Tažné pružiny: praskne to v háku

Tohle je statická kopie kapitoly pro vyhledávače. Interaktivní verze má animované obrázky, kontrolní otázky a tlačítka, která příklad načtou do kalkulačky.

Tažná pružina je navinutá natěsno, takže se závity dotýkají. To má dva důsledky, které ji odlišují od tlačné víc, než by se čekalo.

1. Předpětí: síla, která je tam od začátku

Při navíjení se do drátu vnese zkroucení, které závity k sobě tiskne. Než se pružina začne prodlužovat, musí se to předpětí F_i nejdřív překonat:

y = ^{F − F_i}⁄_k (pro F > F_i)zdvih tažné pružiny

Charakteristika tedy nezačíná v počátku — začíná na svislé ose ve výšce F_i. Předpětí není volitelné do libosti: je to výrobní veličina, a pro daný index existuje pásmo, které navíječka umí spolehlivě udržet. Mimo ně se buď nedá navinout, nebo se kus od kusu rozchází.

2. Háky: tam se to láme

Tělo pružiny nese čistý krut, jako tlačná. Hák nese krut i ohyb, protože je to zahnutý kus drátu — a navíc má menší poloměr než vinutí, takže i vyšší součinitel křivosti.

σ_A = F·[ K_A·^16D⁄_πd³ + ⁴⁄_πd² ] K_A = ^{4C₁² − C₁ − 1}⁄_{4C₁(C₁ − 1)}ohyb v háku, C₁ = 2r₁/d

Tělo pružiny nese 663 MPa ve smyku, hák 1283 MPa v ohybu — o 93 % víc.
Tažná pružina se skoro nikdy neutrhne uprostřed. Utrhne se v háku, protože tam je drát ohnutý a nese ohyb i tah navíc ke krutu — a čím ostřejší ohyb, tím hůř. Poloměr háku je proto konstrukční veličina, ne věc, kterou lze nechat na navíječce. Kdo potřebuje sílu, kterou hák neunese, sáhne po pružině se závitovou zátkou nebo otočným okem.

Zmenšuj poloměr ohybu háku a sleduj, jak napětí utíká. Tělo pružiny se přitom nehne.

Tažná pružina, která praskla uprostřed, je vzácnost. Prakticky vždycky se utrhne hák, a skoro vždycky v místě, kde drát přechází z vinutí do oblouku. Poloměr toho oblouku je proto konstrukční veličina — ne věc, kterou lze nechat na navíječce. Kde síla přeroste, co hák unese, se sahá po závitové zátce nebo otočném oku, které zatížení zavedou osově.

A ještě jeden rozdíl

Tlačná pružina má přirozený doraz — sevřenou délku. Tažná žádný nemá. Nic ji nezastaví, dokud se drát neutrhne, takže omezení zdvihu musí přijít zvenčí: dorazem, lankem, nebo tím, že se mechanismus dřív opře. Kdo to opomene, má v návrhu prvek, který nemá horní mez.