Kokie yra paslėpti suspaudimo spyruoklių dizaino iššūkiai?

Sukūrėte suspaudimo spyruoklę su reikiama jėga. Bet testuojant, jis lenkia, pertraukas, arba tiesiog nustoja veikti. Kodėl taip nutinka, kai skaičiavimai atrodo teisingi?

Dažniausiai pasitaikantys paslėpti iššūkiai suspaudžiant spyruoklę yra lenkimas veikiant apkrovai, pritrūksta vietos kelionei (rimtos aukščio problemos), priešlaikinis gedimas dėl didelio streso, ir veikimo pablogėjimas dėl aplinkos veiksnių, tokių kaip karštis ar korozija. Tai suprasdami išvengsite brangių gedimų.

I've seen these issues countless times over my 14 metų pramonėje. Inžinierius atsiunčia man dizainą, kuris puikiai atrodo ant popieriaus, bet iš karto galiu pastebėti problemą, dėl kurios realiame pasaulyje ji žlugs. It's rarely about simple force calculations. Tikrieji iššūkiai yra smulkmenos, kaip pavasaris elgsis esant spaudimui ir laikui bėgant. Let's break down these challenges one by one, kad galėtumėte jų išvengti kitame projekte.

Kodėl jūsų suspaudimo spyruoklė lenkia, o ne suspaudžia?

Jūsų spyruoklė turi atlaikyti didelę apkrovą. Bet kai darai spaudimą, jis nusilenkia į šoną kaip bananas, visiškai neatitinka savo paskirties ir gali sugadinti jūsų gaminį.

Tai vadinama sulenkimu. Taip atsitinka, kai spyruoklė yra per ilga ir plona savo skersmeniui. Laisvo ilgio ir vidutinio skersmens santykis yra kritinis veiksnys, numatantis, ar spyruoklė susvyruos veikiama apkrovos prieš ją visiškai suspaudus..

Prisimenu medicinos prietaisų įmonės projektą. Jie kūrė ilgą, plonas zondas, kuriam reikėjo labai lengvos grįžtamosios spyruoklės. Laisva trukmė baigėsi 80 milimetrų, bet išorinis skersmuo buvo tik 6 milimetrų. Tą akimirką, kai jie įdėjo jį į bandymo įrenginį, tai susisuko. Spyruoklė buvo tiesiog per aukšta ir liesa, kad liktų tiesi. Turėjome dvi galimybes tai išspręsti. Pirma, galėtume padidinti spyruoklės skersmenį, bet tai pakeistų jėgą. Geresnis jų prietaiso sprendimas buvo pridėti kreipiamąjį strypą žemyn spyruoklės centre. Strypas veikė kaip stuburas, neleidžianti spyruoklei pasilenkti į šoną. Tai paprastas pataisymas, bet dažnai nepaisoma pradiniame projektavimo etape.

Lieknumo santykio supratimas

Svarbiausia, kad išvengtumėte sulinkimo, yra lieknumo santykis, kuris yra Laisvasis ilgis (L) padalintas iš vidutinio skersmens (D).

Kas nutinka, kai pavasarį pritrūksta vietos judėti?

Jūsų mechanizmas turi judėti tam tikru atstumu. Bet staiga nutrūksta, ir išgirsti traškantį garsą. Spyruoklė nusileido ir dabar yra tik tvirtas metalo gabalas.

This happens when the required travel is greater than the spring's available deflection before it reaches its solid height. Kietasis aukštis yra spyruoklės ilgis, kai visi ritės liečiasi. Turite sukurti pakankamai buferio vietos, kad to išvengtumėte.

Klasikinis to pavyzdys buvo automobilio klientas, sukūręs naują pirštinių dėžutės skląstį. Jų piešiniai reikalavo spyruoklę suspausti 15 mm. Jų sukurta spyruoklė turėjo tiek aktyvių ritinių, kad būtų galima 15.5 mm kelionės. Ant popieriaus, tai veikė. But they didn't account for manufacturing tolerances of the plastic parts. Kai kurie skląsčiai bandė suspausti spyruoklę 16 mm. Tai privertė spyruoklę į tvirtą aukštį, kurie padarė neįtikėtiną smūginę apkrovą plastikiniam skląsčiui, dėl ko jis sulūžo. Perdarėme spyruoklę su dar keliais aktyvios ritės[^1] ir šiek tiek mažesnio vielos skersmens. Tai suteikė daugiau galimybių keliauti ir sukūrė saugumo ribą, visiškai išspręsti problemą. Niekada neprojektuokite spyruoklės, kad ji veiktų maksimaliai.

Pagrindinės kelionės ir aukščio sąlygos

• Laisvas ilgis: Bendras nesuspaustos spyruoklės ilgis.
• Aktyvios ritės: Ritės, kurios gali laisvai nukreipti veikiant apkrovai.
• Tvirtas aukštis: Spyruoklės ilgis, kai ji visiškai suspausta. Apytikslė formulė yra: (Iš viso ritės) x (Vielos skersmuo).
• Galimos Kelionės: Skirtumas tarp laisvo ilgio ir vientiso aukščio. Jūsų reikalinga kelionė turi būti mažesnė už šį skaičių.

Kodėl spyruoklės lūžta net tada, kai jėga yra tinkama?

Jūsų spyruoklė suteikia tobulą jėgos kiekį, and it doesn't buckle or bottom out. Tačiau vos po kelių tūkstančių bandymų ciklų, tai nutrūksta. Spyruoklė sugenda gerokai anksčiau nei numatomas produkto naudojimo laikas.

Tai yra nuovargio nesėkmė, ir tai sukelia didelis stresas, ne tik didelės jėgos. Kiekvieną kartą, kai spyruoklė susispaudžia, vielos medžiaga yra įtempta. Jei šis stresas yra per didelis, mažyčiai įtrūkimai susidaro ir auga su kiekvienu ciklu iki pavasario lūžimo.

Dirbau prie projekto įmonėje, kuri gamino sunkiasvores pogo lazdas. Pirmieji prototipai žlugo vos po kelių šimtų šuolių. Pavasaris suteikė puikų atšokimą, taigi jėga buvo teisinga, but it couldn't survive the repeated impact. Laido įtempimas buvo per didelis. Originaliame projekte buvo naudojamas standartinis anglinis plienas. Problemą išsprendėme perėję prie didelio tempimo chromo silicio lydinio vielos. Ši medžiaga gali atlaikyti daug didesnį streso lygį milijonus ciklų. Taip pat šiek tiek pakoregavome, kad šiek tiek padidintume vielos skersmenį. Šis derinys sumažino veikimo įtampą iki saugaus lygio, ir naujos spyruoklės galėtų atlaikyti net ir pačius agresyviausius išbandymus. Jėga pasako, kokia stipri dabar yra pavasaris; stresas parodo, kiek jis truks.

Streso valdymas ilgam gyvenimui

Išvada

Suspaudimo spyruoklės projektavimas gerokai viršija jėgą. Turite pagalvoti apie sulenkimą, kelionių apribojimai, ir stengtis sukurti detalę, kuri būtų tikrai patikima realiame pasaulyje.

[^1]: Learn about active coils to optimize your spring's deflection capabilities and performance.