이 기사에서는 스프링이라고도 하는 스프링이 무엇인지 설명합니다. 또한 다양한 유형의 스프링과 스프링의 용도에 대해 배우게 됩니다.
스프링이란 무엇입니까?
스프링 (또는 스프링 )은 압축되거나 팽창된 후 원래의 모양으로 돌아갈 수 있는 코일로 구부러진 금속 몸체입니다. 즉, 스프링은 영구적으로 변형되지 않는 탄성요소이지만 스프링에 힘을 가하는 것을 멈춘 후에는 원래의 모양으로 돌아갑니다.
스프링은 다양한 재질로 만들어지지만 가장 일반적인 재질은 스테인레스 스틸이고 탄소, 크롬, 실리콘 또는 기타 구성 요소가 포함된 플라스틱이나 합금도 사용됩니다.
스프링의 특성 중 하나는 정지 위치에 비해 압축되거나 늘어날 때 신장에 비례하지만 반대 방향으로 힘을 가한다는 것입니다. 아래에서는 스프링의 탄성력이 어떻게 계산되는지 살펴보겠습니다.
이러한 특수성은 스프링이 엔지니어링 분야에서 많은 응용 분야를 가지고 있음을 의미합니다. 일반적으로 스프링은 저항을 제공하거나 외부 응력을 완화하도록 설계됩니다. 아래에서는 스프링의 용도도 살펴보겠습니다.
스프링의 종류
스프링의 종류는 다음과 같습니다.
- 전압 스프링.
- 압축 스프링.
- 벤딩 스프링.
- 비틀림 스프링.
- 다른 유형의 스프링.
일반적으로 스프링 유형은 적용되는 하중에 따라 분류되지만 다른 유형으로 분류하는 다른 기준도 있습니다.
아래에서는 각 유형의 스프링에 대한 설명과 예시 사진을 볼 수 있으므로 각 유형의 스프링이 어떻게 생겼는지 확인할 수 있습니다.
스프링 장력
이름에서 알 수 있듯이 인장 스프링은 장력에 의해 작동하므로 힘이 가해지면 스프링이 늘어납니다. 이러한 유형의 스프링은 일반적으로 한쪽 끝에 고리가 있어 스프링을 늘리거나 짐을 걸기가 더 쉽습니다.

압축 스프링
압축 스프링은 압축되도록 설계되었으므로 스프링에 더 많은 힘이 가해질수록 더 많이 압축됩니다. 압축 스프링은 하중을 완화하기 위해 많은 기계의 메커니즘에 사용됩니다.

벤딩 스프링
벤딩 스프링 의 하중은 수직으로 적용됩니다. 따라서 스프링은 굽힘에 의해 하중을 흡수한 다음 가해진 힘이 멈 추면 원래 모양으로 돌아갑니다. 이러한 유형의 스프링은 예를 들어 차량 역학에 사용됩니다.

비틀림 스프링
토션 스프링은 축 방향 하중을 가하는 대신 토크가 가해지기 때문에 작동 중에 자체적으로 회전하게 됩니다. 따라서 이러한 유형의 스프링 끝은 하중이 가해질 때 회전합니다.

다른 유형의 스프링
마지막으로, 다양한 유형의 노력으로 작동할 수 있는 스프링도 있다는 점에 유의해야 합니다. 예를 들어 견인, 압축, 심지어 비틀림에서도 작동할 수 있는 스프링이 있습니다.

스프링 애플리케이션
스프링은 일상적인 사용과 도구 및 기계의 산업용 사용에 이르기까지 다양한 용도로 사용됩니다. 아래에서 스프링의 용도를 확인할 수 있습니다.
- 스프링을 압축하여 축적된 에너지는 기계식 시계와 같은 기계 장치에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있으므로 스프링 또는 스프링을 구동하는 데 사용할 수 있습니다. 스프링이 다시 이완되면 구동이 중지됩니다.
- 스프링에 의해 가해지는 힘은 예를 들어 스프링 저울이나 충격 흡수 장치에서 반력으로 사용될 수 있습니다.
- 스프링은 차량의 메커니즘에도 사용되며, 마찰 클러치나 도어 브레이크에는 작동을 위해 스프링이 포함되어 있습니다.
- 스프링을 결합하여 적용된 하중을 분산함으로써 넓은 영역에 가해지는 하중을 보다 균일한 하중으로 변환할 수도 있습니다. 예를 들어, 많은 매트리스에는 체중을 분산시키기 위해 스프링이 내장되어 있습니다.
- 마지막으로 스프링은 충격 흡수 장치 역할을 할 수 있으므로 충격의 영향을 줄이는 데에도 사용됩니다.
스프링의 탄성력
복원력이라고도 하는 탄성력은 탄성 스프링이 변형될 때 가해지는 힘입니다. 보다 정확하게는 탄성력은 스프링을 변형시킨 힘과 크기 및 방향이 동일하지만 방향은 반대입니다.

스프링이 가하는 탄성력을 계산하려면 스프링의 탄성 상수에 변위를 곱한 다음 결과의 부호를 변경해야 합니다. 따라서 스프링의 탄성력 공식은 다음과 같습니다.
금:
-
는 뉴턴으로 표현되는 탄성력이다.
-
는 스프링의 탄성 상수이며 단위는 N/m입니다.
-
는 외부 힘이 가해질 때 스프링이 경험하는 신장률이며 미터로 표시됩니다.
참고 : 음수 기호는 단순히 탄성력의 방향이 스프링에 가해지는 외부 힘의 반대임을 나타냅니다. 중요한 것은 탄성력의 계수가 탄성 상수에 변위를 곱한 것과 동일하다는 것입니다.
이 공식은 Hooke의 탄성 법칙으로 알려져 있습니다.
봄의 에너지
탄성 위치 에너지 또는 간단히 탄성 에너지는 스프링이 가하는 힘에 의해 수행된 일로 인해 스프링 내부에 축적된 에너지입니다. 따라서 탄성 위치 에너지는 스프링이나 스프링의 탄성력과 관련된 위치 에너지의 한 유형입니다.
스프링의 탄성 위치 에너지를 계산하는 공식은 다음과 같습니다.
금:
-
는 스프링의 탄성 위치 에너지이며, 국제 시스템에서 단위는 줄(J)입니다.
-
는 스프링의 탄성 상수이며 단위는 N/m입니다.
-
는 평형 위치까지의 거리를 미터로 표시합니다.