GAS SPRING

Gas spring là gì?

Bạn đã bao giờ thử nâng nắp thùng xe (đôi khi được gọi là cổng sau, nở hoặc khởi động) của chiếc xe của bạn chỉ bằng một ngón tay? Làm thế nào mà bạn có thể nâng một mảnh kim loại và thủy tinh nặng với lực rất ít? Câu trả lời, nếu bạn chưa biết, nằm ở những bản lề giống như pít-tông thông minh hỗ trợ nắp ở hai bên. Chúng được gọi là lò xo gas (hoặc giảm chấn khí) và chúng làm cho cuộc sống của chúng ta dễ dàng hơn rất nhiều theo mọi cách.

Nếu bạn đang ngồi trên ghế văn phòng ngay bây giờ, có lẽ có một gas spring (lò xo khí, ben gas) bên dưới cơ thể bạn. Nhả cần gạt chiều cao và bạn sẽ cảm thấy (và có thể nghe thấy) khí trong lò xo bị nén khi ghế nhẹ nhàng rơi xuống. Lò xo gas có vô số công dụng khác. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn về các tiện ích tiện dụng này và tìm hiểu cách chúng hoạt động!

Một lò xo khí chắc chắn (xi lanh đen mỏng và thanh bạc trượt vào và ra) hỗ trợ cổng sau của chiếc xe này trong quá trình tải và dỡ hàng. Nó trông hơi giống một chiếc bơm xe đạp, nhưng nó hoạt động theo một cách rất khác.

Tại sao chúng ta cần lò xo gas (gas spring)?

Giả sử không có lò xo khí trên nắp cốp xe của bạn. Nó sẽ rất nặng để nâng và sẽ không có gì để giữ nó trong không khí khi bạn muốn tải trong mua sắm của bạn, điều này sẽ gây phiền toái thực sự. Và, nếu bạn để nắp đi, nó sẽ đâm vào thân xe của bạn, có thể gây ra nhiều thiệt hại trong quá trình này. Bây giờ chúng ta có thể đặt một lò xo kim loại bình thường trên nắp, nhưng điều đó sẽ không giúp được gì nhiều. Nó sẽ cần phải là một lò xo rất cứng và nặng, vì vậy sẽ phải mất một nỗ lực rất lớn để nâng cái nắp lên cao trong không khí. Bạn càng nâng nó lên cao, nó sẽ càng khó nâng hơn nữa. Với nắp mở hoàn toàn, lò xo sẽ ​​được kéo dài ra đến mức nó sẽ kéo thẳng xuống một lần nữa!

Ứng dụng của gas spring dùng để nâng ghế văn phòng

Gas spring (lò xo khí) hoạt động như thế nào?

Ý tưởng cơ bản

Một lò xo khí giống như một phiên bản siêu mạnh mẽ của bơm xe đạp, chỉ có điều nó chứa đầy khí nitơ áp suất (thành phần chính của không khí xung quanh chúng ta) và dầu và bịt kín hoàn toàn để chúng không thể thoát ra. Khí cho phép lò xo lưu trữ năng lượng, trong khi dầu giảm (làm chậm và làm trơn) chuyển động của piston và cũng cung cấp dầu bôi trơn. Giống như trong bơm xe đạp, có một pít-tông gắn chặt được gắn trên một thanh có thể trượt qua lại bên trong xi-lanh (được làm từ thép nặng, không phải nhựa nhẹ như trong bơm xe đạp).

Đẩy vào một lò xo khí và bạn buộc thanh piston và piston vào xi lanh và điều này sẽ nén khí. Dừng nhấn và buông ra và áp lực của khí đẩy pít-tông trở lại một lần nữa. Cho đến nay, âm thanh đó giống như tiếng bơm xe đạp nhưng nó hoạt động theo một cách khác. Không giống như bơm xe đạp, khí bên trong xi lanh thực sự có thể chảy qua hoặc xung quanh pít-tông từ bên này sang bên kia khi nó di chuyển qua lại. 

Chính xác làm thế nào điều này xảy ra thay đổi từ một thiết kế của lò xo khí khác; thông thường piston có một hoặc nhiều lỗ hoặc van trong đó. Bây giờ nếu pít-tông có thể di chuyển qua khí, bạn có thể nghĩ rằng nó không nén khí chút nào. Nhưng đừng quên rằng toàn bộ xi lanh được niêm phong hoàn toàn. Khi thanh piston ở trong xi lanh, nó sẽ chiếm chỗ mà khí đã chiếm trước đó. Nói cách khác, khi một lò xo khí được đẩy hoàn toàn vào, bạn đã nén khí bên trong một lượng bằng với thể tích của thanh piston. Nếu thanh piston chiếm gần như toàn bộ xi lanh, bạn có thể thấy rằng khí đang bị nén khá đáng kể. Áp suất khí có thể rất cao, thường lên tới khoảng 170 lần áp suất khí quyển bình thường!

