Pružina

Pružina (lidově nazývaná též pero nebo péro) je strojní součást, která umožňuje v jednom nebo i více směrech elastickou deformaci: působením síly se deformuje, ale když síla přestane působit, vrací se do původního tvaru. Využívá se buď k zachycení, akumulaci sil (jako pero u hodin) nebo k pružnému spojení jiných součástí tak, aby se rázy a kmitání neodpružené součásti (například nápravy) nepřenášely na část odpruženou (například podvozek). Pružina obvykle působí silou závislou na velikosti její výchylky z klidové polohy a ve směru proti této výchylce. Charakteristika pružiny je obecně křivka vyjadřující závislost mezi silou působící na pružinu a její pružnou deformací.

Charakteristiky dvou pružin. Modrá přímka představuje pružinu s větší tuhostí, která při stejném roztažení klade vyšší odpor.

Lineární pružina

U mnoha reálných pružin, především u často užívané šroubové tlačné pružiny či torzních tyčí, je tato závislost téměř lineární, v grafickém vyjádření je to tedy úsečka; sklon této úsečky udává tuhost pružiny, což je konstanta vyjadřující sílu potřebnou k jednotkové deformaci pružiny. V tomto případě přímé úměrnosti síly a výchylky tedy lze matematicky takové chování vyjádřit Hookovým zákonem následovně:

F=-k\cdot x

kde $F$ je síla pružiny, $k$ je koeficient tuhosti, $x$ představuje výchylku pružiny z klidového stavu.

Plocha pod křivkou odpovídá dodané práci potřebné k určité deformaci pružiny neboli akumulované potenciální energii zatížené pružiny. V případě přímé úměrnosti tedy je:

E_{p}=W={\frac {1}{2}}F\cdot x

={\frac {1}{2}}k\cdot x^{2}

Těleso zavěšené na pružině je jedním z nejjednodušších mechanických oscilátorů, tedy soustavou vykonávající kmitání. Pokud zanedbáme tlumení, vykonává těleso o hmotnosti m na pružině s tuhostí k harmonické kmity o vlastní úhlové frekvenci rovné

\omega ={\sqrt {\frac {k}{m}}}\,

Základní rozdělení pružin

Kovové pružiny

Pružiny namáhané ohybem:

Materiál pružin není optimálně využit zejména u kruhového průřezu.

listové pružiny – díky tření mezi listy mají tlumící (nelineární) účinek
vzpěrná listová pružina – její tuhost je degresivní čili s výchylkou prudce klesá (téměř až k nule)
šroubovité pružiny zkrutné
spirálové pružiny

Listová pružina
Vzpěrná pružina (degresivní)
Vinutá zkrutná pružina
Spirálová pružina

Pružiny namáhané krutem:

Materiál pružin je 2× lépe využit než u pružin namáhaných ohybem.

šroubovité pružiny válcové (tažné a tlačné)

Tuhost vinutých pružin je dána průměrem drátu, počtem "činných" závitů a průměrem vinutí. U progresivních pružin (kuželovitých, soudkovitých, s proměnným stoupáním) závity postupně dosedají na sebe, počet činných závitů se snižuje, čili tuhost stoupá.

Tažné pružiny tím, že namáhají oka ohybem jsou nehospodárné ve srovnání s tlačnými pružinami.

šroubovité pružiny kuželové
zkrutné tyče

Vinutá tlačná pružina
Vinutá tažná pružina
Progresivní vinutá tlačná pružina s proměnným stoupáním
Progresivní kuželovitá tlačná pružina

Pružiny namáhané kombinovaně
talířové pružiny
kroužkové pružiny

Talířová složená pružina tlačná
Kroužková pružina

Pryžové pružiny

Pryžové pružiny (silentbloky)

Materiál přírodní nebo syntetická pryž nebo pružný plast. Vlastnosti pryžových pružin:

mají omezenou životnost
mají velkou tuhost a menší zdvih
mají velký tlumící účinek, takže se zahřívají
mají omezenou odolnost proti chemickým látkám (olejům, rozpouštědlům,..)
stárnou vlivem UV záření

Zatížené tlakem
Zatížené smykem
Zatížené krutem
Gumové špalky
Gumové dorazy
Gumová lana

Pryžová tlačná
Pryžová tlačná pouzdrová
Pryžová pružina zatížená smykem
Pryžová pružina zatížená krutem

Pneumatické pružiny

Pneumatické pružiny využívají stlačitelnost plynů. - čistě pneumatické (měchy, plynové válce) - mají progresivní průběh tuhosti - hydropneumatické

Plynové pružiny – vzpěry - pístnice- (válce plněné stlačeným dusíkem a olejem), mají až o 75 % nižší hmotnost než ocelové pružiny. Poměrně velké tření způsobené tlakem plynu na ucpávku zvětšuje rozdíl mezi zasouvací a vysouvací silou. Síla plynové pružiny je přímo úměrná plnicímu tlaku v pružině a také poměru pístní tyčky a samotného válce. Pomocí různé délky válce lze při stejném pracovním zdvihu měnit progresivitu (nárůst síly při stlačování u standardních vzpěr cca 20 %). Olejová náplň slouží jako mazadlo pístní tyčky,ale i jako koncové tlumení (množství oleje ovlivňuje délku tohoto tlumení).

Dělí se na:

tlačné (nejrozšířenější)
tažné (kde není dostatek místa pro klasické tlačné vzpěry) Vnitřní uspořádání tažné plynové pružiny
s blokací - používají všude tam, kde je potřeba plynovou vzpěru zablokovat v určité poloze. Zmáčknutím ovládacího kolíku se otevře pístní ventil a píst se může vysouvat nebo zasouvat. Plynová vzpěra se zablokuje automaticky po uzavření pístního ventilu. Podle typu blokace jsou plynové vzpěry s pružnou blokací – válec je plněn dusíkem, tvrdou blokací nebo extra tvrdou blokací – válec je plněn olejem. Nejčastější uplatnění naleznou v nábytkářském průmyslu, sedadlech, lůžkách, operačních nebo masážních stolech.
Radiální měch – roztahuje se do stran, zvenčí je sevřen pružnými kroužky
Axiální měch – má stavitelnou pracovní výšku (délku)
Hydropneumatická pružina – má stavitelnou pracovní polohu. K odpružení ji využívá firma Citroën a další automobilky. U autobusů umožňuje "pokleknutí" na zastávce pro snazší nastupování a vystupování.

Pneumatická pístnice plněná dusíkem
Radiální měch
Axiální měch
Hydropneumatická pružící jednotka

Související články

Odpružení

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu pružina na Wikimedia Commons
Slovníkové heslo pružina ve Wikislovníku

Pahýl

Tento článek je příliš stručný nebo postrádá důležité informace.
Pomozte Wikipedii tím, že jej vhodně rozšíříte. Nevkládejte však bez oprávnění cizí texty.