Виды и типы пружин

Назначение, конструкция и материалы пружин.

Пружины благодаря своим упругим свойствам получили широкое применение в различных машинах и приборах. Они предназначены для

• создания достоянной силы нажатия и натяжения между деталями машин или прибора (во фрикционных передачах, муфтах, тормозах и т. п.);
• виброизоляции и амортизации ударов (амортизаторы, буферы, рессоры и т. п.);
• аккумулирования энергии с последующим использованием пружины как двигателя (часовые и прочие пружины);
• измерения сил (в динамометрах и других измерительных приборах).

По конструкции различают, пружины:

• винтовые — цилиндрические одножильные, многожильные и составные, конические и фасонные;
• тарельчатые;
• плоские спиральные;
• листовые рессоры.

Винтовые пружины изготовляют из проволоки в большинстве случаев круглого, а иногда прямоугольного сечения. Материал проволоки для пружин — стали (ГОСТ 14959-69): высокоуглеродистые 65, 70, 75, марганцовистые 65Г, 55ГС, кремнистые 55С2, 60С2, 60С2А, 70СЗА, хромомарганцовистая 50ХГ, хромованадиевая 50ХФА, кремневольфрамистая 65С2ВА и кремнийникелевая 60С2Н2А. Для пружин, работающих в химически активной среде, применяют проволоку из бронз БрКМцЗ-1, БрОЦ4-3 и др.

Рис. 1

Винтовые цилиндрические одножильные пружины (рис. 1) широко применяют в общем машиностроении, так как они просты по конструкции и удобны при установке их на рабочее место. Чаще других применяют пружины из проволоки круглого сечения, так как напряжения и деформации в них распределяются более равномерно и стоимость их по сравнению с другими пружинами наименьшая. Пружины из проволоки квадратного или прямоугольного сечения применяют лишь при больших сжимающих нагрузках. Назначение винтовых цилиндрических пружин различное. Винтовые многожильные (рис. 2, а) и составные (концентрические) пружины (рис. 2, б) применяют при больших нагрузках в целях уменьшения габаритных размеров, а винтовые конические (рис. 2, в) и фасонные — при необходимости иметь переменную жесткость. Тарельчатые пружины (рис. 2, г) составляют из конусных дисков (тарелок). Применяют при больших нагрузках и относительно малых габаритных размерах, например в качестве буферов в различных амортизаторах. Тарельчатое пружины нормализованы ГОСТ 3057—79. Материал пружин — кремнистая сталь 60С2А. Плоские спиральные пружины (рис. 2, д) изготовляют из тонкой высококачественной углеродистой стальной ленты. Применяют в качестве заводных для аккумулирования энергии завода, которая используется в часовых механизмах, автоматическом оружии и т. д. Листовые рессоры (рис. 2, е) для повышения демпфирующей способности составляют из стальных листов различной длины. Применяют для упругой подвески автомобилей, железнодорожных вагонов и других транспортных средств. Рессоры изготовляют из кремнистой стали 60С2 и 60С2А.

Рис. 2

Так как в общем машиностроении наиболее распространены винтовые цилиндрические пружины из проволоки круглого сечения, то подробно рассмотрим только эти пружины. В зависимости от вида воспринимаемой нагрузки различают винтовые цилиндрические пружины сжатия (см. рис. 1, а), растяжения (см. рис. 1, б) и кручения (см. рис. 1, в). Пружины сжатия навивают с просветом между витками (см. рис. 1, а). Для улучшения работы крайние витки пружины поджимают к соседним виткам и сошлифовывают. Пружины растяжения навивают без просвета между витками с предварительным натяжением, равным ¼. ⅓ от предельной нагрузки. Для соединения с соответствующими деталями машин на концах этих пружин предусматривают прицепы в виде изогнутых витков (см. рис. 1, б) или отдельных деталей требуемой формы, соединяемых с концами пружин. Пружины кручения навивают с просветом между витками, на концах они имеют прицепы (см. рис. 1, в) для соединения с соответствующими деталями машин. Форма прицепов определяется назначением пружины. Разновидности по классам и разрядам винтовых цилиндрических пружин сжатия и растяжения из стали круглого сечения, а также основные параметры и методика определения размеров этих пружин нормализованы ГОСТ 13764-68. 13776-68.