Ảnh: Khí bên trong lò xo khí có thể chảy qua hoặc xung quanh pít-tông từ bên này sang bên kia, nhưng nó không thể thoát ra khỏi xi lanh. Toàn bộ hệ thống được niêm phong, vì vậy khi piston đi vào, khí được nén bởi một thể tích bằng với không gian chiếm bởi thanh piston.

Làm thế nào để gas spring (lò xo khí) tạo ra một lực?

Có một sự khác biệt đặc biệt quan trọng giữa bơm xe đạp và gas spring (lò xo khí) và đó là cách tạo ra lực khi bạn đẩy pít-tông. Giả sử bạn che phần cuối của bơm xe đạp và đẩy pít-tông. Bạn sẽ ngay lập tức thấy có một lực ép ra bên ngoài vào tay bạn, bởi vì áp suất của khí ở một bên của pít-tông cao hơn áp suất của không khí ở phía bên kia. Nói cách khác, lực được tạo ra bởi sự chênh lệch áp suất ở hai bên của piston. Bạn sẽ ngay lập tức thấy có một lực ép ra bên ngoài vào tay bạn, bởi vì áp suất của khí ở một bên của pít-tông cao hơn áp suất của không khí ở phía bên kia. Nói cách khác, lực được tạo ra bởi sự chênh lệch áp suất ở hai bên của piston.

Trong gas spring, mọi thứ điều khác nhau. Chất lỏng có thể chảy xung quanh hoặc qua piston từ bên này sang bên kia, do đó áp suất là như nhau ở cả hai bên. Tuy nhiên, áp suất tác động lên một khu vực lớn hơn trên bề mặt bên trong của piston so với bên ngoài (vì thanh piston chiếm một số chỗ). Điều đó có nghĩa là có nhiều lực ở mặt bên trong hơn bên ngoài và đó là cách một lò xo khí tạo ra một lực khi bạn đẩy nó vào. Nói cách khác, lực được tạo ra bởi sự khác biệt về diện tích.

Sức mạnh đến từ đâu? Trong một lò xo khí, chất lỏng ở áp suất bằng nhau đẩy vào cả hai bên của piston. Nhưng bên trong của piston (bên phải) có diện tích lớn hơn bên ngoài (bên trái, nơi thanh piston màu xanh chiếm phòng). Điều này có nghĩa là có nhiều lực đẩy vào bên trong hơn bên ngoài cho lực lượng ra bên ngoài hoặc lực "đầu ra".

Kích thước của lực mà lò xo khí tạo ra (đôi khi được gọi là "lực đầu ra" của nó) bằng diện tích của piston nhân với áp suất bên trong. Lực đầu ra bị giảm do ma sát giữa piston và xi lanh (đó là một lý do tại sao bôi trơn là quan trọng) và tăng theo nhiệt độ (bởi vì, theo các định luật khí cơ bản, nhiệt độ cao hơn làm tăng áp suất của khí bên trong xi lanh).

Giống như lò xo kim loại, lò xo khí có tất cả các kích cỡ khác nhau. Bạn có thể chọn một cái có kích thước vừa phải của xi lanh và pít-tông và áp suất khí phù hợp để tạo ra lực chính xác trong lò xo khi bạn cần thực hiện một công việc cụ thể. Để hỗ trợ nắp cốp xe, bạn cần hai lò xo khí ở hai bên để cung cấp lực mạnh tương đương khi chúng bị nén bằng trọng lượng của nắp.

Đối với một chiếc ghế văn phòng, bạn cần lò xo để cung cấp lực mạnh hơn một chút so với trọng lượng của ghế. Trong hầu hết các ghế, gas spring không thực sự hỗ trợ trọng lượng của người. Thay vào đó, nó thường có một đòn bẩy kèm theo để kẹp và khóa ở một độ cao nhất định, ngăn không cho ghế di chuyển lên hoặc xuống thêm nữa. Lò xo được thiết kế đơn giản để cho ghế di chuyển lên xuống nhẹ nhàng mà không cần bạn phải cung cấp nhiều lực.

