Mae ffynhonnau cywasgu yn storio ynni mecanyddol wrth gywasgu ac yn rhyddhau egni mecanyddol pan fydd y llwyth yn cael ei dynnu. Er bod ffynhonnau cywasgu yn cael eu gwneud yn gyffredinol o ddur gwanwyn, gallant hefyd gynnwys carbon, magnesiwm, nicel, cromiwm, tun, copr, twngsten ac alwminiwm.
Mae gwahanol ddeunyddiau yn creu graddau amrywiol o hydwythedd a chynhwysedd storio ynni ar gyfer ffynhonnau cywasgu.
Cynigiodd Robert Hooke fformiwla mor gynnar â 1676 i gyfrifo'r grym a roddir gan sbring, sy'n gymesur â'i ehangiad.
Mae ffynhonnau cywasgu yn ddyfeisiadau mecanyddol sydd wedi'u cynllunio'n benodol i synhwyro llwythi cywasgol echelinol. Fel arfer gallant hefyd ymestyn a chylchdroi i bwynt. Yn gyffredinol, gall ffynhonnau cywasgu storio ynni mecanyddol pan fyddant yn destun llwythi cywasgol. Unwaith y bydd y llwyth yn cael ei dynnu, byddant yn dychwelyd i'w siâp a'u maint gwreiddiol - yn cael anffurfiad elastig.
Mae'r gallu unigryw hwn i storio ynni posibl, ynghyd â'i symlrwydd a'i fforddiadwyedd cymharol, yn gwneud ffynhonnau cywasgu yn werthfawr mewn ystod eang o gymwysiadau. O fotymau bysellfwrdd mecanyddol, matresi a beiros pelbwynt, i ddrylliau tanio ac amsugyddion sioc crog car. Ers y 15fed ganrif, rydym wedi bod yn defnyddio ffynhonnau cywasgu, a defnyddiwyd y gwanwyn cywasgu cyntaf mewn dyfeisiau cloc.
Mathau o sbringiau cywasgu
Gall ffynhonnau cywasgu gael llawer o wahanol siapiau geometrig. Y rhai mwyaf cyffredin yw coiliau neu sbringiau troellog. Mae'r siâp hwn yn fwy poblogaidd na siapiau eraill oherwydd ei fod yn caniatáu ar gyfer cywasgu uchel di-dor ac ehangu i bwynt. Mae hefyd yn ysgafnach oherwydd ei fod yn defnyddio llai o ddeunyddiau i ddiwallu'r angen am amsugno llwythi cywasgol. Yn olaf, mae siâp y gwanwyn coil yn rhoi cysonyn gwanwyn cymharol fawr i'r math hwn (a fydd yn cael ei esbonio'n fanwl yn ddiweddarach).
Rhennir y categori hwn ymhellach yn is-gategorïau, gan gynnwys:
Deunydd y gwanwyn cywasgu
Mae ffynhonnau cywasgu fel arfer yn cael eu gwneud o ddur gwanwyn, sy'n fath o ddur â chryfder cynnyrch uchel. Mae hyn yn caniatáu iddynt gynnal eu siâp, maint a siâp gwreiddiol hyd yn oed pan fyddant yn cael eu dadffurfio i'r eithaf. Felly, mae gan y duroedd hyn le anffurfiad elastig mawr o dan straen. Mae hyn yn digwydd ar y lefel foleciwlaidd, felly mae cyfansoddiad y duroedd hyn yn cael effaith sylweddol ar eu hydwythedd.
Yn gyffredinol, mae dur gwanwyn yn cynnwys carbon a manganîs, yn ogystal â nicel, cromiwm, molybdenwm, tun, fanadiwm, copr, haearn, twngsten, ac alwminiwm. Mae dur gwanwyn yn cael ei ddosbarthu gan yr ASTM swyddogol yn seiliedig ar ei gryfder cynnyrch a'i galedwch, felly gall gwahanol gyfansoddiadau deunydd fod yn addas ar gyfer gwahanol gymwysiadau. Er enghraifft, defnyddir ASTM A228 ar gyfer tannau piano, sy'n cynnwys 0.7% -1% carbon a 0.2% -0.6% manganîs, gydag uchafswm cynnyrch cryfder o 530 megapascals a chryfder tynnol o 400 megapascals.
