Näin mittaat vaihdettavan jousen

Jousi katkeaa tai kuluu koneessa, piirustusta ei ole ja alkuperäisen tilauksen tuotenumero on kadonnut aikoja sitten. Kunnossapidolle ja koneenrakentajille tämä on yksi yleisimmistä tilanteista. Hyvä uutinen on, että työntömitalla, teräsviivaimella ja muutaman minuutin huolellisuudella voit kuvata lähes minkä tahansa puristus-, veto- tai vääntöjousen niin tarkasti, että löydät sopivan vakiojousen. Tämä opas näyttää, mitä mitata, missä järjestyksessä ja miten tarkistat lukusi ennen tilaamista.

Ennen kuin aloitat: työkalut ja perussäännöt

Laboratoriota ei tarvita. Käytännöllinen työkalusarja on:

• Digitaalinen työntömitta ulkohalkaisijaa, vapaata pituutta ja langan halkaisijaa varten.
• Mikrometri (valinnainen) tarkempaa langan halkaisijaa varten, erityisesti ohuella langalla.
• Teräsviivain ja tasainen pinta pitkiä jousia varten.
• Kulmamitta vääntöjousen säärten kulmaa varten.
• Tussi aloituskohdan merkitsemiseen kierroksia laskettaessa.

Kolme perussääntöä tekee tuloksesta paljon luotettavamman:

1. Mittaa jousi kuormittamattomana, ei koskaan asennettuna tai työntömitan leukojen puristuksessa.
2. Tee jokainen mittaus vähintään kolme kertaa eri kohdista. Käytä keskiarvoa, tai ulkohalkaisijassa suurinta arvoa.
3. Mittaa mahdollisuuksien mukaan jousi, joka ei ole ollut käytössä, esimerkiksi koneen toisella puolella oleva parijousi. Vuosia työskennellyt jousi on voinut menettää osan vapaasta pituudestaan.

Vaihe 1: Tunnista jousityyppi

Tyyppi ratkaisee, mitkä mitat ovat tärkeitä. Puristusjousessa kierrosten välissä on väliä, ja sitä puristetaan kokoon käytössä. Vetojousen kierrokset ovat kuormittamattomana kiinni toisissaan, päissä on silmukat tai koukut, ja sitä vedetään pidemmäksi. Vääntöjousessa on jousirungosta ulos tulevat sääret, ja se toimii kiertymällä akselinsa ympäri. Työkalujouset, lautasjouset, aaltojouset ja kaasujouset tunnistetaan muiden tietojen perusteella, eikä niitä käsitellä tässä yksityiskohtaisesti.

Vaihe 2: Mittaa puristusjousi

Langan halkaisija (d)

Mittaa lanka kierroksen suoralta osalta, hiotuista päistä sivussa. Käännä jousta ja tee useita mittauksia. Jos jousi on maalattu tai pinnoitettu, pinnoite kasvattaa lukemaa, joten mittaa kuluneesta kohdasta tai vähennä pinnoitteen paksuus. Ole tässä tarkka: langan halkaisija vaikuttaa jousivakioon eniten, ja 5 %:n virhe langan halkaisijassa muuttaa laskettua jousivakiota yli 20 %.

Ulkohalkaisija (De)

Mittaa kierrosten yli useasta kohdasta jousen pituudelta ja kirjaa suurin arvo. Ulkohalkaisijan on mahduttava reikään. Sisähalkaisija (Di) on ulkohalkaisija miinus kaksi langan halkaisijaa, ja sillä on merkitystä, jos jousi on tangon tai tapin päällä. Laskelmissa käytettävä keskihalkaisija on D = De miinus d.

Vapaa pituus (L0)

Aseta jousi tasaiselle pinnalle ja mittaa kokonaispituus ilman kuormaa. Pitkille jousille käytä teräsviivainta suorakulmaa vasten. Kirjaa myös asennuspituus koneessa ja pituus työliikkeen lopussa. Nämä kaksi arvoa määrittävät toiminta-alueen, joka korvaavan jousen on kestettävä.

Kierrosten määrä ja päiden muoto

Merkitse langan kärki toisesta päästä ja laske sitten jokainen kokonainen kierros jousen yhtä sivua pitkin, kunnes saavut toiseen kärkeen. Laske mukaan myös puolikkaat ja neljännekset. Näin saat kierrosten kokonaismäärän (nt). Katso sitten päitä:

• Suljetut ja hiotut: päätykierros on kiinni seuraavassa kierroksessa ja hiottu tasaiseksi, joten jousi seisoo pystyssä itsestään.
• Suljetut, hiomattomat: päätykierros on suljettu mutta ei tasainen.
• Avoimet: nousu jatkuu kärkeen asti.

Suljetuilla päillä toimivien kierrosten määrä on yleensä kokonaismäärä miinus kaksi (n = nt miinus 2), koska suljetut päätykierrokset eivät jousta. Toimivia kierroksia tarvitset jousivakion laskemiseen.