Lò xo gas làm giảm chấn

Một điều bạn sẽ nhận thấy về lò xo khí nén là chúng hoạt động chậm và trơn tru. Phần cuối của piston được thiết kế để chất lỏng bên trong xi lanh (khí và chất lỏng) có thể chảy qua hoặc xung quanh nó rất chậm. Các lò xo khác nhau được thiết kế theo nhiều cách khác nhau và một số pít-tông được bố trí để chất lỏng sẽ chảy nhanh hơn qua chúng khi lò xo di chuyển theo một hướng so với khi nó di chuyển theo hướng ngược lại.

Ví dụ, khi piston được nén vào xi lanh, phần cuối của piston có thể được thiết kế để đóng van để chất lỏng có thể chảy qua nó rất chậm, làm giảm tốc độ mà piston có thể di chuyển. Khi piston di chuyển theo cách khác, van có thể được thiết kế để mở ra để chất lỏng sẽ đi qua nó nhanh hơn, cho phép piston di chuyển nhanh hơn nhiều. Lò xo gas thường được thiết kế với một kích thước tải trọng cụ thể để chúng mở rộng rất trơn tru ở một tốc độ cụ thể (rất nhiều cm hoặc inch mỗi giây).

Gas spring là kho chứa năng lượng

Công việc của gas spring là làm cho cuộc sống của bạn trở nên dễ dàng và nó thực hiện điều đó bằng cách lưu trữ năng lượng (khi có sẵn nhiều thông thường khi bạn hạ thấp vật nặng) và giải phóng năng lượng đó (khi bạn cần trợ giúp thêm thường xuyên khi bạn nâng một cái gì đó lên). Hãy nghĩ về một lò xo khí như một loại pin cơ học lưu trữ và giải phóng năng lượng bằng cách ép và giải phóng khí và bạn có thể thấy tại sao nó lại hữu ích như vậy.

Điều gì đang xảy ra với năng lượng khi bạn nâng một nắp thùng nặng không có lò xo thuộc loại nào? Có rất nhiều khối lượng trong nắp thép và thủy tinh, vì vậy cần rất nhiều năng lượng để nâng nó lên chống lại lực hấp dẫn, không ngừng cố gắng kéo nó xuống. Khi nắp cao trong không khí, nó sẽ lưu trữ năng lượng tiềm năng: bạn có thể giải phóng nắp và nó sẽ lại rơi thẳng xuống. Nếu điều đó xảy ra, năng lượng tiềm năng ngay lập tức được chuyển đổi thành động năng, khi nắp tăng tốc, sau đó đốt nóng và năng lượng âm thanh khi nắp đập vào thân xe. Thật là lãng phí!

Với một vài lò xo khí ở hai bên nắp, nó hoạt động theo một cách khác. Bây giờ, khi bạn nhẹ nhàng hạ nắp, trọng lượng của kim loại và thủy tinh buộc các pít-tông vào lò xo khí, nén khí nitơ bên trong. Khi bạn hạ nắp, năng lượng tiềm năng mà nó có khi lên không trung sẽ dần chuyển thành năng lượng tiềm năng bên trong lò xo khí và được lưu trữ ở đó. Lần tới khi bạn muốn nâng nắp, năng lượng tiềm năng đó đang chờ đợi bên trong lò xo sẵn sàng giúp bạn. Nhả nắp bắt, nhấc nắp nhẹ nhàng và năng lượng tiềm năng được lưu trữ trong lò xo khí được giải phóng từ từ. Các pít-tông đẩy ra khỏi lò xo khí và giúp bạn nâng nắp trở lại.

Cách chọn lò xo khí, gas spring của bạn

Hỗ trợ quyết định

1 - Áp lực / lực lò xo khí

Áp suất cần thiết cho lò xo khí được tính bằng cách thay thế các giá trị ?? được sử dụng trong công thức sau:

F1 = ((m x RH) / (2 x N x x2) + 5) x 9,81 = áp suất lò xo khí được biểu thị bằng Newton 

F1 = áp lực lò xo khí / lực

N = số lượng lò xo khí mong muốn

m = trọng lượng (kg) của cổng sau / vật thể được nâng lên, điều động

RH = chiều dài (tính bằng mét) của đối tượng cổng sau sẽ được nâng lên, điều động

x2 = khoảng cách (tính bằng mét) giữa điểm áp dụng lò xo khí trên cổng sau và trục quay của cổng sau.

Số 5 đại diện cho một lực không đổi 5 kg / p, tương đương với hành động cọ xát.