Расчеты редуктора

Как и для любой другой детали, для создания редуктора необходимо проводить определенные расчеты, которые будут показывать, способно ли устройство выполнять свои функции, а также из какого материала должно выполняться устройство и т.д. Основным критерием для расчета волнового редуктора, его работоспособности, является прочность гибкого колеса. Оценить данный параметр можно при помощи сопротивления усталости зубчатого венца. Основной габаритный размер передачи — это внутренний диаметр гибкого колеса. Определяется он по приближенной зависимости сопротивления усталости с учетом нормальных напряжений.

Теория [ править ]

В классической физике , пружину можно рассматривать как устройство , которое хранит потенциальная энергию , в частности , упругая потенциальная энергия , напрягают связи между атомами в качестве упругого материала.

Закон упругости Гука гласит, что растяжение упругого стержня (его длина в растянутом состоянии минус длина в расслабленном состоянии) линейно пропорционально его натяжению – силе, используемой для его растяжения. Точно так же сжатие (отрицательное растяжение) пропорционально сжатию (отрицательное растяжение).

Этот закон на самом деле выполняется только приблизительно и только тогда, когда деформация (растяжение или сжатие) мала по сравнению с общей длиной стержня. При деформациях, превышающих предел упругости , атомные связи разрываются или перестраиваются, и пружина может сломаться, прогнуться или навсегда деформироваться. Многие материалы не имеют четко определенного предела упругости, и закон Гука не может быть осмысленно применен к этим материалам. Более того, для сверхупругих материалов линейная зависимость между силой и смещением подходит только в области низких деформаций.

Закон Гука является математическим следствием того факта, что потенциальная энергия стержня минимальна, когда он имеет расслабленную длину. Любая гладкая функция одной переменной приближается к квадратичной функции, когда исследуется достаточно близко к ее точке минимума, что можно увидеть, исследуя ряд Тейлора . Следовательно, сила – производная энергии по смещению – аппроксимирует линейную функцию .

Сила полностью сжатой пружины

Fmax=Ed4(L−nd)16(1+ν)(D−d)3n {\displaystyle F_{max}={\frac {Ed^{4}(L-nd)}{16(1+\nu )(D-d)^{3}n}}\ }

куда

E – модуль Юнга

d – диаметр пружинной проволоки

L – свободная длина пружины

n – количество активных обмоток

ν{\displaystyle \nu }– коэффициент Пуассона

D – наружный диаметр пружины

Прокат стальной горячекатаный для рессор

по ГОСТ 7419-90

Стандарт распространяется на горячекатаный полосовой, трапециевидно-ступенчатый, Т-образный, трапециевидный и желобчатый прокат для рессор

Прокат подразделяют по точности: А — высокой; Б — повышенной; В — обычной. Прокат изготовляют длиной от 2 до 6 м. По требованию потребителя прокат изготовляют длиной свыше 6 м. Прокат изготовляют: мерной длины; кратной мерной длины; мерной длины с немерными отрезками длиной не менее 1,5 м, массой не более 10 % массы партии; немерной длины. Прокат должен быть обрезан. Косина реза не должна превышать 5 % ширины для проката шириной до 80 мм и 3 % ширины для проката шириной свыше 80 мм Скручивание проката вокруг продольной оси не допускается

Виды пружин сжатия и их параметры

Пружины сжатия наиболее применяемый вид в современной промышленности и автомобилестроении. Благодаря своей конструкции такой вид изделий имеет высокую чувствительность к прикладываемым усилиям, поэтому довольно часто они являются частью манометрической техники и весовых приборов.

Основное назначение пружин сжатия – это накопление энергии, которая вырабатывается в процессе ее сжимания, необходимой для последующего противостояния прикладываемой нагрузке. После окончания воздействия внешних сил изделие восстанавливает свою начальную форму.

Виды пружин сжатия

По конфигурации исполнения различаются следующие виды пружин сжатия:

1. цилиндрической формы, которые имеют постоянный интервал между витками;
2. цилиндрической формы, интервал между витками – сменный;
3. в форме бочонка;
4. конической конструкции;
5. клепсидра.

Для изготовления данных изделий используются определенные марки пружинных сплавов: 60С2А, 55С2, 65Г, Ст70. Диаметр применяемой проволоки (круглой формы) варьируется в диапазоне 0,3-40 мм. Включение термообработки в технологический процесс производства позволяет получать изделия, сохраняющие свою форму и упругие свойства в течение всего времени применения.

