Lò xo kéo dài được thiết kế và sử dụng như thế nào?

Bạn cần một lực kéo đi một quãng đường dài, nhưng lò xo tiêu chuẩn quá ngắn. Liên kết chúng lại với nhau là không an toàn, và sử dụng sai phần có thể khiến toàn bộ hệ thống của bạn bị lỗi.

Lò xo kéo dài là lò xo được thiết kế theo yêu cầu với tỷ lệ chiều dài trên đường kính cao, được thiết kế cho các ứng dụng cần lực căng trên một khoảng cách lớn. Họ yêu cầu sự chú ý đặc biệt đến sự ổn định của vật liệu, tính nhất quán căng thẳng ban đầu, và hướng dẫn tránh vướng víu trong quá trình vận hành.

Trong công việc của tôi, I've seen that you cannot simply "stretch" một thiết kế lò xo tiêu chuẩn để làm cho nó dài hơn. As soon as a spring's body length becomes many times its diameter, hành vi của nó thay đổi hoàn toàn. Nó bắt đầu hoạt động không giống một lò xo cứng mà giống một sợi dây kim loại hơn. Sự thay đổi này đặt ra một loạt thách thức kỹ thuật mới phải được giải quyết để đảm bảo lò xo được an toàn, đáng tin cậy, và thực hiện công việc của mình một cách chính xác trên toàn bộ quãng đường di chuyển của nó.

Điều gì thực sự đủ điều kiện cho một lò xo mở rộng là "Dài"?

Thuật ngữ “dài" có vẻ chủ quan khi nhìn vào lò xo. How do you know if you need a standard spring or if you've crossed the line into a "long spring" thiết kế?

Một lò xo thường được coi là "dài"" khi chiều dài cơ thể của nó lớn hơn mười lần đường kính ngoài của nó (Một 10:1 tỷ lệ). Tỷ lệ cao này là yếu tố chính tạo ra những thách thức thiết kế độc đáo, chẳng hạn như nguy cơ bị rối cao hơn, rung động, và biến dạng dưới tải.

Tôi thường sử dụng cái này 10:1 tỷ lệ làm điểm khởi đầu khi thảo luận về một dự án mới với kỹ sư. Dưới tỷ lệ đó, nguyên tắc thiết kế lò xo tiêu chuẩn thường được áp dụng mà không có vấn đề gì. Nhưng một khi chúng ta vượt qua nó, chúng ta phải bắt đầu suy nghĩ khác đi. Dọc theo, slender spring body can easily get caught on nearby components or even tangle with itself if it's not properly guided. Chúng ta cũng phải xét đến dao động điều hòa. Giống như dây đàn guitar, một lò xo dài có thể dao động ở những tần số nhất định, có thể gây ra mệt mỏi và thất bại sớm. These are problems you just don't see in shorter, lò xo nhỏ gọn hơn.

Không chỉ là chiều dài

Tỷ lệ chiều dài trên đường kính là yếu tố quan trọng quyết định phương pháp kỹ thuật.

• các 10:1 Hướng dẫn: Mặc dù không phải là một quy tắc cứng nhắc, tỷ lệ này là một chuẩn mực được thiết lập tốt trong ngành công nghiệp lò xo. Nó báo hiệu điểm mà sự mất ổn định tiềm tàng trở thành mối quan tâm thiết kế chính.
• Sự ổn định và hướng dẫn: Một lò xo dài thường không thể chịu được trọng lượng của chính nó nếu không bị võng hoặc uốn cong, đặc biệt là khi cài đặt theo chiều ngang. Nó có thể yêu cầu một thanh dẫn hướng chạy qua tâm của nó hoặc một kênh để di chuyển vào bên trong để tránh nó bị vướng vào các bộ phận khác của cụm lắp ráp..
• Rung và sóng hài: Mùa xuân càng dài, tần số tự nhiên của nó càng thấp. Trong máy móc hoạt động ở tốc độ cao, this can lead to resonance, nơi lò xo rung động không thể kiểm soát, dẫn đến hao mòn nhanh chóng.

Tại sao lò xo kéo dài lại khó sản xuất?

You'd think making a long spring is easy—just let the coiling machine run for longer. Nhưng trên thực tế, duy trì chất lượng trong thời gian đó là một thách thức nghiêm trọng.

Việc sản xuất lò xo kéo dài rất khó khăn vì việc duy trì bước và lực căng ban đầu ổn định trên toàn bộ chiều dài là vô cùng khó khăn.. Bất kỳ sự thay đổi nhỏ nào về độ căng dây hoặc tốc độ máy đều được khuếch đại, dẫn đến hiệu suất không nhất quán và các điểm yếu tiềm ẩn trong mùa xuân.

