▷ الربيع (أو الربيع): ما هو وأنواعه وتطبيقاته

تشرح هذه المقالة ما هو الربيع، والذي يسمى أيضًا الربيع. بالإضافة إلى ذلك، ستتعرف على الأنواع المختلفة للينابيع واستخدامات النوابض.

ما هو الربيع؟

الزنبرك (أو الزنبرك ) عبارة عن جسم معدني منحني في ملف يمكن أن يعود إلى شكله بعد ضغطه أو توسيعه. بمعنى آخر، الزنبرك هو عنصر مرن لا يتشوه بشكل دائم، ولكن بعد أن يتوقف عن ممارسة القوة على الزنبرك، فإنه يعود إلى شكله الأصلي.

تُصنع النوابض من مواد مختلفة، على الرغم من أن المادة الأكثر شيوعًا هي الفولاذ المقاوم للصدأ، كما يتم استخدام البلاستيك أو السبائك التي تحتوي على الكربون أو الكروم أو السيليكون أو مكونات أخرى.

ومن خصائص الزنبرك أنه عندما ينضغط أو يستطيل بالنسبة إلى موضع سكونه فإنه يؤثر بقوة تتناسب مع استطالته ولكن في الاتجاه المعاكس. أدناه سنرى كيف يتم حساب القوة المرنة للزنبرك.

هذه الخصوصية تعني أن للزنبرك العديد من التطبيقات في الهندسة. بشكل عام، تم تصميم النوابض لتوفير المقاومة أو لتخفيف الضغط الخارجي. أدناه سنرى أيضًا الغرض من الربيع.

أنواع الينابيع

أنواع الينابيع هي:

ربيع الجهد.
ربيع ضغط.
الانحناء الربيع.
التواء الربيع.
أنواع أخرى من الينابيع.

لاحظ أنه بشكل عام يتم تصنيف أنواع الزنبرك بناءً على قوة الحمل المطبقة عليها، ولكن هناك أيضًا معايير أخرى لتصنيفها إلى أنواع أخرى مختلفة.

يمكنك أدناه الاطلاع على شرح لكل نوع من أنواع الربيع بالإضافة إلى مثال للصورة حتى تتمكن من رؤية شكل كل نوع من أنواع الربيع.

التوتر في الربيع

كما يوحي الاسم، يعمل نابض الشد عن طريق الشد، لذلك يتمدد الزنبرك عند تطبيق القوة عليه. عادةً ما تحتوي هذه الأنواع من النوابض على خطاف على أحد طرفيها لتسهيل مدها أو تعليق حمولة.

ربيع ضغط

تم تصميم نوابض الضغط للضغط، لذا كلما زادت القوة المطبقة على الزنبرك، زاد ضغطه. يتم استخدام نابض الضغط في آلية العديد من الآلات لتخفيف الأحمال.

الانحناء الربيع

يتم تطبيق الحمل على زنبرك الانحناء بشكل عمودي. وهكذا، يمتص الزنبرك الحمل عن طريق الانحناء ثم يعود إلى شكله الأصلي عندما تتوقف القوة المؤثرة. ويستخدم هذا النوع من النوابض، على سبيل المثال، في ميكانيكا المركبات.

التواء الربيع

يتسبب نابض الالتواء في الدوران على نفسه أثناء عمله، لأنه بدلاً من ممارسة حمل محوري، يتم تطبيق عزم الدوران عليه. لذا فإن نهاية هذا النوع من النوابض تدور عند تطبيق الحمل عليها.

أنواع أخرى من الينابيع

وأخيرا تجدر الإشارة إلى أن هناك أيضا نوابض قادرة على العمل بأنواع مختلفة من الجهود. على سبيل المثال، هناك نوابض يمكنها العمل في الجر وكذلك الضغط أو حتى الالتواء.

تطبيقات الربيع

يحتوي الزنبرك على العديد من التطبيقات، سواء للاستخدام اليومي أو للاستخدام الصناعي للأدوات والآلات. أدناه يمكنك أن ترى ما هو الربيع.

يمكن استخدام الزنبرك أو الزنبرك للقيادة، حيث يمكن استخدام الطاقة المتراكمة عن طريق ضغط الزنبرك لتشغيل الأجهزة الميكانيكية، مثل الساعة الميكانيكية. يتوقف محرك الأقراص عندما يرتاح الربيع مرة أخرى.
يمكن استخدام القوة التي يمارسها الزنبرك كقوة مضادة، على سبيل المثال في الموازين الزنبركية أو ممتصات الصدمات.
يتم استخدام الزنبرك أيضًا في آلية المركبات، حيث يشتمل قابض الاحتكاك أو فرامل الأبواب على زنبركات لتشغيلها.
يمكن أيضًا دمج النوابض لتوزيع الحمل المطبق، وبالتالي تحويل الحمل المبذول على مساحة كبيرة إلى حمل أكثر انتظامًا. على سبيل المثال، تحتوي العديد من المراتب على نوابض مدمجة لتوزيع وزن الجسم.
وأخيرًا، تُستخدم النوابض أيضًا لتقليل آثار الصدمات، حيث يمكن أن تعمل كممتصات للصدمات.

القوة المرنة للربيع

القوة المرنة، والتي تسمى أيضًا قوة الاستعادة، هي القوة التي يمارسها الزنبرك المرن عندما يتشوه. بتعبير أدق، القوة المرنة لها نفس مقدار واتجاه القوة التي شوهت الزنبرك، ولكن اتجاهها معاكس.

لحساب القوة المرنة التي يؤثر بها الزنبرك، عليك ضرب ثابت مرونة الزنبرك في إزاحته ثم تغيير إشارة النتيجة. وبالتالي فإن صيغة القوة المرنة للزنبرك هي كما يلي:

$F_e=-k\cdot \Delta x$

ذهب:

$F$

هي القوة المرنة، معبرا عنها بالنيوتن.
$k$

هو ثابت المرونة للزنبرك ووحدته N/m.
$\Delta x$

هو الاستطالة التي يحدثها الزنبرك عند تطبيق قوة خارجية، ويعبر عنها بالأمتار.

ملحوظة : الإشارة السلبية تشير ببساطة إلى أن اتجاه القوة المرنة عكس القوة الخارجية المؤثرة على الزنبرك. المهم هو أن معامل القوة المرنة يساوي ثابت المرونة مضروبًا في الإزاحة.

تُعرف هذه الصيغة بقانون هوك للمرونة.

طاقة الربيع

طاقة الوضع المرنة، أو ببساطة الطاقة المرنة، هي الطاقة المتراكمة داخل الزنبرك بسبب الشغل الذي تبذله القوة التي تمارسها. إذن، طاقة الوضع المرنة هي نوع من الطاقة الكامنة المرتبطة بالقوة المرنة للزنبرك أو الزنبرك.

صيغة حساب الطاقة الكامنة المرنة للزنبرك هي:

$E_p=\cfrac{1}{2}\cdot k\cdot x^2$