Potisne (tlačne) opruge: Tehnički vodič
Potisne (tlačne) opruge spadaju među najčešće korištene mašinske elemente. One preuzimaju sile, pohranjuju ih i kontrolisano ih ponovo oslobađaju.
Ovaj vodič donosi pregled načina rada, karakteristika i važnih aspekata koje treba uzeti u obzir pri projektovanju i odabiru ove vrste opruga.
Šta je potisna (tlačna) opruga?
Potisna (tlačna) opruga je cilindrična zavojna opruga koja se pod djelovanjem aksijalnog opterećenja sabija i pri tome pohranjuje mehaničku energiju. U pravilu se izrađuje od okrugle žice konstantnog prečnika i s ravnomjernim korakom namotaja. Tipične primjene nalaze se u mašinstvu, naprimjer u ventilima, steznim uređajima te hidrauličnim i pneumatskim sistemima, zatim u elektrotehnici (prekidači, kontakti), automobilskoj industriji i medicinskoj tehnici, kao i u proizvodima za svakodnevnu upotrebu, poput trampolina ili hemijskih olovaka.
Karakteristike:
- U pravilu konstantna geometrija duž cijele dužine opruge
- Linearna zavisnost sile od pomjeranja
- Glavno opterećenje djeluje duž ose opruge
Završeci opruge, zavisno od izvedbe, mogu biti zatvoreni ili zatvoreni i brušeni. Na taj način osigurava se pravilno prenošenje sile.
Način funkcionisanja potisnih opruga
Potisne opruge se pri upotrebi najčešće ugrađuju prednapregnute na određenu dužinu, nakon čega ostvaruju određeni radni hod.
Odnos sile opruge i njenog hoda naziva se krutost opruge (R) i opisuje njenu krutost, odnosno povećanje sile po milimetru hoda opruge.
Sila opruge (F) = krutost opruge (R) × hod opruge (s)
Kod cilindričnih zavojnih potisnih opruga u pravilu postoji približno linearan odnos između sile i hoda opruge. Opruga se pri tome ponaša proporcionalno: s povećanjem deformacije sila ravnomjerno raste unutar elastičnog radnog područja.
Karakteristike opruge mogu se ciljano prilagoditi konstrukcijom:
- Veći prečnik žice → veća krutost
- Veći prečnik namotaja → manja krutost
- Veći broj namotaja → manja krutost
Ciljanim prilagođavanjem prečnika žice, prečnika namotaja ili razmaka između namotaja mogu se postići i progresivne karakteristike opruge. U tom slučaju krutost opruge raste s povećanjem hoda, tako da opruga tokom opterećenja reaguje sve većom silom.
Vrste opterećenja potisnih opruga
Za optimalnu primjenu potisnih opruga važno je znati koliko često će se određena opruga pomjerati. Na osnovu tih zahtjeva potrebno je pravilno dimenzionisati oprugu.
Pravilno određivanje vrste opterećenja predstavlja ključan preduslov za pouzdano dimenzionisanje i dug vijek trajanja potisnih (tlačnih) opruga.
- Statičko odnosno kvazistatičko opterećenje
Pod ovim se podrazumijevaju mirujuća opterećenja ili opterećenja koja se mijenjaju tokom vremena, s manje od 10.000 ciklusa opterećenja.
- Dinamičko opterećenje
Svi radni ciklusi iznad navedenog broja smatraju se dinamičkim opterećenjima. U tom slučaju posebno je važno odgovarajuće dimenzionisanje u pogledu odabira materijala ili primjene dodatne površinske obrade, kao što je sačmarenje.
Materijali i njihove karakteristike
Naše standardne potisne opruge izrađuju se od patentiranog opružnog čelika, koji odlikuju visoka elastičnost i dobra dinamička izdržljivost, te od nehrđajućeg čelika otpornog na koroziju. Odabir materijala utiče na krutost opruge, vijek trajanja, otpornost na koroziju, kao i na radnu temperaturu pri kojoj opruga može pouzdano funkcionisati.
