Sprężyny gazowe SUSPA — dobór siły, skoku i mocowania

Sprężynę gazową do klapy, osłony lub pokrywy dobiera się z bilansu momentów względem zawiasu oraz geometrii całego ruchu. Sama masa elementu i nominalna siła w niutonach nie wystarczają. Trzeba określić położenie środka ciężkości, punkty mocowania, długość między osiami końcówek w skrajnych położeniach i wymaganą siłę obsługi. W ofercie Pneumatig znajdziesz sprężyny SUSPA typu 16-1, 16-2, 16-4 i 16-6 oraz końcówki montażowe.

Siła F1, progresja i tłumienie — trzy różne cechy

Sprężyna gazowa ma zamknięte napełnienie azotem. Nie wymaga doprowadzenia sprężonego powietrza z instalacji. Ciśnienie gazu wytwarza siłę wysuwającą tłoczysko, natomiast układ przepływu wewnętrznego i olej odpowiadają za charakterystykę tłumienia. Sprężyna wspomaga ruch i magazynuje energię; samo tłumienie ogranicza prędkość przemieszczania.

Siła nie jest stała w całym skoku. Wciskanie tłoczyska zmniejsza objętość dostępną dla gazu, przez co rośnie ciśnienie i siła. SUSPA opisuje progresję stosunkiem F2/F1; F1 określa przy pomiarze 5 mm przed końcem wysuwu, przy temperaturze sprężyny i otoczenia 20°C. Wartość odczytuje się po zatrzymaniu ruchu zgodnie z procedurą pomiarową producenta. Tarcie uszczelnień dodatkowo rozdziela charakterystykę wciskania i wysuwania. Te zależności przedstawia dokumentacja działania sprężyn SUSPA.

Dla konstruktora oznacza to konieczność sprawdzenia co najmniej dwóch sytuacji: czy klapa utrzyma się w wymaganym położeniu oraz czy da się ją zamknąć przy akceptowalnej sile na uchwycie. Dwa wyroby o tym samym F1 mogą zachowywać się inaczej po zamontowaniu, jeśli mają inny skok, progresję lub tłumienie. Oznaczenie siły nie zastępuje charakterystyki konkretnego wykonania.

Jak odróżnić oferowane typy sprężyn?

W tabeli rozróżniono średnicę tłoczyska i średnicę cylindra. Wybór większego cylindra nie jest samodzielnym kryterium doboru: najpierw sprawdź wymagany skok, siłę i miejsce zabudowy.

Przykładem konkretnego wykonania jest SG-01624138, SUSPA 16-1 ze skokiem 20 mm. Jego karta podaje długość L = 77,5 ± 2 mm, gwinty M6 oraz zakres zamawianej siły 50–420 N. W zamówieniu trzeba wskazać siłę dla tej konfiguracji. Zakres wyboru nie oznacza, że zamontowaną sprężynę można dowolnie regulować w trakcie użytkowania. Przed wyznaczeniem odległości między sworzniami uwzględnij rysunek i długość obu końcówek.

Bilans momentów: przykład obliczenia dla klapy

Dla jednej rozpatrywanej pozycji klapy, przy pominięciu tarcia zawiasów i siły operatora, równowaga ma postać n · F · d = m · g · a. Symbol n oznacza liczbę jednakowo obciążonych sprężyn, F — siłę jednej sprężyny w tej pozycji, d — prostopadłą odległość osi zawiasu od linii działania sprężyny, m — masę klapy, g — przyspieszenie ziemskie, a — prostopadłą odległość osi zawiasu od linii działania ciężaru. Oba ramiona trzeba wyznaczyć dla tego samego kąta otwarcia.

Przykład obliczeniowy: masa klapy 20 kg, ramię ciężaru a = 0,30 m, dwie symetrycznie zamontowane sprężyny oraz ramię każdej z nich d = 0,10 m. Moment ciężaru wynosi 20 × 9,81 × 0,30 = 58,86 N·m. Wymagana siła równoważąca na jedną sprężynę to 58,86 / (2 × 0,10) = 294,3 N. To wynik dla przyjętego położenia, a nie gotowa rekomendacja zakupu sprężyny 300 N.

Jeżeli przy innym kącie ramię d zmaleje do 0,05 m, przy tym samym momencie ciężaru potrzebna siła wzrośnie dwukrotnie. W rzeczywistej klapie zmieniają się jednocześnie oba ramiona i wysunięcie sprężyny. Dlatego obliczenie należy powtórzyć w całym wymaganym zakresie, z uwzględnieniem charakterystyki siły, tolerancji, temperatury i momentu od siły ręki na uchwycie. Mnożenie wymaganej siły przez liczbę sprężyn zamiast podzielenia obciążenia prowadziłoby do błędnego wyniku.

Skok i końcówki muszą pasować do toru ruchu

Wyznacz odległość między punktami mocowania przy zamkniętej i otwartej klapie. Sprawdź, czy dobrany wyrób może przejść cały ruch bez dobicia, nadmiernego rozciągania i kolizji cylindra z konstrukcją. Odległość między osiami sworzni nie jest automatycznie równa długości samej sprężyny podanej w nazwie. Nie projektuj mocowania na podstawie zdjęcia lub długości podobnego modelu.

Końcówki do sprężyn gazowych dobiera się według gwintu, średnicy sworznia, wymiarów zabudowy i obciążenia. Przykładowe oczko SG-1 ma otwór Ø6 mm i gwint M6; jest opisane dla typów 16-1 i 16-2. Zgodność gwintu i otworu nie zwalnia z kontroli nośności uchwytu oraz swobody obrotu w każdym położeniu.

Temperatura, montaż i utrzymanie sprawności

Wzrost temperatury zwiększa siłę sprężyny, a ochłodzenie ją zmniejsza. Temperaturę oceniaj dla rzeczywistego miejsca pracy, także w nagrzanej obudowie i przy zimnym rozruchu. Wymaganie „utrzymuje klapę” trzeba sprawdzić dla dolnej temperatury i dopuszczalnego spadku siły w eksploatacji; wymaganie „można zamknąć” również dla warunków zwiększających siłę.

SUSPA zaleca standardowo montaż tłoczyskiem w dół oraz unikanie obciążeń poprzecznych, zabrudzenia i zarysowania tłoczyska. Odstępstwa dotyczą określonych wykonań i wymagają odpowiedniej dokumentacji. Sprężyna nie jest prowadnicą klapy ani sztywną blokadą serwisową. Wymianę wykonuje się po niezależnym podparciu ruchomego elementu. Nie otwieraj cylindra ani nie próbuj usuwać gazu w celu dopasowania siły. Zasady montażu i wpływ warunków pracy opisuje FAQ techniczne SUSPA.

Do doboru przygotuj szkic z osią obrotu, środkiem ciężkości, masą, kątem otwarcia i możliwymi punktami mocowania. Przy wymianie dodaj czytelne oznaczenie starego wyrobu, siłę, skok, długości montażowe i rodzaj końcówek. Taki zestaw danych pozwala porównać właściwe wykonanie SUSPA i ogranicza ryzyko zakupu elementu, który ma poprawną siłę nominalną, lecz niewłaściwą geometrię.