स्प्रिंग्स वास्तव में मेरे डिजाइन में कैसे काम करते हैं?

Question

मैं एक स्थैतिक वस्तु का परीक्षण करने के लिए एक मशीन डिजाइन कर रहा हूं (मैं इसे ए के रूप में संदर्भित करूंगा) प्रभाव बल के कारण विक्षेपण का प्रतिरोध।

यह डिज़ाइन ए की सतह पर प्रभाव बल को लागू करने के लिए एक वायवीय (शायद हाइड्रोलिक का उपयोग कर सकता है) सिलेंडर का उपयोग करता है (हालांकि, अगर मैं बल को लागू करने के लिए अकेले वायवीय सिलेंडर का उपयोग करता हूं, तो मुझे सतह को सही स्थिति में लाना होगा पिस्टन स्ट्रोक का अंत। अगर मैंने पिस्टन स्ट्रोक को दोनों के बीच की दूरी की तुलना में सतह पर पूरी तरह से लागू करने के लिए (सिलेंडर को ओवरएक्सर्टिंग) से थोड़ा अधिक होने दिया, तो मैं समय के साथ सिलेंडर को नुकसान पहुंचाऊंगा और इसके जीवनकाल को कम करूंगा।

इसलिए, मैंने स्प्रिंग्स और रैखिक गाइड (शाफ्ट) के उपयोग के साथ पिस्टन के अंत में एक विस्तारित सिर जोड़ा। मेरे सिर में, मैं इसे प्रभाव बल (एफ) को बहुत तेज गति से फैलाने वाले सिर के रूप में दिखाता हूं और फिर जब ए ए की सतह पर सिर बंद हो जाता है तो पिस्टन स्ट्रोक के शेष हिस्से को अवशोषित करता है।

हालाँकि, मेरी कुछ चिंताएँ भी हैं, इसलिए मैं उम्मीद कर रहा हूँ कि आप में से कुछ अधिक अनुभवी और जानकार लोग मदद कर सकते हैं।

1. चूंकि गति बहुत तेज गति से आगे बढ़ रही है (1 सेकंड में स्ट्रोक (पूरी तरह से फैलता है) को पूरा करता है), क्या सिर पूरी तरह से सिलेंडर पिस्टन से ए की सतह पर बल एफ को स्थानांतरित करने में सक्षम होगा या स्प्रिंग्स कुछ हद तक अवशोषित करेगा बल और परिणामी आउटपुट बल कम? मुझे इस उद्देश्य के लिए स्प्रिंग्स का चयन कैसे करना चाहिए?
2. सिलेंडर के बल का निर्धारण करने के लिए, बल = द्रव्यमान * त्वरण का उपयोग करें। बात यह है कि, मेरे पास भार लोड द्रव्यमान (60 किग्रा) है, लेकिन मेरे पास त्वरण नहीं है। मेरे पास केवल दूरी (स्ट्रोक की लंबाई = 300 मिमी) और अधिकतम पिस्टन वेग (300 मिमी / सेकंड) है। चूंकि वेग बहुत तेज है और स्ट्रोक की लंबाई इतनी लंबी नहीं है, मुझे त्वरण की गणना कैसे करनी चाहिए? क्या मैं यह मान सकता हूं कि पिस्टन के पूरी तरह से तेजी से विस्तार करने के बाद से त्वरण स्थिर होगा?
3. सिलेंडर एक 60kg भार के बराबर बल लागू करता है। मुझे आउटपुट की गणना कैसे करनी चाहिए? बल के संदर्भ में, F = ma या गतिज ऊर्जा, 1/2 * m (v ^ 2)? चूंकि खेल में वसंत ऊर्जा भी होगी (?)

Comments

क्या आप 90 डिग्री के बचे हुए सब को घुमा सकते हैं और एक पूर्व निर्धारित द्रव्यमान को गिरा सकते हैं? यह इंजीनियरिंग पक्ष को काफी आसान बना देगा।

— SF.

आप दो स्प्रिंग्स का उपयोग क्यों कर रहे हैं? जैसा कि डिजाइन किया गया है यह बाध्यकारी और अन्य मुद्दों के लिए अतिसंवेदनशील होगा।

— DLS3141

@SF। A की सतह जिसका परीक्षण करना आवश्यक है वह लंबवत नहीं है। :(

— Firzan Armani

@ DLS3141 क्या बाध्यकारी है? दो वसंत का उपयोग करने से यह क्यों होता है? क्या आप उस पर मेरे साथ एक लिंक साझा कर सकते हैं या मुझे समझा सकते हैं धन्यवाद :)

— Firzan Armani

@FirzanArmani बाइंडिंग से मेरा मतलब है कि आपका तंत्र गलत काम के कारण अटक जाएगा। ऐसा लगता है कि यह काम करेगा, लेकिन केवल एक आदर्श दुनिया में। वास्तविक दुनिया में, आपका बल पूरी तरह से दीवार के लिए सामान्य नहीं होगा, आपके पास सभी चलने वाले हिस्सों के बीच सहिष्णुता होगी और आपके स्प्रिंग्स बिल्कुल समान दर नहीं होंगे, जिससे एक दूसरे की तुलना में अधिक विक्षेपित होगा। जिसके कारण यह फंस जाएगा।

— DLS3141

Answer 1

मुझे लगता है कि आपने जो कुछ किया है, उसे मापा और अवशोषित किया जा रहा है।

सरफेस A में फैले हुए स्प्रिंग्स की हेड प्लस (कम, शायद नगण्य) तन्य शक्ति की जड़ता द्वारा लगाए गए कुछ बल का प्रभाव प्राप्त होता है।

