Sprężyna magazynuje energię sprężystą.

Odkształcenie sprężyny wytwarza siłę przywracającą. W zakresie pracy sprężyny liniowej siła rośnie proporcjonalnie do ugięcia: F = kx, gdzie k oznacza sztywność sprężyny.

Sprężyny mogą pracować na ściskanie, rozciąganie lub skręcanie. Ich materiały i geometria określają ograniczenia; model liniowy nie dotyczy każdej sprężyny przy każdym odkształceniu.

Sztywność wiąże siłę z przemieszczeniem.

Idealna sprężyna o sztywności 1,000 N/m

Ściśnięcie jej o 0.02 m wytwarza 20 N siły przywracającej i magazynuje 0.2 J energii: E = ½kx².

Ten przykład zaczyna się od nieobciążonej sprężyny. Zmontowany mechanizm może już mieć napięcie wstępne, więc dodatkowy ruch nie zaczyna się od zerowej siły.

Utrzymywanie różni się od zatrzymywania.

Hamulec cierny dociska powierzchnie, aby przeciwstawić się ruchowi względnemu. Utrzymanie nieruchomego wału wymaga odpowiedniego momentu oporowego. Zatrzymanie ruchomego układu wymaga też odprowadzenia energii.

Podczas hamowania ciernego energia mechaniczna zamienia się w ciepło. Sam znamionowy moment utrzymujący nie opisuje zdolności hamulca do pochłaniania energii powtarzających się zatrzymań.

Jeden z popularnych układów zwalnianych elektrycznie.

Cewka bez zasilania: sprężyny załączają hamulec.

Cewka bez zasilania: hamulec załączony sprężynąSprężyna popycha zworę w lewo. Zwora dociska tarczę wirnika z okładziną do nieruchomej płyty, przeciwdziałając obrotowi wału. Cewka jest bez zasilania. Strzałka pokazuje kierunek załączania przez zworę.1234

Cewka zasilana: elektromagnes zwalnia hamulec.

Cewka zasilana: hamulec zwalniany elektrycznieZasilona cewka przyciąga zworę w prawo, ku nieruchomemu korpusowi elektromagnesu, ściskając sprężynę. Wyolbrzymiony luz obok okładziny ciernej pozwala obracać się wałowi i tarczy wirnika. Strzałka pokazuje kierunek zwalniania hamulca.1234
  1. Cewka i korpus elektromagnesu. Prąd wytwarza pole magnetyczne. Siła przyciągania przyciąga zworę do nieruchomego korpusu.
  2. Sprężyna załączająca. Dociska zworę do tarczy ciernej przy braku magnetycznej siły zwalniającej. Zwolnienie hamulca dodatkowo ściska sprężynę.
  3. Zwora. Przesuwa się na niewielką odległość wzdłuż osi. Po załączeniu zaciska tarczę; po zwolnieniu pozostawia luz.
  4. Powierzchnia styku ciernego. Okładziny tarczy wirnika dociskają do nieruchomej płyty i zwory, wytwarzając moment oporowy. Tarcza jest sprzęgnięta z wałem.
Ogólny hamulec tarczowy załączany sprężynowo, pokazany w przekroju. Luzy i przemieszczenia są wyolbrzymione. Wał i wirnik obracają się; korpus elektromagnesu, stała płyta i zwora nie obracają się. Rzeczywiste układy hamulcowe wind są zróżnicowane.

Łączy to zasady działania elektromagnesu z modułu 02 z siłą mechaniczną. Zasilanie elektryczne zwalnia hamulec; sprężyny zapewniają siłę załączającą.

Hamulec dźwigu jest częścią skoordynowanego systemu.

W wielu układach ciernych napęd steruje normalnym zwalnianiem, a hamulec maszyny utrzymuje kabinę po zatrzymaniu. Działanie i monitorowanie hamulca są koordynowane ze sterownikiem.

Hamulec maszyny jest odrębny od chwytaczy dźwigu. Samo załączanie sprężyną nie dowodzi, że hamulec utrzyma obciążenie: nadal znaczenie mają stan powierzchni ciernych, skok mechaniczny i cała konstrukcja.

Bliższe spojrzenie

Zmagazynowana energia sprężyny może pozostawać mimo braku zasilania elektrycznego. Zrozumienie zasady działania hamulca jest odrębne od jego demontażu lub regulacji; zainstalowana konstrukcja określa wymagane luzy, siły i kontrole.

Sprawdź swoją wiedzę

Czy nieruchomy hamulec utrzymujący moment obrotowy stale zamienia ten moment w ciepło?

Pokaż wyjaśnienie

Nie wskutek tarcia ślizgowego, jeżeli nie ma ruchu. Podczas zatrzymywania z poślizgiem energia jest rozpraszana w postaci ciepła. Cewki elektryczne mogą mieć odrębne straty cieplne.

Dalsza lektura.

Lektura opcjonalna, pozwalająca dokładniej zgłębić tę lekcję.

  • OpenStax: siła sprężyny i zgromadzona energia

    Sekcja 16.1 wyjaśnia sztywność sprężyny i energię potencjalną sprężystości. Skorzystaj ze schematów i rozwiązanych przykładów, aby zrozumieć ograniczenia modelu sprężyny liniowej.

  • KEB: działanie hamulca załączanego sprężyną

    Film i transkrypcja pokazują jeden hamulec załączany sprężyną i zwalniany elektrycznie. Skup się na sekwencji działania; jego budowa i układ ręcznego zwalniania są właściwe dla zilustrowanego produktu.

Powiąż to z silnikami.

Zobacz, jak zasady elektryczne i mechaniczne łączą się w naszym wprowadzeniu do działania silników.