Εκτύπωση  Αποστολή TΟ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ ΓΙΑ ΤΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟ ΤΗΣ ΣΥΓΧΡΟΝΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ
ΤΕΥΧΟΣ ΜΑΙΟΥ
Κυκλοφορεί
ΤΕΥΧΟΣ ΜΑΙΟΥ
Αρχείο περιοδικών
 
 
 Αρχική Σελίδα
 Επικαιρότητα
Τεχνικά Άρθρα
 Γραμμή Παραγωγής
 Θέσεις
 Ατζέντα
 Ταυτότητα
 Χρήσιμα links
 Επικοινωνία
   
Γίνε συνδρομητής!  
 

στο διαδίκτυο
στο site
 
 
 
Δυναμικές λύσεις από τα ελατήρια
 


Του Γιώργου Μαλιώτη

Το ελατήριο είναι ένα πολύ ελαστικό στοιχείο κατασκευής το οποίο ως αποταμιευτής ενέργειας μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε δυναμική και αντιστρόφως. Έτσι διαγράφεται μια ευρεία περιοχή εφαρμογής του ελατηρίου σαν στοιχείου μηχανής και φορέα κίνησης. Το ελατήριο λοιπόν μπορεί να λειτουργεί είτε σαν αποταμιευτής έργου (π.χ. τεταμένο ελατήριο), είτε σαν μειωτής κρούσεων (π.χ. ελατήρια μεταξύ οχημάτων δια παραλαβή κρούσεων είτε σαν ταλαντωτής ( π.χ. ελατήρια βαλβίδων).

Στα ελατήρια που ενεργούν σαν «αποταμιευτές έργου» ένα μηχανικό έργο που προσφέρεται εξωτερικά στο μηχανικό σύστημα μέσα στο οποίο είναι ενταγμένο το ελατήριο αποταμιεύεται για όσο χρόνο είναι αναγκαίο με βάση τη λειτουργία του μηχανικού συστήματος υπό μορφή δυναμικής ενέργειας μέχρις ότου γίνει η χαλάρωση (π.χ. ελατήρια συμπλεκτών, ωρολογίων, τυμπάνων τυλίξεως κ.λ.π.). Στα ελατήρια που ενεργούν σαν «μειωτές κρούσεων» η ενέργεια της κρουστικής δύναμης παραλαμβάνεται από τα ελατήρια, αποσβένεται σταδιακά και στο τέλος εκμηδενίζεται.

Τα ελατήρια που ενεργούν σαν «ταλαντωτές» υπόκεινται σε περιοδικά μεταβαλλόμενες συνθήκες κινήσεως οι οποίες προκαλούνται από μια ενεργούσης μια δύναμη που εφαρμόζεται συνεχώς στο μηχανικό σύστημα στο οποίο είναι ενταγμένο το ελατήριο και η οποία μεταβάλλεται περιοδικά μεταξύ μιας μέγιστης και μιας ελάχιστης τιμής. Στα ελατήρια αυτά η κίνηση του ελατηρίου προσαρμόζεται προς την εξαναγκασμένη ταλάντωση, μοιάζει δε με την κίνηση εκκρεμούς όπου με τον ρυθμό της ταλαντώσεως επιτελείται περιοδική μετατροπή ενέργειας (από κινητική σε δυναμική ενέργεια).

Χαρακτηριστικές ειδικές εφαρμογές των ελατηρίων αφορούν στην κατανομή δυνάμεων σε διάφορα δυναμικά συστήματα (φόρτιση τροχών οχημάτων), στον περιορισμό φόρτισης άλλων συστημάτων (πρέσες), στη μέτρηση δυνάμεων (δυναμόμετρα), στη ρύθμιση αυτών, κ.λ.π.

Υλικά ελατηρίων

Επειδή σε ένα ελατήριο το απορροφούμενο έργο αυξάνει με το τετράγωνο της επιτρεπόμενης τάσεως (η οποία αναφέρεται στο υλικό κα τον τύπο του ελατηρίου), είναι επιθυμητό για τα υλικά να έχουν υψηλή αντοχή, ιδίως σε υψηλά όρια ροής. Αυτό οφείλεται στο ότι εάν η καταπόνηση υπερβεί το όριο ροής παρουσιάζεται ο κίνδυνος το ελατήριο να κατακάτσει. Επίσης η εναλλασσόμενη αντοχή πρέπει να είναι υψηλή λόγω του κινδύνου της δυναμικής θραύσης.

Γενικά θα πρέπει η περιοχή της μέγιστης φορτίσεως να βρίσκεται κάτω από το όριο ελαστικότητας σΕ, ώστε οι τυχαίες διακυμάνσεις φορτίσεως να υπερκαλύπτονται από μια περιοχή ασφαλείας. Για τα χαλύβδινα ελατήρια χρησιμοποιούνται ειδικοί χάλυβες των οποίων οι μηχανικές ιδιότητες αυξάνουν σημαντικά με ειδική θερμική κατεργασία. Μετά την βαφή εκλέγεται κατάλληλα η θερμοκρασία επαναφοράς, η επιφάνεια λειαίνεται ώστε να είναι τελείως ομαλή και με συμπίεση σταθεροποιείται. Για παράδειγμα για την κατασκευή οχημάτων διακρίνονται οι παρακάτω τρεις περιοχές φορτίσεως :

1) Περιοχή φορτίων χρήσεως (Φ. Χ.). Το ίδιον βάρος του οχήματος αθροιζόμενο με το κανονικό ωφέλιμο φορτίο πρέπει να μην υπερβαίνει την επιτρεπτή καταπόνηση κάμψεως η οποία για τα χαλύβδινα ελατήρια διακυμαίνεται σε ένα σημαντικό εύρος τιμών ανάλογα με το εκάστοτε ελατήριο (σbεπ =35 -60 kg/mm2).

2) Κατώτερη περιοχή υψηλών φορτίων. Το ίδιον βάρος του οχήματος αθροιζόμενο με το μέγιστο ωφέλιμο φορτίο πρέπει να είναι περίπου ίσο με 150% του φορτίου χρήσεως.

3) Ανώτερη περιοχή υψηλών φορτίων. Εδώ το φορτίο δοκιμής πρέπει να ισούται περίπου με το ανώτατο φορτίο επαυξανόμενο κατά 40% δια κρούσεις και απρόβλεπτα .

Η επιτρεπόμενη τάση επιλέγεται να είναι τόσο χαμηλότερη, όσον μεγαλύτερος είναι ο κίνδυνος θραύσης του ελατηρίου, όσον επισφαλείς είναι οι τιμές αντοχής (μικρή επίβλεψη κατασκευής) και όσον λιγότερο ελήφθησαν υπ’ όψη οι πρόσθετες τάσεις. Εν τούτοις σε σύγκριση με άλλες κατασκευές γίνονται επιτρεπτά στα ελατήρια σημαντικά ανώτερες τάσεις (π.χ. 75% της τιμής αντοχής) ώστε να αυξάνει η παραμόρφωση.

Ελατήρια σε κάμψη

Σε κάθε σώμα που καταπονείται σε κάμψη η τάση στη διατομή εφαρμογής των δυνάμεων και ροπών δεν είναι ομοιόμορφη, έτσι ώστε η χαρακτηριστική τιμή της μορφής του ελατηρίου δεν μπορεί να φτάσει την ιδεατή τιμή που είναι η μονάδα. (η<1). Αν όμως ληφθεί υπόψη ότι η τάση κάμψης διακυμαίνεται και κατά μήκος του ελατηρίου κάμψεως τότε προκύπτει ότι η χαρακτηριστική τιμή της μορφής του ελατηρίου μειώνεται ακόμα περισσότερο. Στους διάφορους τύπους ελατηρίων κάμψης οι υπολογισμοί που προσεγγίζουν τη λειτουργία τους ανάγονται στη συμπεριφορά ενός «ισοδύναμου» ελατηρίου κάμψης που είναι πακτωμένο από τη μια πλευρά. Έχουμε λοιπόν τις παρακάτω περιπτώσεις ελατηρίων κάμψης.

1. Απλό ελατήριο ελασμάτων πακτωμένο από τη μια πλευρά. Το ελατήριο αυτό ονομάζεται και ορθογωνικό ελατήριο κάμψης λόγω του σχήματος της κάτοψής του. Η μέγιστη τάση κάμψης προκαλείται από τη μέγιστη ροπή κάμψης, η οποία στη θέση πάκτωσης του ελατηρίου είναι προφανώς ίση με την εφαρμοζόμενη δύναμη κάμψης επί το μήκος του καμπτόμενου ελατού ελάσματος. Στην περίπτωση αυτή η χαρακτηριστική γραμμή του ελατηρίου είναι μια ευθεία γραμμή.

2. Ελατήριο κάμψης πακτωμένο από τη μια πλευρά, στο οποίο όμως η διατομή του ελάσματος από το σημείο πάκτωσης μέχρι το σημείο εφαρμογής της δύναμης κάμψης βαίνει ελαττούμενη. Η μείωση της διατομής σε ένα τραπεζοειδές ελατήριο μπορεί να οφείλεται σε μείωση είτε του πλάτους του, είτε του ύψους του, ενώ σε ένα ελατήριο κυλινδρικής μορφής οφείλεται στη μείωση της διαμέτρου της κυκλικής διατομής του. Η ελάττωση αυτή της διατομής κατά μήκος της ράβδου – ελατήριου είναι τέτοια ώστε η τάση κατά μήος της ράβδου να είναι τόσο διαφορετική, όπως στην περίπτωση του απλού ορθογωνικού ελατηρίου. Τότε για την ίδια δύναμη κάμψης, το ίδιο μήκος ελατηρίου και την ίδια αναπτυσσόμενη τάση στη διατομή πάκτωσης ο όγκος του ελατηρίου είναι μικρότερος από ότι στην περίπτωση του απλού ορθογωνικού ελατηρίου, αλλά η χαρακτηριστική τιμή μορφής του ελατηρίου αυξάνει.

Το ελατήριο πολλαπλών ελασμάτων που χρησιμοποιείται συχνά στα οχήματα μπορεί να θεωρηθεί μια κατασκευαστική παραλλαγή του τραπεζοειδούς ελατηρίου.
 
 Τεχνικά Άρθρα / Κίνηση & Μεταφορά
Η λειτουργία των σερβοκινητήρων στη σύγχρονη βιομηχανία
Πετρελαιοκινητήρες: Αυξημένη δύναμη, με περιορισμούς
Μετάδοση κίνησης με γρανάζια και αλυσοτροχούς
Αρχές λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων
Απαραίτητα τα προγράμματα ελέγχων των γερανών
Νέα συστήματα ζύγισης της Dini Argeo για κλαρκ
ΛΙΠΑΝΤΙΚΑ: Ο ακρογωνιαίος λίθος για τη σωστή λειτουργία των μηχανών
Μετατροπείς συχνότητας νέας γενιάς από την ΑΒΒ
Υποειδείς μειωτήρες
Ρουλεμάν και Θερμοκρασία
Ρουλεμάν και θερμοκρασία
© ΤΕΧΝΟΕΚΔΟΤΙΚΗ  | Όροι χρήσης  | Πληροφορίες  | Facebook