Что такое пружина постоянной силы?

В большинстве типов пружин сила, действующая, когда эта пружина сжимается, а затем ослабляется, пропорциональна расстоянию, на которое она была растянута. Пружина постоянной силы, в отличие от обычной пружины, не подчиняется этому правилу. В результате физической конструкции пружины постоянной силы, сила, с которой она отскакивает, остается постоянной. Поэтому пружины с постоянным усилием полезны во многих приложениях, где важно постоянное усилие отдачи.

Поведение обычных пружин можно описать математическим уравнением, известным как закон Гука. Этот закон гласит, что сила возвратной пружины в направлении отдачи равна расстоянию смещения пружины от равновесия - другими словами, насколько она была растянута - умноженной на математическую константу, скорость пружины. Пружина отскакивает в направлении, противоположном тому, в котором она была растянута. Так как многие упругие материалы ведут себя таким образом, закон Гука имеет широкое применение в области физики.

Закон Гука не применяется к пружинам с постоянной силой, потому что их сила отдачи остается постоянной во всем диапазоне их движения. Это достигается благодаря их уникальной физической конструкции, которая состоит из тонкой рулонной стальной ленты. Пружины постоянной силы находятся в состоянии расслабления, когда они полностью свернуты, и заряжаются силой, когда они частично или полностью развернуты. После освобождения пружина отскакивает, вытягивая вытянутую ленту обратно в плотный рулон. Поскольку сила отдачи в основном исходит от части, ближайшей к рулону, постоянная сила сохраняется.

Обычное применение пружины постоянной силы можно увидеть в рулетках, используемых в бытовых применениях и строительстве. Типичный рулеточный механизм состоит из тонкой металлической ленты, намотанной вокруг внутреннего барабана внутри пластикового корпуса. Когда измерительная лента извлекается и фиксируется, пружина прилагает усилие. Как только замок снят, лента автоматически отводится обратно в пластиковый корпус. Это втягивание достигается благодаря отдаче рулона, который функционирует как пружина постоянной силы.

Многие другие устройства с автоматическим отводом также используют пружину постоянного усилия. Некоторые примеры включают автомобильные ремни безопасности, противовесы окон, сиденья и пистолеты. Во всех этих приложениях устройство, генерирующее усилие, должно быть согласованным, каждый раз вести себя одинаково, действуя в небольшом пространстве. Пружины с постоянным усилием удовлетворяют обоим этим условиям, поскольку они оказывают постоянное усилие и также могут быть плотно намотаны, помещая большую длину ленты в область небольшого размера.