Vrste vzmeti
Poglavje opisuje vzmeti glede na obliko in vrsto obremenitve, ki jo prenašajo. Posamezne vrste vzmeti se glede na obliko namreč uporabljajo za različne vrste obremenitev.
Listnate vzmeti
Če želimo razumeti listnate vzmeti, ki so obremenjene na upogib, moramo v osnovi razumeti konzolno vzmet s konstantnim prerezom (Slika 1). Največji upogibni moment je na vpetju vzmeti. Ker je širina vzmeti po celotni njeni dolžini konstantna, napetost pa z oddaljenostjo od konzolnega vpetja pada, ta vzmet v prerezih zunaj maksimalnega upogibnega momenta ni najbolj optimalno izkoriščena in se jo v praksi uporablja precej redko, pri zelo nizkih obremenitvah.
Njen maksimalni poves s in njena največja upogibna napetost, ki mora biti vedno manjša od dopustne napetosti, sta izraženi z naslednjima enačbama:
[latex]s=\frac{4\cdot F\cdot l^3}{E\cdot b\cdot h^3}[/latex]
[latex]\sigma_u=\frac{6\cdot F\cdot l}{b\cdot h^2}\le\sigma_{dop}=0,8\cdot Rp_{0.2}[/latex]
Ker morajo vzmeti pogosto prenašati večje obremenitve, je cilj vzmet oblikovati tako, da bo vzdolž njene dolžine približno enaka napetost, kar pomeni, da se njen odpornostni moment W vzdolž vzmeti spreminja enako kot njen upogibni moment. Tako vemo, da moramo vzdolž vzmeti spreminjati njeno debelino ali širino – zaradi enostavnejše izdelave spreminjamo širino vzmeti, da dobimo trapezno oblikovano vzmet (Slika 2). Ker je trapezna vzmet neprikladna za vgraditev, jo v praksi rajši razrežemo na n enakih listov (Slika 3), ki se položijo in povežejo enega na drugega, da dobimo sestavljeno upogljivo vzmet.
Listnate vzmeti, ki niso vpete enostransko, temveč dvostransko, so zaradi želje po čim večji izkoriščenosti materiala in konstantni napetosti v vzmeti oblikovane tako, kot prikazuje Slika 4. Pri tem je zgornji list najdaljši in na obeh koncih oblikovan za pritrditev ali za obešanje s sornikom. Ker želimo, da so posamezni listi med seboj povezani ter se prečno ne premikajo, so zavarovani z objemkami ali primerno obliko prereza lista (Slika 5).
Vijačne vzmeti
Vijačne vzmeti nastanejo, če ovijemo žico po vijačnici na valj (govorimo o cilindrični vijačni vzmeti) ali na stožec (stožčaste vijačne vzmeti). Prerez žice, ki se ovija, je običajno okrogel, včasih pa se uporablja tudi ovijanje jeklenega traku pravokotnega prereza ali pa ovijanje okrogle žice spremenljivega premera.
Vijačne vzmeti lahko obremenjujemo na nateg ali na tlak (Slika 6). Natezne vijačne vzmeti so tiste, pri katerih se ob delovanju sile na vzmet le-ta razteza oz. se njena dolžina pri obremenitvi povečuje. Da lahko natezno vzmet obremenimo, mora imeti vzmet na obeh koncih zato pripravljene kavlje (Slika 7). V praksi se pogosteje kot toplo oblikovane natezne vijačne vzmeti raje uporabljajo hladno oblikovane natezne vijačne vzmeti, ki so izdelane z določeno silo prednapetja, neobremenjeni vzmetni ovoji so tesno drug ob drugem, premer žice d pa je manjši od 17 mm. Izjemoma, če je potreba po večjem premeru žice, pa jih izdelujemo kot toplo oblikovane vzmeti, ki pa se ne izdelujejo s silo prednapetja, zato je pri neobremenjeni vzmeti med posameznimi ovoji nekaj ohlapa.
Ravno nasprotno, tlačne vijačne vzmeti se pri obremenjevanju krčijo (Slika 8). Da se vzmet med stiskanjem ne bi uklonila, je potrebno vodenje vzmeti, bodisi s sornikom premera Dd bodisi s pušo premera Dh, upoštevati pa je potrebno tudi to, da sta čelni strani, na katerih prijemlje sila, med seboj vzporedni, ravno zato, da se dodatno izognemo uklonu vzmeti. Načeloma velja, da je Dd približno 80–90 % vrednosti notranjega premera vzmeti Dn, Dh pa je 110–120 % vrednosti zunanjega premera vzmeti Dz.
Vijačna vzmet je po vsej dolžini zaradi tlačne ali natezne sile obremenjena s torzijskim momentom, kar povzroča v prerezu žice zgolj torzijske napetosti. Torzijsko napetost τ izračunamo po enačbi spodaj, ta pa mora biti manjša ali enaka dopustni torzijski napetosti materiala τdop. Dopustno torzijsko napetost materiala določimo prek osnovnih značilnosti materiala, pogosto je dopustna napetost definirana kot odstotek meje plastičnosti materiala Rp0.2, ki pri razbremenitvi vzmeti pusti v njej še 0,2 % trajnega raztezka. Pri cilindričnih vijačnih vzmeteh, obremenjenih na tlak ali nateg, običajno dopustna napetost znaša od 500 do 700 N/mm2.
[latex]\tau=\frac{8\cdot D}{\pi\cdot d^3}\cdot F\le\tau_{dop}[/latex]
Preračuna se lahko tudi raztezek ali skrček vzmeti s z enačbo, pri čemer je i efektivno število ovojev, ki se lahko raztezajo ali krčijo, G pa strižni modul materiala vzmeti (za jeklo znaša 80000 N/mm2).
