Pružina

Pružina (lidově nazývaná též pero nebo péro) je strojní součást, která umožňuje v jednom nebo i více směrech elastickou deformaci: působením síly se deformuje, ale když síla přestane působit, vrací se do původního tvaru. Využívá se buď k zachycení, akumulaci sil (jako pero u hodin) nebo k pružnému spojení jiných součástí tak, aby se rázy a kmitání neodpružené součásti (například nápravy) nepřenášely na část odpruženou (například podvozek). Pružina obvykle působí silou závislou na velikosti její výchylky z klidové polohy a ve směru proti této výchylce. Charakteristika pružiny je obecně křivka vyjadřující závislost mezi silou působící na pružinu a její pružnou deformací.

U mnoha reálných pružin, především u často užívané šroubové tlačné pružiny či torzních tyčí, je tato závislost téměř lineární, v grafickém vyjádření je to tedy úsečka; sklon této úsečky udává tuhost pružiny, což je konstanta vyjadřující sílu potřebnou k jednotkové deformaci pružiny. V tomto případě přímé úměrnosti síly a výchylky tedy lze matematicky takové chování vyjádřit Hookovým zákonem následovně:

${\displaystyle F=-k\cdot x}$

kde ${\displaystyle F}$ je síla pružiny, ${\displaystyle k}$ je koeficient tuhosti, ${\displaystyle x}$ představuje výchylku pružiny z klidového stavu.

Plocha pod křivkou odpovídá dodané práci potřebné k určité deformaci pružiny neboli akumulované potenciální energii zatížené pružiny. V případě přímé úměrnosti tedy je:

${\displaystyle E_{p}=W={\frac {1}{2}}F\cdot x}$${\displaystyle ={\frac {1}{2}}k\cdot x^{2}}$

Těleso zavěšené na pružině je jedním z nejjednodušších mechanických oscilátorů, tedy soustavou vykonávající kmitání. Pokud zanedbáme tlumení, vykonává těleso o hmotnosti m na pružině s tuhostí k harmonické kmity o vlastní úhlové frekvenci rovné

${\displaystyle \omega ={\sqrt {\frac {k}{m}}}\,}$

• Pružiny namáhané ohybem:

Materiál pružin není optimálně využit zejména u kruhového průřezu.

• listové pružiny – díky tření mezi listy mají tlumící (nelineární) účinek
• vzpěrná listová pružina – její tuhost je degresivní čili s výchylkou prudce klesá (téměř až k nule)
• šroubovité pružiny zkrutné
• spirálové pružiny

• 
  Listová pružina
• 
  Vzpěrná pružina (degresivní)
• 
  Vinutá zkrutná pružina
• 
  Spirálová pružina

• Pružiny namáhané krutem:

Materiál pružin je 2× lépe využit než u pružin namáhaných ohybem.

• šroubovité pružiny válcové (tažné a tlačné)

Tuhost vinutých pružin je dána průměrem drátu, počtem "činných" závitů a průměrem vinutí. U progresivních pružin (kuželovitých, soudkovitých, s proměnným stoupáním) závity postupně dosedají na sebe, počet činných závitů se snižuje, čili tuhost stoupá.

Tažné pružiny tím, že namáhají oka ohybem jsou nehospodárné ve srovnání s tlačnými pružinami.

• šroubovité pružiny kuželové
• zkrutné tyče

• 
  Vinutá tlačná pružina
• 
  Vinutá tažná pružina
• 
  Progresivní vinutá tlačná pružina s proměnným stoupáním
• 
  Progresivní kuželovitá tlačná pružina

• Pružiny namáhané kombinovaně
• talířové pružiny
• kroužkové pružiny

• 
  Talířová složená pružina tlačná
• 
  Kroužková pružina

• Pryžové pružiny (silentbloky)

Materiál přírodní nebo syntetická pryž nebo pružný plast. Vlastnosti pryžových pružin:

• mají omezenou životnost
• mají velkou tuhost a menší zdvih
• mají velký tlumící účinek, takže se zahřívají
• mají omezenou odolnost proti chemickým látkám (olejům, rozpouštědlům,..)
• stárnou vlivem UV záření

• Zatížené tlakem
• Zatížené smykem
• Zatížené krutem
• Gumové špalky
• Gumové dorazy
• Gumová lana

• 
  Pryžová tlačná
• 
  Pryžová tlačná pouzdrová
• 
  Pryžová pružina zatížená smykem
• 
  Pryžová pružina zatížená krutem

Pneumatické pružiny využívají stlačitelnost plynů. - čistě pneumatické (měchy, plynové válce) - mají progresivní průběh tuhosti - hydropneumatické

• Plynové pružiny – vzpěry - pístnice- (válce plněné stlačeným dusíkem a olejem), mají až o 75 % nižší hmotnost než ocelové pružiny. Poměrně velké tření způsobené tlakem plynu na ucpávku zvětšuje rozdíl mezi zasouvací a vysouvací silou. Síla plynové pružiny je přímo úměrná plnicímu tlaku v pružině a také poměru pístní tyčky a samotného válce. Pomocí různé délky válce lze při stejném pracovním zdvihu měnit progresivitu (nárůst síly při stlačování u standardních vzpěr cca 20 %). Olejová náplň slouží jako mazadlo pístní tyčky,ale i jako koncové tlumení (množství oleje ovlivňuje délku tohoto tlumení).

Dělí se na:

• tlačné (nejrozšířenější)
• tažné (kde není dostatek místa pro klasické tlačné vzpěry) Vnitřní uspořádání tažné plynové pružiny
• s blokací - používají všude tam, kde je potřeba plynovou vzpěru zablokovat v určité poloze. Zmáčknutím ovládacího kolíku se otevře pístní ventil a píst se může vysouvat nebo zasouvat. Plynová vzpěra se zablokuje automaticky po uzavření pístního ventilu. Podle typu blokace jsou plynové vzpěry s pružnou blokací – válec je plněn dusíkem, tvrdou blokací nebo extra tvrdou blokací – válec je plněn olejem. Nejčastější uplatnění naleznou v nábytkářském průmyslu, sedadlech, lůžkách, operačních nebo masážních stolech.
• Radiální měch – roztahuje se do stran, zvenčí je sevřen pružnými kroužky
• Axiální měch – má stavitelnou pracovní výšku (délku)
• Hydropneumatická pružina – má stavitelnou pracovní polohu. K odpružení ji využívá firma Citroën a další automobilky. U autobusů umožňuje "pokleknutí" na zastávce pro snazší nastupování a vystupování.

• 
  Pneumatická pístnice plněná dusíkem
• 
  Radiální měch
• 
  Axiální měch
• 
  Hydropneumatická pružící jednotka

• Odpružení

• Obrázky, zvuky či videa k tématu pružina na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo pružina ve Wikislovníku