Kierresuunta ja materiaali

Pidä jousta pystyssä ja katso itseesi päin olevia kierroksia. Jos ne nousevat oikealle kuten tavallinen ruuvikierre, jousi on oikeakätinen. Useimmat puristusjouset ovat oikeakätisiä, eikä yksittäisellä jousella suunnalla yleensä ole merkitystä. Sillä on merkitystä, kun kaksi jousta on sisäkkäin tai kun jousi kierretään kierteitettyyn osaan.

Materiaalista magneetti antaa ensimmäisen vihjeen. Hiiliteräksinen jousilanka on voimakkaasti magneettinen. Ruostumaton jousilanka, kuten 1.4310, on yleensä vain heikosti magneettinen, mutta kylmävedetty lanka muuttuu osittain magneettiseksi, joten pelkkä magneettitesti ei todista materiaalia. Katso myös ympäristöä: märässä tilassa tai elintarvikelaitteessa ollut jousi oli todennäköisesti ruostumaton.

Vaihe 3: Mittaa vetojousi

Langan halkaisija ja ulkohalkaisija mitataan samoin kuin puristusjousessa. Erot ovat pituudessa ja päissä.

• Vapaa pituus (L0): mitataan kuormittamattomasta jousesta toisen silmukan sisäreunasta toisen silmukan sisäreunaan. Näin mitta ilmoitetaan standardissa EN 13906-2 ja useimmissa luetteloissa, joten ilmoita se aina tällä tavalla.
• Rungon pituus (LK): pelkän kierretyn osan pituus. Kun kierrokset ovat kiinni toisissaan, se on noin rungon kierrosten määrä plus yksi kerrottuna langan halkaisijalla, mikä on hyvä tarkistus kierroslaskennalle.
• Silmukan tyyppi ja asento: kirjaa, ovatko päät kokonaisia silmukoita, koukkuja vai suoria päitä, onko silmukka keskellä vai sivussa, ja silmukoiden välinen kulma (samassa linjassa vai 90 astetta käännettynä).
• Silmukan aukko: mittaa rako ja silmukan sisähalkaisija, jotta korvaava jousi sopii koneen tappiin tai pulttiin.

Vetojousissa on myös esijännitys, sisäänrakennettu voima, joka pitää kierrokset kiinni toisissaan. Voit arvioida sen ripustamalla jousen ja lisäämällä tunnettuja painoja, kunnes kierrosten väliin juuri ilmestyy ohut rako. Arvio on karkea, mutta se kertoo, pitääkö korvaavan jousen avautua helposti vai pysyä tiukkana. Vetojousilaskurilla voit tarkistaa voiman, esijännityksen ja venymän tietylle koolle.

Vaihe 4: Mittaa vääntöjousi

Kirjaa vääntöjousesta langan halkaisija, ulkohalkaisija ja rungon kierrosten määrä kuten edellä, ja lisää sitten:

• Sisähalkaisija ja akselin halkaisija. Kierrosten halkaisija pienenee kuormituksessa, joten akseliin tai tappiin on jäätävä välystä.
• Säärten pituudet mitattuna jousirungon keskiakselista kunkin säären päähän, sekä säärten muoto (suora, taivutettu tai koukullinen).
• Säärten vapaa kulma: säärten välinen kulma ilman kuormaa kulmamitalla mitattuna.
• Kierresuunta: vasen tai oikea. Vääntöjousissa tämä on ratkaisevaa, koska jousta on kuormitettava suuntaan, joka kiristää kierroksia. Vastakkaiskätinen jousi ei toimi samassa asennuksessa.
• Toimintakulma: kuinka paljon sääret kiertyvät koneessa avoimen ja suljetun asennon välillä.

Vaihe 5: Tarkista luvut laskemalla

Tarkista ennen hakua, että mittaukset ovat järkeviä. Puristus- ja vetojousilla jousivakio saadaan mitoista standardin EN 13906 peruskaavalla:

R = G × d⁴ / (8 × D³ × n)

R on jousivakio yksikössä N/mm, G liukumoduuli (noin 81 500 N/mm² jousiteräkselle ja noin 70 000 N/mm² ruostumattomalle 1.4310:lle), d langan halkaisija, D keskihalkaisija ja n toimivien kierrosten määrä. Jousilaskuri tekee tämän puolestasi ja auttaa myös löytämään sopivat koot. Taustateoriaa löydät artikkelista Mikä on jousivakio ja miten se lasketaan?

