Ein Frühling ist ein elastischer Gegenstand, der verwendet ist, um mechanische Energie zu versorgen. Frühlinge werden gewöhnlich aus Federstahl gemacht. Kleine Frühlinge können Wunde vom vorgehärteten Lager sein, während größere von ausgeglühtem Stahl gemacht und nach der Herstellung gehärtet werden. Einige Nichteisenmetalle werden auch einschließlich Phosphorbronze und Titans für Teile verwendet, die Korrosionswiderstand und Beryllium-Kupfer seit den Frühlingen verlangen, elektrischen Strom (wegen seines niedrigen elektrischen Widerstands) tragend.

Wenn ein Frühling zusammengepresst oder gestreckt wird, ist die Kraft, die er ausübt, zu seiner Änderung in der Länge proportional. Die Rate oder Frühlingskonstante eines Frühlings sind die Änderung in der Kraft, die es, geteilt durch die Änderung in der Ablenkung des Frühlings ausübt. D. h. es ist der Anstieg der Kraft gegen die Ablenkungskurve. Ein Erweiterungs- oder Kompressionsfrühling ließ Einheiten der Kraft durch die Entfernung, zum Beispiel lbf/in oder N/m teilen. Verdrehungsfrühlinge ließen Einheiten der Kraft durch die Entfernung multiplizieren, die durch den Winkel wie N geteilt ist · m/rad oder ft · lbf/degree. Das Gegenteil der Frühlingsrate ist Gehorsam, der ist: Wenn ein Frühling eine Rate von 10 N/mm hat, hat er einen Gehorsam von 0.1 mm/N. Die Steifkeit (oder Rate) Frühlinge in der Parallele ist zusätzlich, wie der Gehorsam von Frühlingen der Reihe nach ist.

Abhängig vom Design und der erforderlichen Betriebsumgebung kann jedes Material verwendet werden, um einen Frühling zu bauen, so lange das Material die erforderliche Kombination der Starrheit und Elastizität hat: Technisch ist ein Holzbogen eine Form des Frühlings.

Geschichte

Einfache nichtaufgerollte Frühlinge wurden überall in der menschlichen Geschichte z.B, der Bogen (und Pfeil) verwendet. In der Bronzezeit wurden hoch entwickeltere Frühlingsgeräte, wie gezeigt, durch die Ausbreitung der Pinzette in vielen Kulturen verwendet. Ctesibius Alexandrias hat eine Methode entwickelt, um Bronze mit frühlingshaften Eigenschaften durch das Produzieren einer Legierung von Bronze mit einem vergrößerten Verhältnis von Dose, und dann das Härten davon durch das Hämmern zu machen, nachdem es geworfen wird.

Aufgerollte Frühlinge sind am Anfang des 15. Jahrhunderts in Tür-Schlössern erschienen. Die ersten Frühlingsangetriebenen Uhren sind in diesem Jahrhundert erschienen und haben sich zu den ersten großen Bewachungen vor dem 16. Jahrhundert entwickelt.

1676 hat britischer Physiker Robert Hooke den Grundsatz hinter der Handlung von Frühlingen entdeckt, dass die Kraft, die es ausübt, zu seiner Erweiterung, jetzt genannt das Gesetz von Hooke proportional ist.

Typen

Frühlinge können je nachdem klassifiziert werden, wie die Lastkraft auf sie angewandt wird:

• Frühling der Spannung/Erweiterung - der Frühling wird entworfen, um mit einer Spannungslast zu funktionieren, so streckt sich der Frühling, weil die Last darauf angewandt wird.
• Kompressionsfrühling - wird entworfen, um mit einer Kompressionslast zu funktionieren, so wird der Frühling kürzer, weil die Last darauf angewandt wird.
• Verdrehungsfrühling - verschieden von den obengenannten Typen, in denen die Last eine axiale Kraft, die auf einen Verdrehungsfrühling angewandte Last ist, ist ein Drehmoment oder Kraft drehend, und das Ende des Frühlings rotiert durch einen Winkel, weil die Last angewandt wird.
• Unveränderlicher Frühling - unterstützte Last wird dasselbe überall im Ablenkungszyklus bleiben
• Variabler Frühling - der Widerstand der Rolle, um zu laden, ändert sich während der Kompression

