به عنوان اجزای مکانیکی اساسی که قادر به ذخیره و آزاد کردن انرژی هستند، در سیستم های صنعتی معاصر نقش اساسی ایفا می کنند.کاربرد آن ها از ابزار دقیق کوچک تا ماشین آلات سنگین می باشداین مقاله یک اکتشاف جامع از اصول طراحی بهار، انتخاب مواد و کاربردهای متنوع صنعتی آنها را ارائه می دهد.

بر اساس اعمال نیروی و ویژگی های ساختاری، فواره ها را می توان به سه نوع اصلی طبقه بندی کرد:

• فاضلاب فشرده سازی:این اجزای لاستیکی مارپیچی در برابر نیروهای فشاری مقاومت می کنند. هنگامی که فشرده می شوند، تعداد کویل ها کاهش می یابد و بهار کوتاه می شود و انرژی را ذخیره می کند.بهار به طول اصلی خود برمی گردد.استفاده های رایج شامل سیستم های تعلیق اتومبیل، شیرها و سوئیچ های دکمه فشار است که در آن جذب شوک یا نیروی مقابله ای مورد نیاز است.
• فاضلاب تنش:این بهارها برای مقاومت در برابر نیروهای کششی طراحی شده اند و دارای کویل های محکم پیچ شده هستند که تنش اولیه را ایجاد می کنند.استفاده های معمول شامل قفل در استو اسباب بازی هایی که نیاز به نیروی کششی دارند.
• اسپرینگ های تورسیون:این اجزای مارپیچی یا سیم شکل در برابر نیروهای پیچ و تاب مقاومت می کنند. جابجایی زاویه ای در انتهای آن انرژی را در هنگام پیچ و تاب ذخیره می کند که در هنگام حذف نیروی آزاد می شود.کلیمپ، و مکانیسم های تعادل که نیاز به چرخش یا نیروی چرخش دارند.

انواع تخصصی شامل فواره های دیسک، فواره های موج، فواره های مخروطی و فواره های مارپیچی هستند که هر کدام کاربرد های منحصر به فردی دارند.

طراحی بهار شامل محاسبات پیچیده ای است که عوامل متعددی را متعادل می کند:

• الزامات بارگذاری:تعیین حداکثر ظرفیت حمل، ضربه کاری و عمر چرخه به طور مستقیم بر ابعاد، مواد و ساختار تاثیر می گذارد.
• محدودیت های فضایی:محدودیت های فضای نصب (حد اکثر قطر بیرونی، حداقل قطر داخلی، طول آزاد) اغلب نیاز به بهینه سازی ساختاری دارند.
• محیط عملیاتی:درجه حرارت، رطوبت و شرایط خوردنی بر انتخاب مواد و درمان های سطحی تأثیر می گذارد.
• انتخاب مواد:انتخاب ها از فولاد با کربن بالا تا آلیاژ های تخصصی بر اساس قدرت، مقاومت در برابر خوردگی و نیازهای هزینه ای متفاوت است.
• تنظیمات انتها:گزینه هایی مانند زمین بسته، زمین بسته یا پایان باز بر ثبات، توزیع استرس و نصب تاثیر می گذارد.

برای عملکرد و طول عمر حیاتی، مواد بهار رایج عبارتند از:

• فولاد با کربن بالا:ارائه قدرت برتر و محدودیت های لاستیک (به عنوان مثال، سیم موسیقی) اما نیاز به حفاظت از خوردگی.
• فولاد آلیاژ:با سیلیکون-منگنز یا کروم-وانادیوم برای افزایش سختی و مقاومت در برابر دمای بالا تقویت شده است.
• از فولاد ضد زنگ:مقاومت بسیار عالی در برابر خوردگی (304/316 درجه) با قدرت متوسط دارد.
• آلیاژ های مس:مس بریلیوم و برونز فسفر باعث هدایت و مقاومت در برابر خوردگی برای الکترونیک می شوند.

بهارها در صنایع مختلف عملکردهای حیاتی را انجام می دهند:

• خودرو:بهار های تعلیق ضربه های جاده را جذب می کنند، بهار های دریچه زمان موتور را تضمین می کنند و بهار های کلاچ / ترمز انتقال قدرت و ایمنی را امکان پذیر می کنند.
• هوافضا:بهار های ماشین فرود ضربه های بالش را تحمل می کنند، در حالی که بهار های موتور و سیستم کنترل در شرایط شدید مقاومت می کنند.
• الکترونیک:فواره های کانکتور یکپارچگی سیگنال را حفظ می کنند، مدار های کنترل فواره های سوئیچ و فواره های رله ای سوئیچ کردن جریان را تسهیل می کنند.
• پزشکي:بهار های دقیق در سرنگ ها دقت دوز را تضمین می کنند، ابزارهای جراحی دقت را افزایش می دهند و ایمپلنت ها از بازسازی بافت پشتیبانی می کنند.
• حمل و نقل راه آهن:بهار های تعلیق کیفیت رانندگی را بهبود می بخشند، بهار های ترمز قدرت توقف را تضمین می کنند و بهار های کوپلر انرژی برخورد را جذب می کنند.

حالت های معیوبیت و استراتژی های کاهش معیوبیت:

• شکستگی ناشی از خستگی:ناشی از بارگذاری چرخه ای، قابل پیشگیری از طریق انتخاب مواد، کاهش استرس، و درمان های سطحی مانند شات peening.
• تغییر شکل پلاستیکی:نتایج از بارگذاری بیش از حد، قابل رسیدگی با استفاده از مقاومت مناسب مواد و تکنیک های بارگذاری قبلی.
• شکست خوردگی:با استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی، پوشش های محافظ و کنترل محیط زیست مبارزه می شود.

روندهای جدید عبارتند از:

• اسمارت اسپرينگ:حسگرهای یکپارچه که امکان نظارت بر عملکرد در زمان واقعی و کنترل سازگار را فراهم می کنند.
• راه حل های سبک وزن:مواد پیشرفته ای مثل فیبر کربن و آلیاژ های تیتانیوم که باعث کاهش جرم می شوند.
• مواد با عملکرد بالا:قدرت و مقاومت در برابر خستگی برای شرایط شدید افزایش یافته است.
• سفارشی سازی:چاپ سه بعدی که باعث می شود طرح های بهار سفارشی برای کاربردهای تخصصی ایجاد شود.

همانطور که تکنولوژی بهار تکامل می یابد، به نوآوری در رشته های مهندسی ادامه می دهد و سیستم های مکانیکی کارآمدتر و پیچیده تر را امکان پذیر می کند.