Forår

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 31. maj 2016; checks kræver 27 redigeringer .

Fjeder - et elastisk element af maskiner og forskellige mekanismer, der akkumulerer og giver eller absorberer mekanisk energi .

Historie

Historisk set anses forskellige husholdningspincetter og tøjklemmer , clips, buer og fiskestænger for at være de første elastiske elementer, der bruges af mennesker .

Teori

Generelt princip for drift

Fra klassisk fysiks synspunkt kan en fjeder betragtes som en enhed, der akkumulerer potentiel energi ved at ændre afstanden mellem atomerne i et elastisk materiale.

Snoede metalfjedre omdanner fjederens kompressions-/udvidelsesdeformation til torsionsdeformationen af materialet, hvoraf den er lavet, og omvendt, fjederens torsionsdeformation til metallets træk- og bøjningsdeformation, multiplicerer elasticitetskoefficienten med øge længden af tråden, der modstår ydre påvirkninger. Kompressionsbølgefjedre er som flere serier/parallelle bøjningsfjedre.

Fjedre og definitionen af kraft

Der er ingen konsensusdefinition af " kraft " i fysik. En af de metodisk korrekte (i den forstand, at det ikke fordrejer situationen og ikke skaber en ond cirkel af definitioner ) tilgange er, at det at give en definition erstattes af en præsentation, der ikke er afhængig af nogen love (f.eks. Newtons anden lov) metode til at måle kræfter [1] . Hvis en bestemt fjeder, lavet på en specificeret måde, med dens specifikke forlængelse, erklæres for en kilde til enhedskraft , vil superpositionsprincippet give dig mulighed for at indstille kraftværdier fra 0 til i nærværelse af to "fjedre " placeret i en vinkel , og enhver undersøgt kraft kan måles ved at balancere dens valg gennem variation (hvis flere fjedre er tilgængelige, udvides det tilgængelige område). Det viser sig, at fjedre spiller rollen som et værktøj i fundamentale målinger af kraft. ${\displaystyle \Delta l_{0))$ $F_{0}$ $F_{c}=2F_{0}\cos(\alpha /2)$ $2F_{0}$ $F_{0}$ $\alfa$ $F_{c}$ $\alfa$

Strain-force relation

I elasticitetsteorien fastslår Hookes lov , at strækningen af en elastisk stang er proportional med den kraft, der påføres den, rettet langs dens akse. Det samme gælder som regel for fjedre:

F=k\,\Delta l

hvor er spændingen/kompressionen, og er stivheden. I virkeligheden er denne lov ikke opfyldt nøjagtigt, men kun for små spændinger og kompressioner. Hvis spændingen overstiger en vis grænse ( udbyttestyrke ), forekommer irreversible krænkelser af dets struktur i materialet, og delen ødelægges eller modtager en irreversibel deformation. Mange rigtige materialer har ikke en klart defineret flydespænding, og Hookes lov gælder ikke for dem. I dette tilfælde indstilles en betinget flydespænding for materialet. $\Delta l$ $k$

For de mål, der er beskrevet i det foregående underafsnit, er opfyldelsen eller ikke-opfyldelsen af Hookes lov ikke grundlæggende, kun elasticitetsegenskaben er tilstrækkelig , det vil sige tilbagevenden af fjederen til sin oprindelige tilstand efter fjernelse af den deformerende belastning.

Estimering af stivhedskoefficienten

En snoet cylindrisk tryk- eller forlængelsesfjeder, viklet af en cylindrisk tråd og elastisk deformeret langs aksen, har en stivhedskoefficient

k={\frac {G\cdot d_{{\mathrm {D}}}^{4}}{8\cdot d_{{\mathrm {F}}}^{3}\cdot n}},

hvor: d D er tråddiameteren; d F er viklingsdiameteren (målt fra trådaksen); n er antallet af omdrejninger; : G - forskydningsmodul (for almindeligt stål G ≈ 80 GPa , for kobber ~ 45 GPa ).

Typer af fjedre

I henhold til typen af opfattet belastning :

trykfjedre;
forlængelsesfjedre;
torsionsfjedre;
bøjefjedre.

Trækfjedre - designet til at forlænge længden under belastning. I ubelastet tilstand har de normalt lukkede sving. Der er kroge eller ringe i enderne for at fastgøre fjederen til strukturen.

Kompressionsfjedre - designet til at aftage i længde under belastning. Spolerne af sådanne fjedre rører ikke hinanden uden belastning. Endevindingerne presses mod naboerne og fjederens ender slibes. Lange trykfjedre, for at undgå tab af stabilitet, placeres på dorne eller glas, eller der anvendes mindre bølgefjedre .

I træk-kompressionsfjedre, under påvirkning af en konstant kraft, udsættes spolerne for to typer spændinger: bøjning og torsion .

