause of your spring's kuʻi ʻana[^ 3]. But this technical term doesn't help you understand why your spring is unstable or how to fix it.
'Ōlelo ratio slenderness[^ 2] he helu maalahi: the spring's free length (L) puunaueia e kona anawaena wili mean (ʻO D). Inā ʻoi aku kēia ratio ma mua o 4, pilikia ka punawai i ke ku'e. This single number is the most important predictor of a long spring's stability.
'Ōlelo ratio slenderness[^ 2] ʻo ia ka mea mua a mākou e nānā ai i ka wā e koi ai kahi hoʻolālā i kahi punawai lōʻihi. Hāʻawi ia iā mākou i ka wikiwiki, ala hilinaʻi e loiloi i kona kūpaʻa me ka ʻole o ka hoʻāʻo paʻakikī. E noʻonoʻo e hoʻāʻo e kū lōʻihi, mauʻu maloʻo inu ma kona wēlau a kaomi ʻana i lalo—e piʻo koke ia a hāʻule koke. I kēia manawa e ho'āʻo like me kahi pōkole, wide paper cup—it's completely stable. He kiʻekiʻe ko ka mauʻu ratio slenderness[^ 2], ʻoiai he haʻahaʻa loa ke kīʻaha. ʻO nā pūnāwai ke ʻano like. He ratio ma lalo 4:1 (ʻo ia hoʻi, ʻoi aku ka liʻiliʻi o ka lōʻihi ma mua o ʻehā manawa o ke anawaena) aneane paa mau. Ke piʻi nei ka ratio, pela ka pilikia. Ke piʻi ʻoe i luna 8:1, ʻAʻole i kākoʻo pono ʻia ka pūnāwai. Ke alakaʻi nei kēia ratio i kā mākou hoʻolālā holoʻokoʻa holoʻokoʻa no nā punawai lōʻihi.
Assessing Your Spring's Stability
Hōʻike kēia helu maʻalahi iā ʻoe inā loaʻa iā ʻoe kahi pilikia.
- Wahi Paʻa: ʻO ka ratio haʻahaʻa he pōkole a ākea ka puna.
- Wahi Paʻa ʻole: ʻO ka lakio kiʻekiʻe, ʻo ia ka lōʻihi o ka puna a haiki.
| Laki ʻōhiʻi (L/D) | Pilikia Buckling | Hana ʻia |
|---|---|---|
| Malalo 4 | Very Low | ʻAʻohe kākoʻo maʻamau e pono ai. |
| Ma waena 4 a 8 | Haʻahaʻa a kiʻekiʻe | Pono e alakaʻi ʻia ka puna. |
| Maluna 8 | ʻO kekahi | Pono e kākoʻo piha ʻia ka puna e a lāʻau alakaʻi[^1] a hale noho paha. |
| N/A | N/A | No nā pūnāwai e hana ana i loko o kahi lua, kuʻi ʻana[^ 3] ʻaʻole ia he pilikia. |
Pehea ʻoe e pale ai i kahi pūnāwai lōʻihi mai ka hoʻopaʻa ʻana?
You've identified that your long spring has a high ratio slenderness[^ 2] a e kuʻi. I kēia manawa pono ʻoe i kahi hopena kūpono, but you're unsure if you should guide it internally or externally.
E pale aku kuʻi ʻana[^ 3], pono ʻoe e kākoʻo kino i ka pūnāwai e mālama pono. ʻO nā ala ʻelua ʻoi loa ka alakaʻi ʻana iā ia ma kahi koʻokoʻo kūloko[^4] (mandrel) a i ʻole e hoʻopaʻa ʻia i loko o kahi puka kokoke (hale a hale paha).
ʻO ka koho ma waena o kahi koʻokoʻo i loko a me kahi hale o waho e pili ana i kāu hoʻolālā mīkini kikoʻī a me ka kaiapuni. He loko lāʻau alakaʻi[^1] he hopena maʻamau a maikaʻi loa. Holo ia ma waena o ka pūnāwai, e pale ana i ka piko. We just need to make sure there is a small clearance so the spring doesn't rub against the rod, ka mea e hoʻoulu ai i ka hakakā a me ka ʻaʻahu. ʻO ke ala ʻē aʻe, ʻo ia ke kau ʻana i ka puna i loko o ka lua a i ʻole ka paipu. Aia kēia hale i ka pūnāwai piha. He hopena maikaʻi loa kēia inā pono ʻoe e pale i ka pūnāwai mai nā ʻōpala o waho a i ʻole ka pōʻino. Ma na hihia elua, ʻO ke kī, ʻo ka ʻokoʻa ma waena o ka pūnāwai a me ke kākoʻo he liʻiliʻi ia e pale ai i ka buckling akā nui ka nui e ʻae i ka neʻe manuahi.. Hoʻololi nā ʻano ʻelua i kahi mea paʻa ʻole i mea hilinaʻi.
Ke koho ʻana i ke ʻano kākoʻo kūpono
Na kāu noi e hoʻoholo i ke ala maikaʻi loa e hoʻopaʻa i ka pūnāwai.
- Roda Kuloko: Maʻalahi, pono, a hana maikaʻi i ka wā e pono ai ke akaka ka waho o ka pūnāwai.
- Hale Kuwaho: Hāʻawi i ke kākoʻo piha a me ka pale no ka puna.
| Kākoʻo Kākoʻo | wehewehe | Loaʻa | Noonoo |
|---|---|---|---|
| Roda alakai Kuloko | Hoʻokomo ʻia kahi lāʻau ma waena o ka pūnāwai. | Maʻalahi e hoʻokō; allows for open access to the spring's exterior. | Pono ke koʻokoʻo i ikaika ʻaʻole e pio; pono ka ʻae ʻana. |
| Hale Kuwaho/Bore | Ke holo nei ka pūnāwai i loko o kahi paipu a i ʻole puka. | Hāʻawi i ka paʻa kiʻekiʻe; pale i ka puna mai ka lepo a me ka poino. | Hiki ke hana ʻino; pono ke alignment pololei o ka puka. |
| ʻAʻohe Kākoʻo | Ke hana nei ka punawai ma kahi ākea. | He kūpono wale no nā pūnāwai me kahi haʻahaʻa loa ratio slenderness[^ 2] (L/D < 4). | ʻAʻole kahi koho no ka lōʻihi, punawai haiki. |
Hopena
ʻO nā pūnāwai hoʻopaʻa lōʻihi e kuʻi ma muli o kahi kiʻekiʻe ratio slenderness[^ 2]. Ma ka hoʻomaopopo ʻana i kēia kumumanaʻo a me ka hoʻohana ʻana i ke koʻokoʻo alakaʻi a i ʻole ka hale no ke kākoʻo, hiki iā ʻoe ke hōʻoia i ka holo pono ʻana o kāu pūnāwai.
[^1]: E ʻike pehea e hiki ai i ke koʻokoʻo alakaʻi ke hoʻopaʻa i nā punawai lōʻihi a hoʻonui i kā lākou hana.
[^ 2]: E aʻo e pili ana i ka ratio slenderness a me kāna kuleana koʻikoʻi i ka hoʻoholo ʻana i ka paʻa o ka puna a me ka hana.
[^ 3]: E ʻike i nā kumu e alakaʻi ai i ka hoʻopaʻa ʻana i nā pūnāwai a pehea e pale aku ai i kāu mau hoʻolālā.
[^4]: E ʻimi i nā pono o ka hoʻohana ʻana i ke koʻokoʻo i loko e kākoʻo i nā pūnāwai a hoʻomaikaʻi i kā lākou hana.