Sie können auch gestützt auf ihrer Gestalt klassifiziert werden:

• Spiralfeder - dieser Typ wird aus einer Rolle oder Spirale der Leitung gemacht
• Flacher Frühling - dieser Typ wird aus einem flachen oder Stück in der konischen Form von Metall gemacht.
• Maschinell hergestellter Frühling - dieser Typ des Frühlings wird durch die Fertigung des Bar-Lagers mit einer Drehbank und/oder das Mahlen der Operation verfertigt, anstatt Leitung aufzurollen. Da es maschinell hergestellt wird, kann der Frühling Eigenschaften zusätzlich zum elastischen Element vereinigen. Maschinell hergestellte Frühlinge können in den typischen Lastfällen der Kompression/Erweiterung, Verdrehung usw. gemacht werden.

Die allgemeinsten Typen des Frühlings sind:

• Freitragender Frühling - ein Frühling, der nur an einem Ende befestigt wird.
• Spiralfeder oder spiralenförmiger Frühling - ein Frühling (gemacht durch das Winden einer Leitung um einen Zylinder) und der konische Frühling - sind das Typen des Verdrehungsfrühlings, weil die Leitung selbst gedreht wird, wenn der Frühling zusammengepresst oder gestreckt wird. Diese sind der Reihe nach zwei Typen:
• Kompressionsfrühlinge werden entworfen, um kürzer, wenn geladen, zu werden. Ihre Umdrehungen (Schleifen) berühren sich in der ausgeladenen Position nicht, und sie brauchen keine Verhaftungspunkte.
• Ein spiralförmiger Frühling ist ein Kompressionsfrühling in der Form eines Kegels, entworfen, so dass unter der Kompression die Rollen gegen einander nicht gezwungen werden, so längeres Reisen erlaubend.
• Spannung oder Erweiterungsfrühlinge wird entworfen, um länger unter der Last zu werden. Ihre Umdrehungen (Schleifen) berühren sich normalerweise in der ausgeladenen Position, und sie haben einen Haken, Auge oder einige andere Mittel der Verhaftung an jedem Ende.
• Hairspring oder Gleichgewicht-Frühling - ein feiner spiralförmiger Verdrehungsfrühling hat in Bewachungen, Galvanometern und Plätzen verwendet, wohin Elektrizität zu teilweise rotierenden Geräten wie Steuerräder getragen werden muss, ohne die Folge zu hindern.
• Blatt-Frühling - ein flacher Frühling, der in Fahrzeugsuspendierungen, elektrischen Schaltern und Bögen verwendet ist.
• V-Frühling - verwendet in antiken Schusswaffe-Mechanismen wie der wheellock, das Steinschlossgewehr und die Schlagzeug-Kappe-Schlösser.

Andere Typen schließen ein:

