Špirálová pružina je špeciálny typ špirálovej pružiny v tvare rovinnej Archimedovej špirály alebo koncentrickej špirály. Využíva vysoko elastický kovový pás (zvyčajne pružinová oceľ alebo nehrdzavejúca oceľ) na ukladanie potenciálnej energie počas navíjania. Princíp fungovania jadra je založený na Hookovom zákone elastickej deformácie, ale prejavuje sa jedinečne: keď je jeden koniec pružiny pevný a druhý koniec je vystavený rotačnému momentu, kovový pás sa napína alebo uvoľňuje okolo svojej centrálnej osi, pričom premieňa mechanickú energiu na uloženú energiu elastickej deformácie a uvoľňuje energiu, keď je krútiaci moment nezaťažený, čím sa vracia do pôvodného tvaru.
Táto štruktúra sa vyhýba axiálnemu obsadzovaniu priestoru tradičnými špirálovými pružinami a ukladá energiu v kompaktnom rovinnom alebo valcovom priestore. Jeho krútiaci moment a uhol natočenia typicky vykazujú dobrý lineárny vzťah. Kľúč k jeho dizajnu spočíva v presnom riadení prierezových rozmerov pásu, medze klzu materiálu a strát trením medzi špirálami, aby sa zabezpečila efektívna premena energie a dlhá životnosť.
Presný proces ukladania a uvoľňovania energie
Hustota akumulácie energie je kľúčovým ukazovateľom výkonu špirálovej pružiny. V porovnaní s inými typmi pružín umožňuje jej rovnomerné rozloženie napätia akumulovať viac energie v obmedzenom objeme. Keď je na pohyblivé koncové rameno aplikovaná vonkajšia sila, kovový pás sa navíja rovnomerne zvonka dovnútra alebo zvnútra von, čím sa vytvára nepretržité hladké ohybové napätie v materiáli. Tento proces vyžaduje, aby materiál mal extrémne vysoké medze únavy a jednotné mechanické vlastnosti; akékoľvek mikroskopické defekty môžu viesť ku koncentrácii napätia a predčasnému zlyhaniu.
Proces uvoľnenia je opakom procesu ukladania, ale nie je to jednoduché obnovenie. Pružina musí poskytovať stabilný a kontrolovateľný výstup krútiaceho momentu pri odraze, čo je kľúčové pre dynamickú plynulosť navíjacích mechanizmov-. Inžinieri optimalizujú modul pružnosti a odolnosť materiálu voči relaxácii prostredníctvom procesov tepelného spracovania a znižujú medzivrstvové trenie prostredníctvom povrchových úprav, čím sa dosahuje účinnosť uvoľňovania energie viac ako 90 % pri zachovaní spoľahlivosti na milióny cyklov.