[latex]s=\frac{F}{c}=\frac{8\cdot D^3\cdot i\cdot F}{G\cdot d^4}[/latex]
Togost vijačne vzmeti c je odvisna od premera žice d, srednjega premera vzmeti D, števila ovojev vzmeti, in materiala vzmeti (zajet z G).
[latex]c=\frac{G\cdot d^4}{8\cdot D^3\cdot i}[/latex]
Vzmet je bolj toga (bolj strma linearna karakteristika) pri večjem premeru žice, manjšem premeru vzmeti in manjšem številu ovojev.
Palične vzmeti
Palične vzmeti so ravne palice običajno okroglega prereza, obremenjene pa so z vzvojnim momentom T. Na obeh koncih so oblikovane tako, da se lahko vzvojni moment prenaša s pesta na vzmet (Slika 10). Da dodatno zmanjšamo vpliv zareznega učinka, so te površine pogosto dodatno brušene/polirane, prehod s tanjšega dela na prijemališče pa je zaokrožen z velikim radijem. Najpogosteje se jih uporablja kot dušilce vzvojnih nihanj pri vozilih, za elastične gredne vezi ali pa za merjenje vrtilnih momentov/obodnih sil.
Kot zasuka α pri obremenitvi z vzvojnim momentom T izračunamo po enačbi:
[latex]\alpha=\frac{32\cdot T\cdot l_a}{\pi\cdot G\cdot d^4}[/latex]
Največja vzvojna napetost v vzmeti (Slika 10), ko mora biti manjša od dopustne napetosti, ki pri vzvojnih paličnih vzmeteh običajno meri ½ meje plastičnosti materiala Rp0.2, pa meri:
[latex]\tau_t=\frac{16\cdot T}{\pi\cdot d^3}\le\tau_{dop}=0,5\cdot Rp_{0.2}[/latex]
Spiralne vzmeti
Spiralne vzmeti, običajno navite iz jeklene žice ali ploščatega vzmetnega jekla v obliki Arhimedove spirale, se najpogosteje uporabljajo pri kazalcih merilnih instrumentov, roletah, pri klasičnih urnih mehanizmih ...
Zavoji v teh vzmeteh so med seboj enakomerno oddaljeni, en konec je trdno vpet na vretenu polmera rN, drug konec pa na ohišju. Če vreteno obremenimo s silo F, v vzmeti nastanejo upogibne napetosti, posledično se vreteno zavrti za kot α. Vreteno je lahko s silo obremenjeno tako, kot na Sliki 11. Prijemališče sile pa bi se lahko nahajalo tudi na drugem koncu vzmeti, na polmeru rN, čemur bi rekli spiralna vzmet z notranjo obremenitvijo.
Membranske vzmeti
Stožčasto oblikovani kovinski obroči, ki prenašajo razmeroma visoke aksialne obremenitve, se imenujejo membranske vzmeti. Najpogosteje se uporabljajo kot pritisni elementi pri prednapetih kotalnih ležajih, kot dušilci nihanj in načeloma povsod, kjer so zahtevani majhni povesi pri visokih obremenilnih silah.
Maksimalni poves ene vzmeti je razlika v višini med vzmetjo, ki ni obremenjena, ter njeno sploščeno obliko h0 (Slika 12). Vzmet ima degresivno karakteristiko.
Če želimo prenašati večjo silo ali pa imeti večji maksimalni poves, lahko zaporedno zložimo več vzmeti. Če jih obrnemo eno proti drugi, se nam s številom vzmeti pomnoži maksimalni poves, nasprotno, če jih zložimo v paket, se nam s številom vzmeti pomnoži maksimalna sila, ki so jo membranske vzmeti sposobne prenesti. Lahko pa omenjena dva načina kombiniramo in dobimo progresivno karakteristiko paketa vzmet.
Gumijaste vzmeti
Gumijaste vzmeti se uporabljajo v tehniki vzmetenja in dušenja, npr. pri cestnih vozilih za pritrditev motorjev in hladilnikov na šasijo, za uležajenje koles in na splošno za vzmetenje ležajev, vzvodov in drugih tresočih se delov. Če jih primerjamo z jeklenimi vzmetmi, imajo gumijaste vzmeti, ki bazirajo na uporabi ali naravnega ali umetnega kavčuka zaznavne deformacije že pri majhnih obremenitvah. Vzmeti imajo progresivno karakteristiko in veliko delo trenja.
Izdelane so prav tako kot jeklene vzmeti v različnih oblikah in kvalitetah, ki jih določimo glede na obliko prostora in vrsto aplikacije, za katero vzmet potrebujemo. Kvaliteto gumijaste vzmeti določajo dodajni elementi, npr. žveplo, cinkov oksid in razni pospeševalniki vulkaniziranja. Glede na obremenitev ločimo natezne, tlačne, strižne in torzijske gumijaste vzmeti. Največ se uporabljajo gumijaste vzmeti, obremenjene na strig – saj te dopuščajo največje deformacije, zato se lahko uporabljajo kot dušilke udarcev in nihanj.
Primer gumijaste vzmeti, obremenjene na strig, ki duši nihanja, je prikazan na Sliki 13.
Potrebno pa je zagotoviti tudi vezivno trdnost gume z drugimi gradivi, posebno s kovinami. Zveza mora biti neločljiva, kar pomeni, da se na spoju ne sme pretrgati – to zvezo pa dosežemo z vulkaniziranjem ali lepljenjem gume na druga gradiva.