• Waschmaschine von Belleville oder Frühling von Belleville - eine Scheibe hat sich geformt Frühling hat allgemein gepflegt, Spannung auf einen Bolzen (und auch im Einleitungsmechanismus von Druck-aktivierten Landminen) anzuwenden.
• Frühling der unveränderlichen Kraft — ein dicht gerolltes Zierband, das eine fast unveränderliche Kraft ausübt, weil er entrollt wird.
• Gasfrühling - ein Volumen von Benzin, das zusammengepresst wird.
• Idealer Frühling - der begriffliche Frühling hat in der Physik verwendet: Es hat kein Gewicht, Masse oder Dämpfungsverluste.
• Triebfeder - ein spiralförmiges Zierband hat Frühling gestaltet, der als eine Macht-Quelle in Bewachungen, Uhren, Musik-Kästen, Abwicklungsspielsachen verwendet ist, und hat mechanisch Leuchtfeuer angetrieben
• Frühling von Negator - ein dünnes im Querschnitt ein bisschen konkaves Metallband. Wenn aufgerollt, nimmt es einen flachen Querschnitt an, aber wenn entrollt, kehrt es zu seiner ehemaligen Kurve zurück, so eine unveränderliche Kraft überall in der Versetzung erzeugend und jede Tendenz verneinend, zurückzuspulen. Die allgemeinste Anwendung ist die zurücktretende Stahlband-Regel.
• Progressive Rate-Spiralfedern - Eine Spiralfeder mit einer variablen Rate, die gewöhnlich erreicht ist, indem sie ungleichen Wurf gehabt wird, so dass weil der Frühling ein oder mehr Rolle-Reste gegen seinen Nachbar zusammengepresst wird.
• Gummiband - ein Spannungsfrühling, wo Energie durch das Ausdehnen des Materials versorgt wird.
• Frühlingswaschmaschine - hat gepflegt, eine unveränderliche dehnbare Kraft entlang der Achse eines Verschlusses anzuwenden.
• Verdrehungsfrühling - jeder Frühling hat vorgehabt, gedreht aber nicht zusammengepresst oder erweitert zu werden. Verwendet in Verdrehungsbar-Fahrzeugsuspendierungssystemen.
• Welle-Frühling - eine dünne Frühlingswaschmaschine, in die Wellen gedrückt worden sind.

Physik

Das Gesetz von Hooke

So lange sie nicht gestreckt oder außer ihrer elastischen Grenze zusammengepresst werden, folgen die meisten Frühlinge dem Gesetz von Hooke, das feststellt, dass die Kraft, mit der die Frühlingsstöße zurück zur Entfernung von seiner Gleichgewicht-Länge linear proportional ist:

: x ist der Versetzungsvektor - die Entfernung und Richtung der Frühling wird von seiner Gleichgewicht-Länge deformiert.

: F ist der resultierende Kraft-Vektor - der Umfang und die Richtung der Wiederherstellungskraft der Frühling übt aus

: k ist die Rate, Frühlingskonstante oder Kraft, die des Frühlings, eine Konstante unveränderlich ist, die vom Material und Aufbau des Frühlings abhängt.

Spiralfedern und andere allgemeine Frühlinge folgen normalerweise dem Gesetz von Hooke. Es gibt nützliche Frühlinge, die nicht tun: Auf dem Balken-Verbiegen gestützte Frühlinge können zum Beispiel Kräfte erzeugen, die sich nichtlinear mit der Versetzung ändern.

Einfache harmonische Bewegung

Da Kraft der Masse, M, Zeitbeschleunigung, a gleich ist, ist die Kraft-Gleichung seit einem Frühling, dem Gesetz von Hooke folgend, ähnlich:

Die Masse des Frühlings wird klein im Vergleich mit der Masse der beigefügten Masse angenommen und wird ignoriert. Da Beschleunigung einfach die zweite Ableitung von x in Bezug auf die Zeit, ist

Das ist eine zweite lineare Ordnungsdifferenzialgleichung für die Versetzung als eine Funktion der Zeit. Umordnen:

dessen Lösung die Summe eines Sinus und Kosinus ist:

und sind willkürliche Konstanten, die durch das Betrachten der anfänglichen Versetzung und Geschwindigkeit der Masse gefunden werden können. Der Graph dieser Funktion mit (anfängliche Nullposition mit etwas positiver anfänglicher Geschwindigkeit) wird im Image rechts gezeigt.

Theorie

In der klassischen Physik kann ein Frühling als ein Gerät gesehen werden, das potenzielle Energie, spezifisch elastische potenzielle Energie, durch das Belasten der Obligationen zwischen den Atomen eines elastischen Materials versorgt.

Das Gesetz von Hooke der Elastizität stellt fest, dass die Erweiterung einer elastischen Stange (seine aufgeblasene Länge minus seine entspannte Länge) zu seiner Spannung linear proportional ist, hat die Kraft gepflegt, es zu strecken. Ähnlich ist die Zusammenziehung (negative Erweiterung) zur Kompression (negative Spannung) proportional.