Параметры пружины сжатия

Для описания соответствующих характеристик пружины сжатия используются следующие параметры:

• диаметр проволоки, используемой для изготовления изделия (d);
• усредненное значение диаметра пружины (D);
• индекс – отношение среднего диаметра пружины к диаметру проволоки (c = D/d);
• количество включаемых в работу витков (n0);
• длина рабочей части пружины (H0);
• угол поднимания винтовой линии (γ = arctg(p/πD0));
• расстояние между витками, шаг (p = H0/ n).

Пружины сжатия, конструкции

Цилиндрические пружины

Наиболее распространенный вид используемых пружин имеет форму цилиндра. Для корректной работы данного вида пружины сжатия особенное значение уделяют конструкции крайних витков изделия. Форма этих узлов должна соответствовать определенным параметрам:

плоскость конечного витка должна иметь ровную форму, которая позволяет равномерно распределить опорное усилие, быть перпендикулярной к осевой линии изделия. Такие конструкционные особенности позволяют получить приложение нагрузки в полном объеме, а не одной точке; крайние витки в обязательном порядке изготавливаются в форме законченного кольца, что позволяет избежать смещения нагрузки от центра пружины (появления перекоса); конструкционное исполнение пружинного изделия своей формой должно максимально помогать определению центровки при его установке в опорных деталях.

Конические пружины

Используются в случаях, когда требуется увеличение показателя жесткости с повышением силы сжатия. Данная способность обусловлена разницей диаметров имеющихся витков. Первыми в деформацию включаются самые крупные элементы пружины, которые ложатся на опорную плоскость и тем самым исключаются из рабочего цикла. Жесткость оставшейся пружины многократно увеличивается в связи с уменьшением ее длины и диаметра оставшихся задействованных витков.

Призматические пружины

Находят свое применение в узкой специализации. Например, прямоугольная форма данного изделия широко применяется в подаче патронов заряженных в магазин автоматического оружия. Данная форма пружины имеет крайне нестабильную устойчивость, поэтому применяется с жестким ограничением своего положения. Для этого используются специальные направляющие элементы, которые своей формой повторяют конструкцию пружины.

Характеристики пружин сжатия

Для каждой выпускаемой пружины сжатия имеются определенные характеристики, которые учитываются при подборе места установки пружинного изделия, метода его крепления.

Жесткость

Качественный показатель, характеризующий зависимость возможной деформации изделия от прилагаемой к нему нагрузке. Для пружин сжатия деформация возрастает пропорционально приложенной силе сжимания. В графическом изображении данная зависимость имеет вид прямой линии.

Отличия пружин в зависимости от их маркировки

Если обозначение краской указывает на жесткость детали, и этот параметр может изменяться в зависимости от того, какое сырье использует производитель, то диаметр витков должен в точности соответствовать требованиям автопроизводителя. Все остальное остается на усмотрение компании, выполняющей заказ на производство данной продукции.

 

На фабрике могут:

• Использовать заготовки разного диаметра. Также автопроизводители разрешают создавать пружины с меняющимся диаметром в допустимых пределах. Например, начальные витки могут быть тоньше, чем основные.
• Менять высоту пружин, а также создавать идентичные по размерам детали, но имеющие другой параметр жесткости.
• Изменять количество витков и расстояние между ними, при этом учитывая наружный диаметр, который требует автопроизводитель. Независимо от межвиткового расстояния элемент может быть как мягкий, так и жесткий.

Определить соответствие готовой продукции производителю помогает простая процедура. Пружину сжимают с конкретной силой и делают замер высоты в таком состоянии. Если изделие не вписывается в рамки, установленные изготовителем автомобилей, деталь признается бракованной.

На основании такого контроля пригодная продукция также делится на два класса – А и В. Первый класс – изделия, длина которых в сжатом с определенной силой максимальная (в рамках данных автопроизводителя конкретных авто). Второй класс соответствуют нижнему пределу того же параметра.

Все изделия, попавшие в конкретный класс, получают свое обозначение. Для этого используется краска. Для моделей семейства ВАЗ цветной маркер класса А будет представлен желтым, оранжевым, белым и коричневым цветом.

Однако та же классика может оснащаться и пружинами, вошедшими во вторую категорию. В этом случае их будут различать по зеленому, черному, голубому и синему цвету.

