Spirálová pružina je speciální typ spirálové pružiny ve tvaru rovinné Archimedovy spirály nebo koncentrické spirály. Využívá vysoce elastický kovový pás (obvykle pružinová ocel nebo nerezová ocel) k ukládání potenciální energie během navíjení. Princip fungování jádra je založen na Hookeově zákonu pružné deformace, ale projevuje se jedinečně: když je jeden konec pružiny pevný a druhý konec je vystaven rotačnímu momentu, kovový pás se utahuje nebo povoluje kolem své centrální osy, přeměňuje mechanickou energii na uloženou energii elastické deformace a uvolňuje energii, když je moment nezatížený, a vrací se do svého původního tvaru.
Tato struktura se vyhýbá zabírání axiálního prostoru tradičními spirálovými pružinami a akumuluje energii v kompaktním rovinném nebo válcovém prostoru. Jeho točivý moment a úhel natočení typicky vykazují dobrý lineární vztah. Klíč k jeho konstrukci spočívá v přesném řízení-rozměrů průřezu pásu, meze kluzu materiálu a ztrát třením mezi spirálami, aby byla zajištěna účinná přeměna energie a dlouhá životnost.
Přesný proces ukládání a uvolňování energie
Hustota akumulace energie je klíčovým ukazatelem výkonu spirálové pružiny. Ve srovnání s jinými typy pružin umožňuje její rovnoměrné rozložení napětí akumulovat více energie v omezeném objemu. Když je na pohyblivé koncové rameno aplikována vnější síla, kovový pás se navíjí stejnoměrně z vnějšku dovnitř nebo zevnitř ven a vytváří v materiálu nepřetržité hladké ohybové napětí. Tento proces vyžaduje, aby materiál měl extrémně vysoké meze únavy a jednotné mechanické vlastnosti; jakékoli mikroskopické defekty mohou vést ke koncentraci napětí a předčasnému selhání.
Proces uvolnění je opakem procesu ukládání, ale není to jednoduché obnovení. Pružina musí poskytovat stabilní a ovladatelný točivý moment při odskoku, což je klíčové pro dynamickou plynulost navíjecích- mechanismů. Inženýři optimalizují modul pružnosti materiálu a odolnost vůči relaxaci prostřednictvím procesů tepelného zpracování a snižují tření mezi vrstvami prostřednictvím povrchových úprav, čímž dosahují účinnosti uvolňování energie přes 90 % při zachování spolehlivosti pro miliony cyklů.
