www.chikaasistent.com
Opruge predstavljaju jedinstveni mašinski element koji je
sposoban da se pod dejstvom spoljašnjeg opterećenja elastično
deformiše i da, ukoliko je potrebno, vrati apsorbovanu energiju.
Još poznati pod nadimkom „inteligentni mašinski elementi“ ovi
dijelovi mogu da se upotrebe u dva velika područja: za
prigušivanje i za akomulaciju energije. Bilo koja vrsta opruge (a
ima ih zaista mnogo) se može svrstati u jednu od prethodno dvije
nabrojane opruge. Opruge će u nekom sklopu poslužiti ili za prigušivanje udara (neće se vratiti
primljena energija u sistem) ili za akomulaciju energije (nakon izvjesnog vremena će se vratiti
apsorbovana energija). U ovom članku želimo da um čitaoca razvije svoju mašinsku inteligenciju tako
što će pokušati da shvati kako su opruge integrisane u primjer datog uređaja. Stoga ćemo kroz dva
primjera iz prakse pokušati shvatiti kako opruge „razmišljaju“. No, prije prakse ide malo teorije...
Podjela opruga
Opruge samo po sebi se mogu teško klasificirati na osnovu bilo koje podjele. Konstrukcioni oblici su
uvijek prilagođeni namjeni. U širokom dijapazonu upotrebe, opruge bivaju pretežno opterećene na
savijanje (fleksija), uvijanje (torzija) ili složeno naprezanje pa je jedna od podjela na fleksione, torzione
i složeno napregnute. Prema obliku mogu da budu lisnate, tanjiraste, prstenaste i zavojne. Zavojne
opruge su one koje se najčešće sreću u praksi o to je ono što nam svima padne na um kada čujemo
za pojam opruge. Nekoliko primjera opruga je dato na narednim slikama:
Kompresiona zavojna cilindrična opruga
Kompresione zavojne konusne opruge
Složeni lisnati gibanj za ovješenje vagona kod
voza
Prstenasta opruga (uočiti „škrge“)
Ekstenziona zavojna cilindrična opruga
Zavojna fleksiona opruga na „mišolovci“
www.chikaasistent.com
Tanjirasta opruga kao podloška kod vijka
Gumeno metalni elementi za primarno
ogibljenje lokomotiva
Fizikalna pozadina
Obzirom da su opruge takvi mašinski elementi koji se pri dejstvu spoljašnjeg opterećenja mogu
dovoljno elastično deformisati i da pri tome akomuliraju mehanički rad utrošen na tu deformaciju to im
se radna sposobnost zasniva na pretvaranju mehaničkog rada spoljašnjih sila u potencijalnu energiju
opružnog elementa i obrnuto. Iz prethodne rečenice se da zaključiti da se srazmjerno deformaciji
povećava i potencijalna (akomulirana) energija. Najvažnija inžinjerska karakteristika opruge jeste
njena krutost koja služi kao osnov za dalje proračune. Pod krutošću opruge se misli na veličinu radne
sile utrošena na jedinicu deformacije. Ukoliko se prikaže promjena sile F sa ugibom opruge f onda se
dobija grafički prikaz karakteristike opruge (Slika 1).
Slika 1. Grafički prikaz promjene sile F of ugiba opruge f
Primjer sa Slike 1 je opruga sa linearnom karakteristikom tj. sa konstantnom krutosti jer se ugao
nagiba pravca (plava linija) ne mijenja. Kada je sila F=0 onda je i deformacija f=0. Kada sila naraste od
0 do najveće vrijednosti (A), postiže se i najveća deformacija te se na ovaj način rad spoljašnjeg
opterećenja prevede u potencijalnu energiju opruge (šrafiran trougao). Međutim, postoje i slučajevi
kada se konstruktivnim odabirom određenih materijala (guma) ili oblika opruge (tanjiraste) postigne
nelinearna karakteristika opruge (krutost nije ista za različite vrijednosti sile F). U ovom slučaju imamo
progresivnu (na amortizerima automobila) i degresivnu karakteristiku opruge (na nekim regulacionim
ventilima pritiska).
Progresivna karakteristika
Degresivna karakteristika
www.chikaasistent.com
Kod opruga koje rade „bez trenja“ („bez trenja“ je zbog toga pod navodnicima što uvijek postoji trenje
samo što je u ovom slučaju zanemarivo malo tako da se figurativno piše „bez trenja“) rad utrošen
prilikom njihove deformacije odgovara radu kojeg opruga poslije vrati u odgovarajući sistem. Ukoliko je
trenje između pojedinih elemenata opruge veliko tada je utrošeni rad znatno veći od onoga kojeg
opruga preda. Takve opruge pri radu apsorbuju (usljed velikog trenja) veliki dio utrošenog rada na
njihovu deformaciju te stoga važe kao prigušivači udara (složeni gibnjevi).
Međutim, treba isto tako napomenuti činjenicu da će opruga (njen materijal) u toku rada biti
opterećena i sa veličinom koja prelazi granicu razvlačenja. Ova pojava vodi (posebno pri
promjenljivom opterećenju) ka labavljenju opruge (ONA POSTAJE MEKŠA) a time opada ugao nagiba
njene karakteristike tj. smanjuje se krutost.