Trên máy cuộn CNC của chúng tôi, mọi phần của quy trình đều được điều khiển bằng máy tính, từ tốc độ cấp dây đến điểm cuộn. Cho một mùa xuân ngắn ngủi, quá trình này kết thúc sau một giây. For a spring that's several feet long, máy phải duy trì tính nhất quán hoàn hảo trong thời gian dài hơn nhiều. Lực căng của dây khi truyền từ ống cuộn dây phải không đổi. Nếu nó chìm xuống dù chỉ một khoảnh khắc, lực căng ban đầu ở phần đó của lò xo sẽ ​​thấp hơn. Nếu nó tăng, các cuộn dây sẽ quá chặt. Những lỗi nhỏ này có thể cộng lại, creating a spring that doesn't pull with a uniform force. Sau khi cuộn, xử lý những lò xo này cũng là một thách thức. Chúng có thể dễ dàng bị kéo căng hoặc rối trước khi được đưa vào lò xử lý nhiệt..

Thử thách của sự nhất quán

Độ chính xác là chìa khóa, and it's much harder to maintain over a greater distance.

• Kiểm soát căng thẳng ban đầu: Đây là lực giữ các cuộn dây lại với nhau. Vào một mùa xuân dài, chúng ta phải đảm bảo lực này đồng đều từ cuộn dây đầu tiên đến cuộn dây cuối cùng. Điều này đòi hỏi cài đặt máy có độ ổn định cao và chất lượng dây ổn định. Lực căng ban đầu không đều có nghĩa là lò xo sẽ ​​không chuyển động trơn tru, kéo tuyến tính.
• Tính đồng nhất của cao độ: Khoảng cách giữa các cuộn dây (sân bóng đá) phải chính xác. Trong một mùa xuân dài, sự thay đổi nhiệt trong dây hoặc máy có thể làm cho cao độ bị lệch, ảnh hưởng đến tốc độ mùa xuân.
• Xử lý và xử lý nhiệt: Dọc theo, mùa xuân nguyên sơ thật tinh tế. Nó phải được vận chuyển cẩn thận đến lò xả stress. Nếu nó bị uốn cong hoặc kéo dài trước khi xử lý nhiệt, khiếm khuyết sẽ được đặt vĩnh viễn vào vật liệu, làm hỏng phần.

Những lò xo cực dài này thực sự được sử dụng ở đâu?

Bạn hiểu những thách thức thiết kế, but where would you actually find a spring that's several feet long? Ứng dụng của chúng phổ biến hơn bạn nghĩ.

Lò xo kéo dài là thành phần quan trọng trong hệ thống đối trọng quy mô lớn. Bạn sẽ tìm thấy chúng trên những cánh cửa lớn trên cao, nắp công nghiệp nặng, máy móc nông nghiệp[^1] như những người đóng kiện cỏ khô, và trong hệ thống giàn dựng sân khấu để nâng và di chuyển các bộ phận sân khấu nặng một cách trơn tru.

Gần đây tôi đã làm việc trong một dự án cho một công ty xây dựng các máy hút lớn cho các nhà hàng. Cái nắp rất nặng, và họ cần một cách để đầu bếp có thể mở nó bằng một tay. Chúng tôi đã thiết kế một cặp lò xo kéo dài chạy dọc theo mặt sau của thiết bị. The springs provided a constant pulling force that perfectly counterbalanced the lid's weight, khiến nó có cảm giác gần như không trọng lượng. Đây là một ứng dụng cổ điển cho lò xo kéo dài: cung cấp một lực cụ thể trên một quãng đường dài để làm cho một vật nặng dễ dàng di chuyển. Bạn cũng thấy chúng được sử dụng làm lò xo hồi vị trên máy ép công nghiệp lớn và làm bộ căng trên hệ thống băng tải trải dài trên khoảng cách xa..

Các ứng dụng yêu cầu phạm vi tiếp cận dài

Những lò xo này giải quyết các vấn đề cần lực trên một khoảng cách đáng kể.

• Hệ thống đối trọng: Công dụng chính của chúng là để bù lại trọng lượng nặng. Điều này bao gồm các cửa công nghiệp lớn, đường dốc truy cập trên xe kéo, bảo vệ máy hạng nặng, và các cửa sổ hoặc cửa sập mở theo chiều dọc. The spring's stored energy does most of the lifting work.
• Thiết bị căng: Trong các hệ thống như băng tải dài hoặc thiết bị nông nghiệp, lò xo kéo dài được sử dụng để duy trì độ căng không đổi, hấp thụ chấn động và giữ cho dây đai hoặc dây chuyền hoạt động trơn tru.
• Cơ chế trả lại: Chúng được sử dụng trên các liên kết cơ khí lớn và robot công nghiệp để đưa các bộ phận về vị trí ban đầu sau một chuyển động dài.

Phần kết luận

Lò xo kéo dài là bộ phận chuyên dụng được xác định bởi tỷ lệ chiều dài trên đường kính cao. Chúng được sử dụng trong các hệ thống đối trọng và căng cần lực trên một khoảng cách dài.

[^1]: Khám phá vai trò quan trọng của lò xo kéo dài trong việc nâng cao hiệu quả của thiết bị nông nghiệp.