Bøjefjeder - bruges til at overføre elastiske deformationer med mindre ændringer i de geometriske dimensioner af fjeder- eller fjederpakken (fjedre, belleville-fjedre). De har en række simple former (torsionsstænger, holderinge og skiver, elastiske klemmer, relæelementer, etc.)

Torsionsfjedre - kan være af to typer:

torsion - en torsionsstang (har en længere længde end en snoet fjeder)
snoede fjedre, der arbejder i torsion (som i tøjklemmer , i musefælder og i huller til papirvarer ).

Inden for instrumentering kendes Bourdon-fjederen - en rørfjeder i trykmålere til trykmåling, som spiller rollen som et følsomt element.

Ved design :

snoet cylindrisk ( skrue );
snoet konisk ( støddæmpere );
spiral (i balancen af timer);
flad;
lamellær (for eksempel fjedre );
fadformet;
bølge
torsion ;
væske ;
gas .

Hovedparametre for fjedre

Til snoet cylindrisk og konisk:

antal omgange
spolestigning
Diameteren af ledningen
maksimal belastningskapacitet
lineært forhold mellem deformationen (sætningen) af en fjeder og belastningen på den

Til bølger:

båndsektion
antal omgange
antal bølger pr. omdrejning
hårdhedsfaktor
ultimativ belastning

samt materialers træthedsegenskaber .

Materiale og fremstillingsteknologi

Fjederen kan være lavet af ethvert materiale, der har tilstrækkelig høj styrke og elastiske egenskaber ( stål , plastik , træ , krydsfiner , endda pap ).

Materialet i forskellige gummier har elastiske egenskaber, der ikke kræver at give det en speciel form og bruges ofte i en direkte form, men på grund af mindre definerede egenskaber i præcisionsmaskiner bruges det sjældnere.

Stålfjedre til generelle formål er lavet af stål med højt kulstofindhold (U9A-U12A, 65, 70) legeret med mangan, silicium, vanadium (65G, 60S2A, 65S2VA). Til fjedre, der fungerer i aggressive miljøer, rustfrit stål (12X18H10T), berylliumbronze (BrB-2), silicium-manganbronze (BrKMts3-1), tin-zinkbronze (BrOTs-4-3), titanium og nikkellegeringer, støbejern er brugt.

Mindre fjedre kan vikles af færdig tråd, mens større er lavet af udglødet stål og hærdet efter formning.

Anvendelse af fjedre

En fjeder er et af de mest udbredte elementer i mekanismer, strukturer og enheder. Bruges til at kompensere for dimensionelle unøjagtigheder, slid, vibrationsfjernelse, som en energilagringsenhed, til simpel måling af tryk, vægt, kræfter og accelerationer; stød- og overbelastningsbeskyttelse.

I polstrede møbler og møbelhængsler og elevatorer , i fastgørelsesanordninger , i karabinhager , fjederstifter , fjedervægte , jackhammere , i moderne skinnefastgørelsesanordninger , i koblinger , i urmekanismer, simple mekaniske automater . Hydraulisk udstyr er utænkeligt uden fjedre, elasticitet er nødvendig for betjening af knapper og nøgler til kontrolanordninger, udløsere og sikringer .

I papirvarer

Under konstruktion

De enkleste lukkere uden spjæld til porte og døre til intensiv brug, i et koldt klima til vestibuler .
I returmekanismerne for manuelle persienner , rulleskodder og tunge ledhejseporte .
I retningsventiler på offentlige steder.
I elevatorbuffere .
I bygninger og konstruktioner på ustabil jord, i geologisk aktive områder, som en seismisk bølgedæmper.

I forme og matricer

I støbeforme og matricer bruges trykfjedre med rektangulær trådsektion, de kaldes værktøjsfjedre. På grund af trådens rektangulære tværsnit har fjederen mere stive fjederegenskaber med relativt små dimensioner, hvilket er meget praktisk til at placere dem i forme og matricer.

I skydevåben

hovedfjeder, returfjeder, magasinfjeder
I våbensimulering er airsoft -pistoler fjederbelastede, der almindeligvis bruges til at fremdrive projektilet i fjederstempelrifler.

I konstant kraft mekanismer

Udformningen af mekanismen eller selve fjederen giver en konstant kraft på det lastbærende element i et bestemt bevægelsesområde.

Konstant kraftstøtter til rørledninger
Rullefjedre med konstant kraft eller moment
Rørfittings tætninger
Specificeret belastning for flydende lejer

Se også

Noter

↑ I. Butikov, A. S. Kondratiev. § 16. Kraft er et mål for interaktion // Fysik til dybdegående undersøgelse 1. Mekanik. - S. 88-90.

Litteratur

Referencetabeller for maskindele. - M .: Mashinostroenie , 1956.
Teknisk encyklopædi / L. K. Martens. - M . : Soviet Encyclopedia, 1932. - T. 18. - S. 424-464. — 898 s.
L. E. Andreeva. Elastiske elementer af enheder / V. I. Feodosiev. - M .: Mashinostroenie , 1962. - 456 s.