Primjeri upotrebe
Jedan od zasigurno velikih područja primjene opruga jesu oružja svih mogućih vrsta i veličina. U ovom
slučaju ćemo se pozabaviti neubojitim oružjem korištenim u PaintBall okršajima čiji je međutim princip
rada veoma sličan onome od pravog oružja. Oružje, koje je u ovom slučaju gasni uređaj, se sastoji iz 8
elementarnih dijelova bez kojih uređaj nebi mogao raditi pri čemu je radni medij gas pod pritiskom koji
se nosi u posebnom spremniku koji je smješten uz tijelo pištolja. Kada strijelac potegne okidač onda
se Zapinjača (1) zelene boje, zarotira za određeni ugao oko osovinice koja prilazi kroz njeno središte.
Pri tome se oslobađa Opruga (2) svijetlo plave boje, koji sada tjera podsklop Klizača (3) prema
naprijed. Podsklop Klizača (3) se sastoji iz gornjeg dijela (bijela boja) i donjeg dijela (plava boja).
Zajedno su vezani preko Čivije (4). Njihov međusobni položaj je tako postavljen da je gornji dio duži u
odnosi na donji kao što je prikazano na slici.
Posebno treba primjetiti udubinu u gornjem dijelu kao i malu poprečnu perforaciju koja je okomito
postavljena u odnosu na uzdužnu osu gornjeg dijela Klizača (3). Opruga (2) je u neaktivnom stanju
bila sabijena (akomulirala je izvjesnu energiju). Nakon zakretanja Zapinjače (1) potencijalna energije
Opruge (2) se pretvara u kinetičku energiju kretanja Klizača (3). Pri tome gornji dio klizača (3) zahvati
sa svojom udubinom kuglicu (paintball) zelene boje. Donji dio Klizača (3) plave boje, nakon određenog
pređenog puta sa svojim vrhom potisne Potiskivač (5) koji je u kontaktu sa Oprugom (6). Potiskivač (5)
je uležišten u čepu (7) koji je opet čvrsto oslonjen u samo kućište pištolja. Potiskivač (5) ima takav
oblik glave da ne dozvoljava gasu pod pritiskom da prođe kroz otvor u Čepu (7). Tek nakon što donji
dio Klizača (3) plave boje, potisne Potiskivač (5) otvori se prolaz za gas pod pritiskom. Osim toga
treba primjetiti da je u Čepu (7) poprečno u odnosu na uzdužnu osu izbušena perforacija. Kinematika i
geometrija samog sklopa je tako sinhronizirana da se poprečne perforacije Čepa (7) i gornjeg dijela
Klizača (3) bijele boje, podudare tačno onda kada se oslobodi prolaz za gas. Tada gas pod pritiskom
tjera kuglicu kroz Cijev (8) čime je proces opaljenja završen. Sve ovo naravno u jednom dijeliću
sekunde (0,3 do 0,5 s).
Samu zamisao ideje rada cijelog sklopa je moguće potpunije shvatiti ako se sagleda i druga slika
datog sklopa. Sve ovo bi bilo nemoguće ostvariti nekim drugim elementima veze sem sa oprugama.
Iako je samo igračka u pitanju i stvarna oružja funkcionišu na veoma sličnom principu.
www.chikaasistent.com
Ose poprečnih perforacija Čepa (7) i gornjeg dijela Klizača (3) su se poklopile. Vrijeme je za kuglicu da poleti !!!
Za kraj vas prepuštamo jednom realnom primjeru da sami skontate kako funkcioniše. U pitanju je
poluautomatski pištolj Taurus PT 24/7. Trebate uočiti samo 3 funkcionalne opruge naznačene na slici.
Sve ostalo je stvar mašinske inteligencije. No, krenuti ćemo ipak zajedno. Prilikom opaljenja metka
opruga (3) ublažava povratni trzaj gornje navlake (opruga za prigušenje). Opruga (2) cijelo vrijeme
gura u gornji položaj naredni metak, međutim taj se ne može smjestiti u ležište dok je znad njega
navlaka. Stoga se na ovakav način iskorištava povratni trzaj od opaljenja za ponovno punjenje.
Opruga (1) u svemu tome služi kao opruga udarne igle (opruga za akomulaciju). Ona biva u sabijenom
stanju dok se okidačem ne pokrene sistem poluga koji će oprugu (1) osloboditi te tako natjerati udarnu
iglu da ubode inicijalnu kapsilu metka te tako započne ciklus opaljenja metka.
Taurus PT 24/7
Ko se zanima za dati sistem poluga i konkretan primjer može da navrati kod Chika Asistenta na
vježbe. Ako nemate tu mogućnost onda vas upućujemo na članak sa stranice gdje nalazite dodatne
animacije u cilju pojašnjenja. Vjerujemo da se može nešto i skontati ?
Redakcija chikaasistent.com
Download

www.chikaasistent.com