यह निश्चित रूप से पिस्टन के त्वरण के लिए आनुपातिक नहीं है - त्वरण, और सिर के खिलाफ पिस्टन द्वारा लगाए गए बल है; लेकिन वह संपर्क और दूर से पहले, प्रभाव बल से कहीं कम है।

वास्तविक बल सिर के DECELERATION के समानुपाती होता है, क्योंकि यह सतह के खिलाफ और सिर के द्रव्यमान से टकराता है। चूँकि प्रभाव में गिरावट से मिलीसेकंड चलता है और इतने कम समय में काफी मूल्य से गति शून्य हो जाती है, बाहरी बल वसंत के दबाव से बाद के बल से बहुत अधिक होता है।

यहां समस्या यह है कि बल अत्यधिक गैर-रैखिक है। जैसा कि सतहें स्पर्श करती हैं और संपीड़न शुरू करती हैं, बल बहुत कम होता है जब ए (और सिर) का अवसाद / विक्षेपण अधिकतम तक पहुँच जाता है। और फिर भी यह बदल जाता है क्योंकि दबाव की लहर केवल माध्यम से यात्रा शुरू करती है, और दबाव (= बल) वस्तु के बावजूद अभी भी प्रभाव के कारण उपजता है।

आप गणना कर सकते हैं औसत प्रभाव के समय को मापने के माध्यम से बल

आपको जो मापना चाहिए वह प्रभाव ऊर्जा है। और यह बहुत आसान है: $ {1 से अधिक 2} m v ^ 2 $ के लिए प्रभाव सिर के बड़े पैमाने पर मीटर , और प्रभाव के ठीक पहले इसकी गति v । यह प्रभाव के बारे में डेटा का प्राथमिक, सबसे जानकारीपूर्ण टुकड़ा है। गति द्वितीयक है, क्योंकि विभिन्न सामग्री एक ही ऊर्जा के विभिन्न गति प्रभाव के लिए अलग-अलग प्रतिक्रिया करती हैं (जैसे कि धातु-डेंट / झुकता / कम वेग पर, लेकिन बौछार चरम गति पर)। यदि व्यवहार उचित गति सीमा के भीतर भिन्न नहीं होता है, तो यह लाजिमी है। डेटा का एक और टुकड़ा प्रभाव सतह होगा; एक भेदी बिंदु एक कुंद गेंद या एक फ्लैट ब्लॉक की तुलना में अलग तरह से व्यवहार करेगा। आप एक से दबाव चाहते हो सकता है स्थिर बल। लेकिन अकेले प्रभाव को मापने में, यह सब मददगार नहीं है।

Answer 2

प्रभाव की प्रतिक्रिया को मापने के लिए आप वास्तव में एक ऐसी प्रणाली का उपयोग करना चाहते हैं जहां प्रभावकार की गतिज ऊर्जा अच्छी तरह से जानी जाती है और बहुत ही दोहराई जाती है।

यह महसूस करना भी महत्वपूर्ण है कि ज्यादातर मामलों में प्रभाव परीक्षण विनाशकारी होगा, या कम से कम अर्ध-विनाशकारी होगा क्योंकि यह केवल उसी स्थिति में होता है जिसे आमतौर पर विफलता की स्थिति (जैसे प्लास्टिक विरूपण या फ्रैक्चर आदि) माना जाता है कि 'प्रभाव के बीच एक सार्थक अंतर होता है 'और एक स्थैतिक बल, जो गतिशील आवृत्ति प्रतिक्रिया को मापने से फिर से एक अलग स्थिति है।

एक प्रभावशाली को एक निरंतर गतिज ऊर्जा देने का सबसे सरल तरीका यह है कि गुरुत्वाकर्षण के तहत एक मापा ऊँचाई गिरना, या तो सीधे नीचे गिरना (ऊर्ध्वाधर प्रभाव के लिए) या पेंडुलम व्यवस्था (क्षैतिज प्रभाव के लिए) के रूप में।

ऐसी परिस्थितियां हैं जहां वायवीय एक्ट्यूएटर्स का उपयोग किया जा सकता है (उदाहरण के लिए बैलिस्टिक परीक्षण में) लेकिन इनका उपयोग आम तौर पर बंदूक की तरह अधिक किया जाता है ताकि पारंपरिक रैखिक एक्ट्यूएटर्स की तुलना में एक लक्ष्य पर एक मुफ्त प्रक्षेप्य को फायर किया जा सके और इस मामले में आप उपयोग किए गए वायु दबाव पर विचार करेंगे। ऊर्जा स्रोत के रूप में। इस तरह की स्थिति में वेग और विस्थापन का सटीक माप करने के लिए उच्च गति की फोटोग्राफी का उपयोग करना भी आम है।

हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर का उपयोग करने में समस्या यह है कि प्रभाव के बिंदु पर इसके वेग को सटीक रूप से मापने का कोई सीधा तरीका नहीं है।

दूसरा मुद्दा यह है कि प्रभाव परीक्षण बहुत संदर्भ के लिए विशिष्ट है क्योंकि विफलता के कई संभावित अलग-अलग तरीके हैं जो कई परस्पर संबंधित कारकों पर निर्भर करते हैं। उदाहरण के लिए भी जब प्रभावकारिता में एक ज्ञात गतिज ऊर्जा होती है, तो आप कम गति पर एक उच्च द्रव्यमान (जैसे एक बड़ा हथौड़ा) और उच्च गति पर एक कम द्रव्यमान (जैसे एक गोली) के बीच विभिन्न परिणाम प्राप्त कर सकते हैं।

तो इस बात को ध्यान में रखते हुए कि यह प्रभाव परीक्षण के लिए लगभग हमेशा सबसे उपयोगी है कि आप वास्तविक दुनिया की स्थिति को जितना संभव हो सके उतना ही प्रतिबिंबित करें।