Vzmeti

Vzmeti

Elastični strojni elementi, ki imajo lastnost, da lahko pod vplivom zunanje sile sprejmejo delo, ki ga lahko kasneje, seveda pod pogojem, da ni prekoračena meja elastičnosti, vrnejo v obliki mehanskega dela, so vzmeti.

Najpogosteje jih uporabljamo kot:

  • akumulatorje energije (urni mehanizmi),
  • dušilce nihanj in vibracij (torzijska vzmetna gred pri avtomobilih),
  • za merjenje sile (v vzmetni tehtnici),
  • kot povratne vzmeti (v sklopkah).

Izbiro posamezne vrste in materiala vzmeti nam pogosto narekuje razpoložljiv prostor in namen, za katerega potrebujemo vzmet. Glede na osnovni material, ki sestavlja vzmet, poznamo:

  • kovinske in
  • gumijaste vzmeti.

Glede na silo, ki jo prenašajo ločimo:

  • upogibne,
  • natezne,
  • tlačne in
  • vzvojne vzmeti.

Glede na obliko vzmeti delimo na:

  • vijačne, 
  • membranske,
  • spiralne,
  • listnate in
  • palične vzmeti.

Karakteristika in delo vzmeti

Z obremenitvijo vzmeti s silo F povzročimo, da se prijemališče sile na vzmeti premakne za določeno razdaljo, ki jo imenujemo poves vzmeti s, oziroma v primeru vzvojne vzmeti gre za spremembo kota zasuka α.

Odvisnost povesa s od sile F lahko predstavimo v diagramu, ki ga imenujemo karakteristika vzmeti.

Poznamo tri različne tipe karakteristik: progresivno (3.a), linearno (3.b) in degresivno (3.c). Omenjeni tipi karakteristik so predstavljeni na Sliki 3. Šrafirana površina pod karakteristiko vzmeti predstavlja vloženo delo pri obremenjevanju vzmeti.

Razmerje med silo, ki vpliva na vzmet, in njenim povesom, imenujemo togost vzmeti. Za primer linearne karakteristike vzmeti je tako togost vzmeti enaka, pri čemer je s2 končni poves pri končni sili, s1 pa začetni poves pri začetni sili.

[latex]c=\frac{F_2-F_1}{s_2-s_1}[/latex]

Velikokrat pa se srečamo tudi z vzporedno (4.a) ali zaporedno (4.b) vezanimi vzmetmi. V primeru vzporedno vezanih vzmeti je skupna togost sistema enaka seštevku posameznih togosti vzmeti, v primeru zaporednih vezav pa je togost obratno sorazmerna seštevku posameznih togosti, kot prikazuje Slika 4 in spodnji dve enačbi.

Za vzporedno vezan sistem vzmeti:

[latex]c=\sum ^n_i=1\enspace c_i[/latex]

Za zaporedno vezan sistem vzmeti:

[latex]\frac{1}{c}=\sum ^n_i=1\enspace \frac{1}{c_i}[/latex]

Z obremenitvijo vzmeti s silo F smo povzročili, da je le-ta sprejela to obremenitev, jo pretvorila v potencialno energijo, v primeru sprostitve pa se ta energija zopet sprosti in povrne v obliki mehanskega dela. Velikost dela vzmeti Wm je pravzaprav enaka površini med absciso in karakteristično krivuljo vzmeti.

Za primer linearne karakteristike vzmeti delo meri naslednja enačba:

[latex]W_m=\frac{F\cdot s}{2}[/latex]

Potrebno pa je upoštevati, da se karakteristiki vzmeti med obremenjevanjem in razbremenjevanjem vzmeti nekoliko razlikujeta.

Delo, ki ga vzmet sprejme, je nekoliko večje od sproščenega dela. Razlika med njima je delo trenja, ki se ustvari bodisi zaradi notranjega trenja v materialu vzmeti bodisi zaradi zunanjega trenja. 

Delo trenja vzmeti je prikazano na Sliki 5.