Nodweddion sbringiau cywasgu
Yn yr adran hon, byddaf yn canolbwyntio ar gyflwyno ffynhonnau coil heb eu torchi, gan mai'r ffynhonnau hyn yw'r ffynhonnau cywasgu a ddefnyddir fwyaf. Mae gan y ffynhonnau hyn nodweddion penodol sydd ag arwyddocâd mawr i'w perfformiad. Mae'r diamedr allanol (D) yn cyfeirio at ddiamedr y silindr a ffurfiwyd gan y gwanwyn pan edrychir arno o'r brig. Mae diamedr y coil yn cyfeirio at drwch (d) y wifren gwanwyn, sydd hefyd yn silindrog. Mae'r hyd rhydd (L) yn cyfeirio at gyfanswm hyd y gwanwyn heb unrhyw gywasgu, tra bod yr helix effeithiol (na) a'r cyfanswm helix (n) yn nifer y coiliau sy'n storio ac yn rhyddhau egni mecanyddol, a nifer y coiliau bws ( mae o leiaf ddau wedi'u neilltuo i ddiwedd/gwaelod y gwanwyn). Priodoledd morffolegol bwysig arall yw cyfeiriad cylchdroi, y gellir ei adael neu'r dde.
Mae'r grym a weithredir gan sbring yn gymesur â'i ehangiad, deddf a gynigiwyd gan Robert Hooke ym 1676, o fewn ychydig flynyddoedd byr i gais y gwanwyn cyntaf. Cyflwynodd Hooke y fformiwla hon i'r byd. "F=- kx", lle F yw grym y sbring, x yw'r pellter ymestyn, a k yw'r cysonyn sbring. Mae pob gwanwyn yn wahanol ac yn cael ei bennu gan y gwneuthurwr trwy arbrofion neu gan y defnyddiwr trwy fformiwlâu. K=Gd4/[83dna]. Fel y soniwyd yn gynharach, mae coiliau casgen a chonig yn ffynhonnau aflinol, felly nid yw cyfraith Hooke yn berthnasol iddynt. Nid yw cyfraith Hooke yn berthnasol i sbringiau sydd eisoes wedi anffurfio neu wedi mynd y tu hwnt i'r terfyn elastig cyffredinol.
Grym gwanwyn cywasgedig llawn
I gyfrifo grym y gwanwyn cywasgedig llawn, gallwn ddefnyddio'r fformiwla hon. Fmax{0}}Ed4 (L-nd)/[16 (1)+ ν) (Dd) 3n]. E yw modwlws Young, d yw diamedr y wifren ddur, L yw'r hyd rhydd, ac n yw nifer yr helices/coiliau effeithiol, ν Cymhareb Poisson yw hwn, a D yw'r diamedr allanol. Mae'n amlwg bod rhai ohonynt yn cael eu pennu gan y dur a ddewisir gan y dylunydd, tra bod eraill yn cael eu pennu gan ffurf, siâp a maint y gwanwyn.
Ystyriaethau dylunio
Wrth ddylunio gwanwyn cywasgu, y peth cyntaf i'w benderfynu yw pa ddeunydd rydych chi am ei ddefnyddio. Yna darganfyddwch y modwlws cneifio (G) a'r cryfder tynnol (TS) o'r tabl data. Mae'r ddau ffactor hyn yn hanfodol ar gyfer pennu canran y straen, er enghraifft, wrth gyfrifo gofynion llwyth (100 * σ/ Cyfrifwch i ba raddau y mae'r sbring wedi'i gywasgu pan fydd llwyth penodol yn cael ei achosi, yn seiliedig ar y cryfder tynnol.
Ystyriaeth bwysig arall yw diamedr y gwanwyn pan gaiff ei gywasgu i'w bwynt uchaf. Mae ffynhonnau cywasgu troellog yn tueddu i gynyddu mewn diamedr yn ystod cywasgu. Felly mae'n bwysig cyfrifo'r ehangiad hwn gan ddefnyddio'r fformiwla "ehangu={sz [(Dd) 2+(p2-d2/π 2)+d] - D}".
Mae mynegai'r sbring yn bwysig, ac mae dylunwyr yn ceisio ei gadw o fewn yr ystod o 4 i 10. Ei ddull cyfrifo yw "C=(Dd/d)", sy'n rhoi cysyniad da o gymhareb y wifren trwch i ddiamedr y gwanwyn. Bydd hyn yn pennu cryfder cyffredinol y gwanwyn (mae llai yn gryfach, ond mae'n haws cywasgu mwy).