Соответствие маркировки пружин модели

Рассмотрим, какие пружины нужно использовать в конкретных моделях автопроизводителя ВАЗ:

• Пружины 2101 предназначены только для «копейки»;
• Более жесткая модификация имеет маркировку 21012. Они изготавливаются из более толстых прутьев, что делает изделия усиленными по сравнению с предыдущим аналогом. Их устанавливают на классику, в которой нужна более энергоемкая подвеска;
• Пружины с символами 2102 предназначены для универсалов модели 2102 и 21014. По сравнению с предыдущими модификациями эти детали на два сантиметра длиннее. Их можно ставить на седан, но только в том случае, если машина эксплуатируется в сельской местности. Такие пружины немного увеличивают клиренс машины. Однако их нельзя устанавливать, чтобы автомобиль смог перевозить более тяжелые грузы, чем предусмотрено производителем. В противном случае совсем скоро придется ремонтировать кузов.
• Обозначение 2108 получают детали, предназначенные для переднеприводных авто ВАЗ. Исключением является «Ока» и модели с мотором на 16 клапанов. Стоит учесть, что эти же пружины предназначены и для 21099. На эту модель не существует отдельных пружин, поэтому предложение продавца приобрести «оригиналы» для 99-й это не что иное, как попытка продать стандартные детали по большей стоимости.
• Элементы европейских производителей с маркировкой 2110 предназначены для моделей, начиная с 21102, и заканчивая 21104, а также для ВАЗ-2112 и 2114. Европейский вариант делает машину на 2 сантиметра ниже, но делает ее более управляемой на больших скоростях. Не стоит использовать такие детали на транспорте, часто передвигающемся по грунтовым дорогам и пересеченной местности.
• Модификации 2111 предназначены для задних подвесок моделей с идентичной маркировкой, а также ВАЗ-2113.
• Пружины из категории 2112 предназначены для передней части подвески таких моделей: 21113, 21103 и 2112.
• Полноприводные автомобили семейства ВАЗ оснащаются пружинами 2121.

Что такое торсионные пружины и как они работают?

Торсионная пружина – это механизм, работающий за счёт скручивания. В отличие от предыдущего варианта, они устанавливаются непосредственно на валу. Когда вал приводится в движение приводом и крутится, пружина начинает раскручиваться и накапливает энергию. Если отпустить ручку ворот, они автоматически откроются, так как торсион будет стремиться вернуться в состояние покоя.

Торсионная пружина

Торсионный привод достаточно мощный и надёжный, потому используется для оснащения тяжёлых ворот, но может быть установлен и на небольшое полотно.

Преимущество торсионных пружин в том, что они легко справляются с тяжеловесными воротами – с калиткой, промышленные и т. п.

Ресурс торсионов такой же, как и у пружин растяжения, но при этом они более выносливые по поднимаемому весу. Однако регулярное обслуживание требуется даже таким выносливым механизмам. Торсионные пружины нужно подтягивать, чтобы избежать заклинивания или падения створки. Тут стоит отметить ещё одно преимущество – даже в случае неисправности сработает механизм предотвращения падения. Храповая муфта заблокирует движение полотна, и ни машина, ни человек не получат травм.

Торсион в конструкции секционных ворот

Устанавливать ворота с торсионами можно на проёмы с высотой 210 мм и более (в домашнем гараже) и 400 мм и более (в промышленном). Если такой возможности нет, можно рассмотреть вариант установки ворот внутри помещения, на внутренней части притолоки, но это повысит стоимость конструкции и монтажа.

Как правильно выбрать

Первый вопрос, на который надо ответить – как будет эксплуатироваться мебель

Если это раскладной диван для сна, стоит обратить внимание на ортопедические варианты с независимыми блоками. Спать на них гораздо комфортнее, организм будет чувствовать себя отдохнувшим. Выбрать диван вам помогут менеджеры магазина

Выбрать диван вам помогут менеджеры магазина.

Также важно выбрать “правильный” наполнитель. Поролоновые диваны не так надежны и долговечны. Через несколько лет он начнет проседать, и пружинки могут впиваться в людей, которые сидят или лежат на диване

Через несколько лет он начнет проседать, и пружинки могут впиваться в людей, которые сидят или лежат на диване

Лучше обратить внимание на кокосовую койру – она жестче и надежнее поролона

Материал её производства это высокоуглеродистая пружинная проволока разной толщины.

Для большинства значимую роль играет стоимость изделия. