Sıkıştırma yayları, sıkıştırıldığında mekanik enerjiyi depolar ve yük kaldırıldığında mekanik enerjiyi serbest bırakır. Baskı yayları genellikle yay çeliğinden yapılsa da karbon, magnezyum, nikel, krom, kalay, bakır, tungsten ve alüminyum da içerebilirler.
Farklı malzemeler, sıkıştırma yayları için değişen derecelerde esneklik ve enerji depolama kapasitesi yaratır.
Robert Hooke, 1676 gibi erken bir tarihte, bir yayın uyguladığı ve yayın uzamasıyla orantılı olan kuvveti hesaplamak için bir formül önerdi.
Sıkıştırma yayları, eksenel sıkıştırma yüklerini algılamak için özel olarak tasarlanmış mekanik cihazlardır. Genellikle bir noktaya kadar gerilebilir ve dönebilirler. Genel olarak konuşursak, sıkıştırma yayları, sıkıştırma yüklerine maruz kaldıklarında mekanik enerji depolayabilirler. Yük kaldırıldığında elastik deformasyona uğrayarak orijinal şekil ve boyutlarına geri dönerler.
Potansiyel enerjiyi depolamaya yönelik bu benzersiz yetenek, göreceli basitliği ve uygun fiyatıyla birleştiğinde, sıkıştırma yaylarını çok çeşitli uygulamalarda değerli kılar. Mekanik klavye düğmelerinden şilte ve tükenmez kalemlere, ateşli silahlara ve araba süspansiyon amortisörlerine kadar. 15. yüzyıldan beri basma yayları kullanıyoruz ve ilk basma yayı saat cihazlarında kullanıldı.
Sıkıştırma yay çeşitleri
Sıkıştırma yayları birçok farklı geometrik şekle sahip olabilir. En yaygın olanları bobinler veya spiral yaylardır. Bu şekil diğer şekillerden daha popülerdir çünkü kesintisiz yüksek sıkıştırmaya ve bir noktaya kadar genişlemeye izin verir. Aynı zamanda daha hafiftir çünkü basınç yüklerini absorbe etme ihtiyacını karşılamak için daha az malzeme kullanır. Son olarak sarmal yayın şekli bu tipe nispeten büyük bir yay sabiti verir (bu daha sonra ayrıntılı olarak açıklanacaktır).
Bu kategori ayrıca aşağıdakiler de dahil olmak üzere alt kategorilere ayrılmıştır:
Sıkıştırma yayının malzemesi
Sıkıştırma yayları genellikle akma dayanımı yüksek bir çelik türü olan yay çeliğinden yapılır. Bu, aşırı derecede deforme olduklarında bile orijinal şekillerini, boyutlarını ve şekillerini korumalarına olanak tanır. Bu nedenle bu çelikler gerilim altında geniş bir elastik deformasyon alanına sahiptirler. Bu moleküler düzeyde gerçekleşir, dolayısıyla bu çeliklerin bileşimi esneklikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
Genel olarak konuşursak, yay çeliği karbon ve manganezin yanı sıra nikel, krom, molibden, kalay, vanadyum, bakır, demir, tungsten ve alüminyum içerir. Yay çeliği, akma dayanımı ve sertliğine göre resmi ASTM tarafından sınıflandırılır, dolayısıyla farklı malzeme bileşimleri farklı uygulamalar için uygun olabilir. Örneğin, ASTM A228, maksimum verimle %0.7% -1 karbon ve 0.2% -0.6% manganez içeren piyano telleri için kullanılır. 530 megapaskal mukavemet ve 400 megapaskal çekme mukavemeti.
Sıkıştırma yaylarının özellikleri
Bu bölümde, sarmal yaylar en yaygın kullanılan baskı yayları olduğundan, sarmal yayları tanıtmaya odaklanacağım. Bu yayların performansları açısından büyük önem taşıyan belirli özellikleri vardır. Dış çap (D), üstten bakıldığında yayın oluşturduğu silindirin çapını ifade eder. Bobin çapı, yine silindirik olan yay telinin kalınlığını (d) ifade eder. Serbest uzunluk (L), yayın herhangi bir sıkıştırma olmadan toplam uzunluğunu ifade ederken, etkin helis (na) ve toplam helis (n), mekanik enerjiyi depolayan ve serbest bırakan bobinlerin sayısı ve bara bobinlerinin sayısıdır ( en az iki tanesi yayın ucuna/tabanına ayrılmıştır). Bir diğer önemli morfolojik özellik ise sağa veya sola olabilen dönüş yönüdür.
Bir yayın uyguladığı kuvvet, onun uzamasıyla orantılıdır; bu yasa, 1676'da Robert Hooke tarafından, ilk yayın uygulanmasından sonraki birkaç yıl içinde ortaya atılmıştır. Hooke bu formülü dünyaya tanıttı. "F=- kx", burada F yay kuvveti, x gerilme mesafesi ve k yay sabitidir. Her yay farklıdır ve üretici tarafından deneylerle veya kullanıcı tarafından formüllerle belirlenir. K=Gd4/[83dna]. Daha önce de belirtildiği gibi, namlu ve konik bobinler doğrusal olmayan yaylardır, dolayısıyla Hooke kanunu bunlara uygulanmaz. Hooke yasası halihazırda deforme olmuş veya genel elastiklik sınırını aşmış yaylara uygulanmaz.
Tamamen sıkıştırılmış bir yayın kuvveti
Tamamen sıkıştırılmış yayın kuvvetini hesaplamak için bu formülü kullanabiliriz. Fmax=Ed4 (L-nd)/[16 (1)+ ν) (Dd) 3n]. E Young modülüdür, d çelik telin çapıdır, L serbest uzunluktur ve n etkin helis/bobin sayısıdır, ν Poisson oranıdır ve D dış çaptır. Bunlardan bazılarının tasarımcının seçtiği çeliğe göre belirlendiği, bazılarının ise yayın formuna, şekline ve boyutuna göre belirlendiği açıktır.
Tasarım hususları
Bir baskı yayı tasarlarken ilk karar vermeniz gereken şey hangi malzemeyi kullanmak istediğinizdir. Daha sonra veri tablosundan kayma modülünü (G) ve çekme mukavemetini (TS) bulun. Bu iki faktör, örneğin yük gereksinimlerini hesaplarken gerilim yüzdesini belirlemek için çok önemlidir (100* σ/ Çekme mukavemetine bağlı olarak belirli bir yük indüklendiğinde yayın sıkıştırılma derecesini hesaplayın.
Bir diğer önemli husus, yayın maksimum noktasına sıkıştırıldığında çapıdır. Spiral sıkıştırma yaylarının çapı, sıkıştırma sırasında artma eğilimindedir. Dolayısıyla bu genişlemeyi "genişleme={sz [(Dd) 2+(p2-d2/π 2)+d] - D}" formülünü kullanarak hesaplamak önemlidir.
Yayın indeksi önemlidir ve tasarımcılar bunu 4 ila 10 aralığında tutmaya çalışırlar. Hesaplama yöntemi "C=(Dd/d)" olup, tel oranı hakkında iyi bir fikir verir. yay çapına kadar kalınlık. Bu, yayın genel gücünü belirleyecektir (daha küçük olan daha güçlüdür, ancak daha büyük olanın sıkıştırılması daha kolaydır).