Thí dụ:

Đối với một hatchback với các đặc điểm và giá trị sau:

N = 2

m = 50 kg

Rh = 1,50 m

x2 = 0,40 m

F1 = ((50 x 1,5) / (2 × 2 × 0,40) + 5) = 9,81 x 508N

Trong trường hợp này, vì dung sai là +/- 50 N, chúng tôi khuyên dùng hai lò xo khí 550N.

Nói chung, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng tỷ lệ sau: đột quỵ = 1/3 của RH mỗi 90 ° (mở góc).

Ví dụ: RH = 1,5m 1,5 / 3 = 0,5m

Chốt 500mm = ST 500 + ... + V ...

Chọn đường kính que tùy thuộc vào loại và tần suất sử dụng. Ditto cho loại khớp nối cuối (mắt bản lề hàn hoặc ren).

Độ dốc X2 phải nhỏ hơn 50mm so với hành trình lò xo khí (hình 2 và hình 4).

Độ dốc Y1 phải nhỏ hơn 100mm so với hành trình lò xo khí (hình 1 và hình 3).

Lưu ý: Các bản cài đặt được ghi chú ở trên chỉ là ví dụ và không chịu bất kỳ trách nhiệm nào của Berthold Marx.

3 - Một khi bạn có thông tin này, bạn có thể tìm thấy các tài liệu tham khảo lò xo khí phù hợp bằng cách tham khảo danh mục của chúng tôi.

4 - Khuyến nghị quan trọng

Luôn lắp đặt lò xo khí theo chiều dọc với thanh hướng xuống.

Điểm đính kèm phải được xếp hàng. Họ phải cho phép một khoảng trống nhất định để thanh không bị căng thẳng bên.

Tránh bất kỳ tác động đến lò xo khí.

Không bao giờ tháo rời một lò xo khí.

Không cho phép bất kỳ sơn nào trên piston / thanh vì điều này có thể dẫn đến rò rỉ khí.

Tại sao nên sử dụng gas spring (lò xo khí)?

Một lò xo khí nén có thể làm một công việc tương tự như một lò xo kim loại thông thường, mặc dù nó có một số lợi thế. Do áp suất cao của khí bên trong nó, một gas spring có thể nhỏ gọn hơn nhiều so với lò xo kim loại sẽ cung cấp cùng một lực. Lò xo khí mở rộng và co lại trơn tru hơn lò xo kim loại và có thể được thiết kế để mở và đóng ở tốc độ chính xác và không đổi (không giống như lò xo kim loại, co lại nhanh hơn khi chúng được mở rộng hơn nữa và có thể rất khó đoán). Về mặt cơ học, lò xo gas rất đơn giản và có ít bộ phận chuyển động, vì vậy chúng tương đối rẻ, cực kỳ đáng tin cậy và thường kéo dài nhiều năm mà không cần bảo trì gì cả. Lò xo kim loại có nhiều khả năng phá vỡ nhiều lần kéo dài và giải phóng (tải và dỡ) vì giảm sức chịu đựng của kim loại.

Ứng dụng gas spring, ty hơi chống giường

Gas spring nghe có vẻ tuyệt vời phải không? Nhưng điều đó không có nghĩa là bạn sẽ tìm thấy chúng ở mọi nơi. Một số thứ trông rất giống lò xo gas hóa ra lại có một chút khác biệt bên trong. Cửa thường có các thiết bị đóng giống như khuỷu tay được trang bị trên cạnh trên của chúng tự động kéo chúng đóng lại. Nhìn thoáng qua, chúng trông rất giống lò xo khí, nhưng bên trong, chúng sử dụng kết hợp một hoặc hai piston thủy lực (đầy dầu), bánh răng truyền động, một lò xo kim loại cuộn thông thường và (đôi khi) cam. Một số "lò xo khí" sử dụng hỗn hợp khí và chất lỏng trong pít-tông của chúng.

Ứng dụng gas spring trong ô tô

Lò xo gas, giảm chấn và hệ thống điều chỉnh cho ngành công nghiệp ô tô. Theo xu hướng an toàn trong tương lai, các sản phẩm của gas spring được sử dụng trong nhiều chức năng trong xe để hỗ trợ mở và hạ thấp cửa sau, để điều chỉnh vị trí ghế ngồi và đặc biệt là bảo vệ trong trường hợp xảy ra tai nạn: Các sản phẩm của gas spring hoạt động mạnh hơn an toàn cho hành khách.