Laskuesimerkki

Asentaja mittaa kuluneen puristusjousen suojaluukusta:

Mittaus	Arvo
Ulkohalkaisija De	20,0 mm
Langan halkaisija d	2,0 mm
Vapaa pituus L0	50,0 mm
Kierroksia yhteensä nt	9,5
Päät	Suljetut ja hiotut
Materiaali	Voimakkaasti magneettinen, jousiteräs
Asennuspituus / liikkeen loppu	40 mm / 30 mm

Keskihalkaisija D = 20,0 miinus 2,0 = 18,0 mm. Toimivat kierrokset n = 9,5 miinus 2 = 7,5. Jousivakio on R = 81 500 × 2,0⁴ / (8 × 18,0³ × 7,5) = 1 304 000 / 349 920 eli noin 3,7 N/mm.

Asennuspituudessa jousi on puristunut 10 mm ja antaa noin 37 N. Liikkeen lopussa se on puristunut 20 mm ja antaa noin 75 N. Suljetun ja hiotun jousen blokkipituus on noin nt × d = 19 mm, joten 30 mm:n kohdalla marginaalia jää 11 mm. Luvut ovat johdonmukaisia.

Nopea fyysinen tarkistus: paina jousi 40 mm:iin pöytävaa'an päällä. Lukeman pitäisi olla lähellä 3,8 kg (37 N). Jos lukema poikkeaa paljon, laske kierrokset uudelleen tai mittaa lanka uudestaan. Kun jousivakio on vahvistettu noin 3,7 N/mm:ksi, voit etsiä jousen, jonka De on 20 mm, d 2,0 mm ja L0 noin 50 mm, ja verrata voimia 40 mm:n ja 30 mm:n kohdalla.

Vaihe 6: Valitse korvaava jousi

Korvaavan jousen ei yleensä tarvitse vastata jokaista lukua tarkasti. Käy vaatimukset läpi tässä järjestyksessä:

1. Sopivuus: ulkohalkaisijan on mahduttava vapaasti reikään ja sisähalkaisijan tangon yli, ja tilaa on jäätävä kuormituksen aiheuttamalle halkaisijan muutokselle.
2. Voima: voiman asennuspituudessa ja liikkeen lopussa on oltava lähellä alkuperäistä.
3. Liike: korvaava jousi ei saa saavuttaa blokkipituutta (tai suurinta venymää) työliikkeen aikana.
4. Materiaali ja päät: sovita ympäristöön sekä tukeen tai kiinnitykseen.

Näillä tiedoilla voit suodattaa puristusjousia, vetojousia tai vääntöjousia halkaisijan, langan, pituuden ja jousivakion mukaan. Jos alkuperäinen jousi rikkoutui aikaisin, käytä vaihto parannuksen mahdollisuutena: hieman paksumpi lanka, pienempi käyttöjännitys tai korroosiota kestävä materiaali voi pidentää käyttöikää selvästi.

Pikatarkistuslista

Jousityyppi	Mittaa
Puristusjousi	d, De, L0, kierrokset yhteensä, päiden muoto, asennuspituus ja toimintapituus
Vetojousi	d, De, L0 silmukoiden sisäreunoista, rungon kierrokset, silmukan tyyppi, asento ja aukko, arvioitu esijännitys
Vääntöjousi	d, De, Di, akselin halkaisija, rungon kierrokset, säärten pituudet ja muoto, säärten vapaa kulma, kierresuunta, toimintakulma

Usein kysytyt kysymykset

Entä jos vanha jousi on katkennut tai lyhentynyt?

Mittaa langan halkaisija, ulkohalkaisija ja kierrokset suurimmasta ehjästä palasta. Vapaan pituuden osalta mittaa käyttämätön parijousi, jos sellainen on, tai laske taaksepäin asennuspituudesta ja voimasta, jota mekanismi tarvitsee. Asettunut jousi on lyhyempi kuin uutena.

Kuinka tarkkoja mittausten on oltava?

Langan halkaisija kannattaa mitata 0,01 mm:n tarkkuudella aina kun mahdollista, koska se määrää jousivakion. Ulkohalkaisijalle ja vapaalle pituudelle noin 0,1 mm riittää yleensä. Vakiojouset valmistetaan määriteltyihin toleranssiluokkiin, puristusjousilla standardin EN 15800 mukaan, joten pienet erot mittauksesi ja luetteloarvon välillä ovat odotettavia.

Voinko käyttää jousta, jonka mitat ovat hieman erilaiset?

Usein kyllä. Jos sopivuus on oikea ja voimat asennuspituudessa ja toimintapituudessa ovat lähellä alkuperäistä, pieni ero vapaassa pituudessa tai kierrosten määrässä on yleensä hyväksyttävä. Tarkista marginaali blokkipituuteen uudelleen uudella jousella.

Onko kierresuunnalla merkitystä?

Yksittäisellä puristus- tai vetojousella harvoin. Vääntöjousilla aina, ja sisäkkäisillä puristusjousilla sisemmän ja ulomman jousen pitää olla kierretty vastakkaisiin suuntiin, jotta ne eivät takerru toisiinsa.