Specijalni materijali i postupci za povećane zahtjeve
- Posebno termički obrađena opružna žica, tretirana u vakuumu sa zaštitnim plinom, za visoko opterećene opruge
- Inconel ili Hastelloy za primjenu pri višim temperaturama
- Ventilski opružni čelik za veliki broj ciklusa opterećenja
- Nehrđajući čelik V2A ili V4A za primjene koje zahtijevaju visoku otpornost na koroziju, otpornost na morsku vodu ili primjenu u prehrambenoj industriji
Površine i zaštita od korozije
U zavisnosti od zahtjeva i područja primjene, mogu se ponuditi različite površinske obrade:
- Pocinčane, niklovane ili hromirane površine
- Površine s plastičnim premazom
- Cink-lamelni premaz (npr. Delta-Tone): posebno pogodan za čelike visoke čvrstoće; već i mala debljina sloja od približno 7 µm dovoljna je za stvaranje zaštitne barijere protiv korozije
Tipične greške pri dimenzionisanju potisnih opruga
Nedovoljno prostora za odgovarajuću oprugu
Nažalost, često se prvo projektuje cijela konstrukcija, dok se elementu kao što je opruga posvećuje premalo pažnje. Međutim, i oprugama je potrebno osigurati dovoljno prostora kako bi mogle pravilno i efikasno raditi. Zato je važno već pri projektovanju predvidjeti dovoljno prostora za oprugu.
Nedovoljna dinamička izdržljivost
Kod dinamičkog opterećenja može doći do prijevremenog otkaza opruge ako naprezanja ili broj ciklusa opterećenja nisu pravilno uzeti u obzir. Broj ciklusa opterećenja i frekvencija hoda često se potcjenjuju. Pravilno dimenzionisanje i odgovarajući odabir materijala od ključnog su značaja za dug vijek trajanja opruge.
Nedovoljno ili nepravilno vođenje
Vitke potisne opruge sklone su izvijanju, posebno kada je odnos njihove dužine i promjera nepovoljan ili kada je opruga postavljena ukoso i nestabilno. Kako bi se spriječilo izvijanje, opruga se može voditi pomoću trna ili čahure. Pri tome je potrebno izbjeći i premali i preveliki zazor između opruge i elementa za vođenje.
Također je potrebno osigurati stabilnu naležnu površinu i odgovarajuće podmazivanje.Pogrešna karakteristika opruge
Pogrešno odabrana krutost opruge dovodi do toga da djelujuće sile budu ili previsoke ili preniske. Posljedica toga može biti preopterećenje pojedinih komponenti, što povećava rizik od njihovog prijevremenog otkaza. Osim toga, može biti narušena pouzdana funkcija cijelog sistema ili se ona više ne može garantovati.
Standardna opruga ili opruga izrađena po narudžbi?
Mnoge primjene mogu se dobro i efikasno riješiti potisnim oprugama iz našeg programa standardnih opruga. Međutim, tamo gdje su potrebne opruge posebno prilagođene konkretnoj primjeni, iz ekonomskih razloga ne bi trebalo odustati od njihovog korištenja. Na taj način mogu se izbjeći visoki naknadni troškovi uzrokovani neplaniranim zastojima ili dodatnim troškovima održavanja.
Zašto potisne opruge HENNLICH?
Potisne opruge iz HENNLICH programa projektovane su za industrijske zahtjeve i nude značajne prednosti:
Kvalitet u skladu sa standardima
- Izrada prema standardu DIN 2095 (klasa 1)
- Dimenzije prema standardu DIN 2098
- Dodatne međuveličine prilagođene praktičnim zahtjevima
Širok standardni program
- Brza isporuka standardnih opruga prema normama
- Veliki izbor geometrija i dimenzija
Rješenja prilagođena primjeni
- Savjetovanje i dimenzionisanje u skladu s vašim područjem primjene
- Opcionalne obrade kao što su predpostavljanje, sačmarenje ili specijalni premazi
Zaključak
Potisne opruge važni su elementi u brojnim tehničkim primjenama. Njihovo ponašanje može se pouzdano proračunati, ali zahtijeva pažljivo dimenzionisanje uzimajući u obzir geometriju, odabir materijala i uslove primjene.
HENNLICH pruža podršku pri odabiru odgovarajuće potisne opruge:
- od standardnih rješenja
- do visokoučinkovitih potisnih opruga za posebne zahtjeve.
Upoznajte naš asortiman potisnih (tlačnih) opruga
Dostupne u različitim izvedbama!
