Спиралната пружина е специален тип спирална пружина, оформена като равнинна архимедова спирала или концентрична спирала. Той използва силно еластична метална лента (обикновено пружинна стомана или неръждаема стомана) за съхраняване на потенциална енергия по време на навиване. Основният принцип на работа се основава на закона на Хук за еластичната деформация, но се проявява уникално: когато единият край на пружината е фиксиран, а другият край е подложен на въртящ момент, металната лента се стяга или разхлабва около централната си ос, преобразувайки механичната енергия в съхранена енергия на еластична деформация и освобождавайки енергията, когато въртящият момент се разтовари, връщайки се в първоначалната си форма.
Тази структура избягва заемането на аксиално пространство от традиционните спирални пружини, съхранявайки енергия в компактно планарно или цилиндрично пространство. Неговият въртящ момент и ъгъл на въртене обикновено показват добра линейна връзка. Ключът към неговия дизайн се крие в прецизното контролиране на размерите на напречното-сечение на лентата, границата на провлачване на материала и загубите от триене между спиралите, за да се осигури ефективно преобразуване на енергията и дълъг експлоатационен живот.
Прецизният процес на съхранение и освобождаване на енергия
Плътността на съхранение на енергия е ключов показател за ефективност на спирална пружина. В сравнение с други видове пружини, неговото равномерно разпределение на напрежението позволява съхраняване на повече енергия в рамките на ограничен обем. Когато се приложи външна сила към подвижното крайно рамо, металната лента се навива равномерно отвън навътре или отвътре навън, генерирайки непрекъснато, гладко напрежение на огъване в материала. Този процес изисква материалът да притежава изключително високи граници на умора и еднакви механични свойства; всякакви микроскопични дефекти могат да доведат до концентрация на напрежение и преждевременна повреда.
Процесът на освобождаване е обратен на процеса на съхранение, но не е просто възстановяване. Пружината трябва да осигурява стабилен и контролируем изходен въртящ момент при отскачане, което е от решаващо значение за динамичната плавност на-навиващите механизми. Инженерите оптимизират еластичния модул на материала и устойчивостта на релаксация чрез процеси на термична обработка и намаляват триенето между слоевете чрез повърхностни обработки, постигайки ефективност на освобождаване на енергия от над 90%, като същевременно поддържат надеждност за милиони цикли.
