TOPlist
facebook google+ linkedin youtube
header-print
Sekce

Novinky

Minulost, současnost a budoucnost pružin

14.02. 2016by Admin E-konstruktér

Urazili jsme dlouhou cestu od doby, kdy Henry Ford poprvé prohlásil: „Můžete mít libovolnou barvu, pokud to bude černá.“ V dnešní době neočekáváme nic menšího než možnost přizpůsobit si všechno – individuální úpravy na přání vládnou světem a pružiny nejsou žádnou výjimkou.

Díky rozpětí funkcí, které mohou plnit v různých průmyslových odvětvích, jsou pružiny dokonalým příkladem toho, jak je možné zacházet s materiály, aby vyhovovaly nejrůznějším aplikacím. Ale nebylo to tak vždy.

Abychom pochopili, jak je vsoučasnosti možné pružiny přizpůsobovat celé řadě projektů, je důležité podívat se, kam od svých začátků dospěly, a upřít pohled i do budoucnosti, abychom mohli analyzovat určitá očekávání.

Minulost pružin

Od svých skromných počátků v době bronzové prodělaly nevinuté pružiny, jako jsou třeba pinzety na obočí, postupný vývoj, který nás dovedl až k současnosti. Využíváme však stejnou technologii, která byla objevena před všemi těmi lety, i když ve vyspělejší podobě. Má se například za to, že během třetího století před naším letopočtem postavil Ktesibios z Alexandrie katapult, který ke svému fungování využíval kombinaci listových per. I když nebyl dostatečně výkonný, aby mohl být úspěšný, listová pera používáme i vmoderní době, zejména jako součást odpružení u kolových vozidel.

Jak se technologie a chápání toho, jak pružiny fungují, posouvaly kupředu, jejich propracovanost a provozní režimy postupně vyhovovaly stále většímu počtu odvětví. Největším skokem bylo vytvoření vinutých pružin, o kterých se má za to, že byly poprvé vyvinuty a použity začátkem 15. století, a které umožnily vznik přenosných hodin. Před zavedením této novinky se k pohonu časoměrných strojů používala závaží. Navzdory tomuto pokroku v technologii pružin však měly tyto „přenosné" hodiny průměr přes osm centimetrů, velkou tloušťku a obvykle se vyráběly ze železa nebo oceli, takže před vznikem náramkových hodinek uplynula ještě další čtyři století.

Současnost pružin

Díky průmyslové revoluci začala na přelomu 18. a 19. století masová výroba pružin, která umožnila rychlou inovaci a vývoj. Pokrok ve výrobě oceli znamenal, že se dala v porovnání s dřívějšími náklady vyrábět poměrně levně, a díky tomu se mohlo použití pružin rychle rozšiřovat.

V nedávnější době umožnil nástup CAD technologií tvorbu zakázkových výrobků, a tím došlo k ještě většímu rozšíření trhu a úsporám času, energie i odpadového materiálu. Stejný CAD software, který je možné použít k navržení dostatečně velkých pružin, aby udržely celé budovy během zemětřesení, dokáže vytvořit i varianty o velikosti 30 mikrometrů pro medicínské použití. Všestrannost pružin dává tušit, že výroba a využití technologie pružin rozhodně nebudou v nejbližší době na ústupu.

CAD systémy umožňují masovou výrobu pružin vcelé řadě velikostí a tvarů sabsolutní přesností, bez prostoru pro lidské chyby, ke kterým před nástupem těchto systémů docházelo. Tyto matematické modely jsou založeny na pochopení Hookova zákona. Bez tohoto zákona by nebylo možné konstruovat pružiny pro specifická použití ani zlepšovat jejich parametry.

CAD zjednodušuje proces návrhu díky tomu, že dokáže změřit, jestli do sebe jednotlivé díly zapadnou, bez zdlouhavého postupu metodou pokusu a omylu po jejich vyrobení a umožňuje snadno upravovat stávající návrhy. CAD také umožňuje měnit a automaticky přepočítávat různé faktory, např. složení drátu, průměr spirály a velikost vnější síly. Díky těmto znalostem dokáží konstruktéři určit, jestli jsou náklady a čas konečného návrhu vhodné pro výrobu.

Mnohá průmyslová odvětví mohou rozšiřovat oblast použití pružin díky novým objevům, jako je třeba to, jak tepelné zpracování zvyšuje pevnost určitých železných kovů a slitin po svinutí do spirály. Nové objevy u příslušných ocelí také přinesly větší tažnost a odolnost vůči vodíkovému a prostředím vyvolanému křehnutí (abychom si uvedli aspoň několik přínosů). Podobně vývoj u litin umožnil dosažení nízké deformace a opakovatelné rozměrové odezvy.

Tyto objevy umožnily vznik rozsáhlého sortimentu každodenně vyráběných a používaných pružin. Stále se rozšiřující znalosti nových materiálů a technologií ale znamenají, že pružiny zítřka by mohly vypadat a fungovat úplně jinak než ty, které jsou v současnosti k dispozici.


 Budoucnost pružin

 

I po několika tisících let evoluce by budoucnost technologie pružin mohla být úplně jiná, než co známe dnes. Během posledních několika desetiletí vzrostla poptávka po miniaturních spirálkách, které se používají v telefonech, touchpadech a dalších elektronických zařízeních. Proto je pravděpodobné, že technologie zítřka budou ke svému fungování vyžadovat jiný druh pružin určitého tvaru nebo podoby.

Vypadá to, že další etapa výroby a samotné konstrukce pružin by mohla zahrnovat 4D tisk a 2D materiály. První zmíněná technologie, kterou vsoučasnosti zkoumá Massachusettský technologický institut, může nabídnout způsob tvorby objektů, které se budou během času transformovat nebo se budou samy sestavovat.

Druhá technologie se týká materiálů, které jsou jen pár atomů silné. Tyto materiály, které se začínají označovat jako 2D materiály, vykazují zajímavé materiálové vlastnosti. V současnosti jsou vyvíjeny výrobní postupy, které sníží náklady a umožní velkoobjemovou výrobu 2D materiálů. Pokroky ve zpracování těchto materiálů by mohly vydláždit cestu k ještě většímu spektru použití pružin.

Například krystalická alotropická modifikace uhlíku, jako je 2D materiál grafen, je v poměru k hmotnosti několikasetnásobně pevnější než většina ocelí a byla u ní prokázána velká schopnost prodloužení až o 480% se stabilním koeficientem pružnosti při 100000 nataženích. Při elektrostatických jevech je navíc elastická síla grafenu reverzibilní.

Výzkum využití pružin z grafenových vláken stále pokračuje, ale slibuje velký potenciál pro budoucnost pružinové technologie.

zdroj: machinedesign.com

Online výpočet pružin

hodnocení

Diskuze

Newsletter

Chcete dostávat novinky emailem?