Τι είναι τα ελατήρια πιέσεως και πώς λειτουργούν

Τα ελατήρια πιέσεως είναι ελικοειδή ελατήρια με ανοιχτές σπείρες που δέχονται φορτίο κατά μήκος του άξονά τους και το αντιστέκονται συμπιεζόμενα. Όταν το φορτίο αφαιρεθεί, επιστρέφουν στο ελεύθερο μήκος τους. Είναι ο πιο διαδεδομένος τύπος ελατηρίου και τον συναντάτε από βαλβίδες και αντλίες μέχρι γεωργικά μηχανήματα και καλούπια. Στο εργοστάσιό μας στον Ασπρόπυργο κατασκευάζουμε ελατήρια πιέσεως από σύρμα 0,25 mm έως 35 mm, από ένα τεμάχιο έως σειρές παραγωγής.

Σε αυτό το άρθρο εξηγούμε πώς λειτουργεί ένα ελατήριο πιέσεως, ποιες γεωμετρίες και υλικά υπάρχουν, πού χρησιμοποιούνται, γιατί αστοχούν και τι πρέπει να μετρήσετε για να παραγγείλετε το σωστό ελατήριο.

Πώς λειτουργεί ένα ελατήριο πιέσεως

Η λειτουργία βασίζεται στον νόμο του Hooke: η δύναμη που ασκεί το ελατήριο είναι ανάλογη με τη συμπίεσή του. Ο συντελεστής αυτής της αναλογίας είναι η σταθερά ελατηρίου, δηλαδή πόση δύναμη χρειάζεται για να κοντύνει το ελατήριο κατά μία μονάδα μήκους. Μεγάλη σταθερά σημαίνει σκληρό ελατήριο, μικρή σταθερά σημαίνει μαλακό ελατήριο που υποχωρεί εύκολα.

Η σταθερά εξαρτάται από τη διάμετρο του σύρματος, τη μέση διάμετρο των σπειρών, το υλικό και τον αριθμό των ενεργών σπειρών. Ενεργές είναι οι σπείρες που πραγματικά παραμορφώνονται. Οι ακραίες σπείρες που ακουμπούν στην έδρα δεν συμμετέχουν.

Τα άκρα μπορούν να είναι τροχισμένα, ώστε το ελατήριο να στέκεται κάθετα και να μοιράζει ομοιόμορφα το φορτίο, ή ατρόχιστα, όταν η εφαρμογή δεν το απαιτεί. Ο δείκτης ελατηρίου, δηλαδή ο λόγος της μέσης διαμέτρου προς τη διάμετρο σύρματος, δείχνει πόσο εύκολα περιελίσσεται και πόσο καταπονείται το σύρμα.

Γεωμετρίες ελατηρίων πιέσεως

Το κυλινδρικό ελατήριο με σταθερό βήμα είναι η βασική μορφή και καλύπτει τις περισσότερες εφαρμογές. Υπάρχουν όμως και άλλες γεωμετρίες που λύνουν συγκεκριμένα προβλήματα:

• Κωνικά: η διάμετρος μειώνεται προς το ένα άκρο. Οι σπείρες μπαίνουν η μία μέσα στην άλλη και το ελατήριο συμπιέζεται σε πολύ μικρό ύψος, με προοδευτική σκληρότητα.
• Διπλοκωνικά: στενεύουν και στα δύο άκρα. Στέκονται σταθερά και αντέχουν σε πλευρικές ροπές.
• Μεταβλητού βήματος: οι σπείρες έχουν διαφορετική απόσταση μεταξύ τους, ώστε η σταθερά να αυξάνεται όσο συμπιέζεται το ελατήριο.
• Σχήμα αυγού (βαρελοειδή): φαρδαίνουν στο μέσο, χρήσιμα όταν το ελατήριο πρέπει να αποφύγει τον λυγισμό σε μεγάλα μήκη.

Κατασκευάζουμε όλες αυτές τις γεωμετρίες, με σχεδιασμό σε εξειδικευμένο λογισμικό ώστε η συμπεριφορά του ελατηρίου να υπολογίζεται πριν από την παραγωγή. Για διατομές από 35 έως 60 mm συνεργαζόμαστε με εργοστάσια του εξωτερικού.

Από ποια υλικά κατασκευάζονται

Το υλικό καθορίζει την αντοχή, τη διάρκεια ζωής και τη συμπεριφορά του ελατηρίου στο περιβάλλον εργασίας. Τα βασικά υλικά που χρησιμοποιούμε είναι:

• Χάλυβας ελατηρίων EN 10270: η συνηθισμένη επιλογή για τις περισσότερες βιομηχανικές εφαρμογές, με υψηλή αντοχή σε κόπωση.
• Ανοξείδωτος χάλυβας INOX AISI 302: για υγρασία, τρόφιμα, θάλασσα και χημικά περιβάλλοντα.
• Χάλυβας 51CrV4: για βαριά φορτία και υψηλές τάσεις.
• Φωσφορούχος ορείχαλκος: όταν χρειάζεται αγωγιμότητα ή μη μαγνητικό υλικό.
• Σίδηρος: για απλές μορφές με χαμηλές απαιτήσεις, όπου δεν χρειάζεται επαναλαμβανόμενη ελαστική παραμόρφωση.