Dieses Gesetz hält wirklich nur ungefähr, und nur, wenn die Deformierung (Erweiterung oder Zusammenziehung) im Vergleich zur gesamten Länge der Stange klein ist. Für Deformierungen außer der elastischen Grenze werden Atomobligationen gebrochen oder haben umgeordnet, und ein Frühling kann schnappen, zuschnallen, oder dauerhaft deformieren. Viele Materialien haben keine klar definierte elastische Grenze, und das Gesetz von Hooke kann auf diese Materialien nicht bedeutungsvoll angewandt werden. Außerdem, für die superelastischen Materialien, die geradlinige Beziehung zwischen Kraft und Versetzung ist nur im Gebiet der niedrigen Beanspruchung passend.

Das Gesetz von Hooke ist eine mathematische Folge der Tatsache, dass die potenzielle Energie der Stange ein Minimum ist, wenn es seine entspannte Länge hat. Jede glatte Funktion einer Variable kommt einer quadratischen Funktion, wenn untersucht, in der Nähe von genug zu seinem minimalen Punkt näher; und deshalb wird die Kraft — der die Ableitung der Energie in Bezug auf die Versetzung ist — einer geradlinigen Funktion näher kommen.

Kraft des völlig komprimierten Frühlings

: E - das Modul von Jungem

: d - Frühling schließen Diameter an

: L - freie Länge des Frühlings

: n - Zahl von aktivem windings

: - Verhältnis von Poisson

: D - Frühlingsaußendiameter

Nulllänge-Frühlinge

"Nulllänge-Frühling" ist ein Begriff seit einer besonders bestimmten Spiralfeder, die Nullkraft ausüben würde, wenn es Nulllänge hätte. D. h. in einem Liniengraphen der Kraft des Frühlings gegen seine Länge führt die Linie den Ursprung durch. Offensichtlich kann sich eine Spiralfeder nicht zur Nulllänge zusammenziehen, weil an einem Punkt die Rollen einander berühren werden und der Frühling nicht im Stande sein wird, mehr kürzer zu werden. Nulllänge-Frühlinge werden durch die Herstellung einer Spiralfeder mit der eingebauten Spannung so gemacht, wenn sie sich weiter, der Gleichgewicht-Punkt des Frühlings zusammenziehen konnte, kommt der Punkt, an dem seine Wiederherstellungskraft Null ist, an einer Länge der Null vor. In der Praxis werden Nulllänge-Frühlinge durch das Kombinieren einer "negativen Länge" Frühling gemacht, der mit noch mehr Spannung gemacht ist, so würde sein Gleichgewicht-Punkt an einer "negativen" Länge mit einem Stück des unelastischen Materials der richtigen Länge sein, so würde der Nullkraft-Punkt an der Nulllänge vorkommen.

Ein Nulllänge-Frühling kann einer Masse auf einem Scharnierboom auf solche Art und Weise beigefügt werden, dass die Kraft auf der Masse fast durch den vertikalen Bestandteil der Kraft vom Frühling was für die Position des Booms genau erwogen wird. Das schafft ein horizontales "Pendel" mit der sehr langen Schwingungsperiode. Pendel des langen Zeitraumes ermöglichen Seismographen, die langsamsten Wellen von Erdbeben zu fühlen. Die Suspendierung von LaCoste mit Nulllänge-Frühlingen wird auch in gravimeters verwendet, weil es zu Änderungen im Ernst sehr empfindlich ist. Frühlinge für Schlusstüren werden häufig gemacht, grob Nulllänge zu haben, so dass sie Kraft ausüben werden, selbst wenn die Tür fast geschlossen wird, so wird es fest schließen.

Gebrauch

• Gleichgewicht-Frühlinge mechanische Chronometer
• Die Knickung von Frühlingstastaturen
• In CD-Spielern
• Innerhalb eines Kugelschreibers
• Matratze
• Springstock
• Geschmeidiger
• Trampolin
• Fahrzeugsuspendierung
• Hammer-Bar

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