Μετά την περιέλιξη κάθε ελατήριο περνά από θερμική κατεργασία για απόσβεση των τάσεων που δημιουργούνται στο σύρμα. Την κάνουμε αποκλειστικά στις εγκαταστάσεις μας και συνοδεύουμε κάθε κατασκευή με πιστοποιητικά υλικών. Αναλυτικά για τις ιδιότητες κάθε υλικού μπορείτε να διαβάσετε στο άρθρο από τι υλικό φτιάχνονται τα ελατήρια.

Πού χρησιμοποιούνται τα ελατήρια πιέσεως

Το ελατήριο πιέσεως εμφανίζεται σχεδόν σε κάθε μηχανισμό που χρειάζεται επαναφορά, απόσβεση ή σταθερή πίεση. Οι πιο συνηθισμένες εφαρμογές που εξυπηρετούμε είναι:

• Βιομηχανία: μηχανές παραγωγής, συσκευασίας και μεταφοράς, όπου το ελατήριο κρατά πίεση ή επαναφέρει έναν μηχανισμό.
• Βαλβίδες και αντλίες: το ελατήριο κλείνει τη βαλβίδα και ρυθμίζει την πίεση λειτουργίας.
• Γεωργικά μηχανήματα: ελατήρια καλλιεργητή, διαλογής ελαιών και άλλων εργαλείων που δουλεύουν με χώμα, σκόνη και κραδασμούς. Δείτε τα ελατήρια καλλιεργητή.
• Ηλεκτρολογικές διατάξεις: επαφές, διακόπτες και ασφάλειες, συχνά από φωσφορούχο ορείχαλκο.
• Ιατρικός εξοπλισμός: μικρές διατομές, συνήθως σε ανοξείδωτο χάλυβα.
• Καλούπια: ελατήρια εξολκέων και πλακών που δέχονται εκατομμύρια κύκλους σε υψηλή θερμοκρασία.

Επειδή οι απαιτήσεις διαφέρουν, δεν υπάρχει ένα «γενικό» ελατήριο. Το σωστό ελατήριο σχεδιάζεται για τη συγκεκριμένη θέση, το φορτίο, τους κύκλους λειτουργίας και το περιβάλλον.

Γιατί αστοχούν τα ελατήρια πιέσεως

Ένα ελατήριο σπάνια σπάει από τη μία στιγμή στην άλλη. Συνήθως υπάρχει αιτία που μπορεί να προβλεφθεί στον σχεδιασμό:

• Κόπωση υλικού: με κάθε κύκλο συμπίεσης το σύρμα καταπονείται. Αν η τάση λειτουργίας είναι υψηλή σε σχέση με το υλικό, εμφανίζεται ρωγμή και τελικά θραύση.
• Υπερφόρτωση: όταν το ελατήριο συμπιέζεται πέρα από το όριο ελαστικότητας, παραμορφώνεται μόνιμα, «κάθεται» και χάνει μήκος και δύναμη.
• Διάβρωση: υγρασία, χημικά και θαλασσινό περιβάλλον προσβάλλουν το σύρμα. Οι εστίες σκουριάς γίνονται σημεία έναρξης ρωγμών.
• Λυγισμός: μακριά και λεπτά ελατήρια χωρίς οδηγό ή πείρο λυγίζουν πλευρικά αντί να συμπιεστούν ευθύγραμμα.
• Κακή θερμική κατεργασία: αν δεν αποσβεστούν οι τάσεις μετά την περιέλιξη, το ελατήριο δεν κρατά τις διαστάσεις του.

Όταν μας φέρνετε ένα σπασμένο ελατήριο, εξετάζουμε πού και πώς έσπασε. Έτσι το αντικαθιστούμε με ελατήριο που δεν θα επαναλάβει το ίδιο πρόβλημα, αλλάζοντας υλικό, διατομή ή γεωμετρία όπου χρειάζεται.

Πώς μετράτε και παραγγέλνετε ένα ελατήριο πιέσεως

Για να κατασκευάσουμε ή να αντικαταστήσουμε ένα ελατήριο πιέσεως χρειαζόμαστε τέσσερα βασικά μεγέθη:

1. Διάμετρος σύρματος: μετριέται με παχύμετρο πάνω στη σπείρα.
2. Εξωτερική διάμετρος: η μεγαλύτερη διάσταση του ελατηρίου κάθετα στον άξονα.
3. Ελεύθερο μήκος: το μήκος χωρίς φορτίο.
4. Αριθμός σπειρών: συνολικές σπείρες από άκρο σε άκρο.

Χρήσιμο είναι να μας πείτε και τον τύπο των άκρων, το υλικό αν το γνωρίζετε, καθώς και το περιβάλλον και το φορτίο λειτουργίας. Οδηγίες βήμα προς βήμα θα βρείτε στο άρθρο πώς να μετρήσετε ένα ελατήριο.

Αν δεν μπορείτε να μετρήσετε, στείλτε μας το δείγμα, ακόμα και φθαρμένο ή σπασμένο. Το αποτυπώνουμε στο εργοστάσιο και το αναπαράγουμε. Μπορείτε να συμπληρώσετε τη φόρμα παραγγελίας ελατηρίου πιέσεως ή να μας καλέσετε στον Ασπρόπυργο στο 210 557 0975 και στο υποκατάστημα στο Μεταξουργείο στο 210 524 7562.

Συχνές ερωτήσεις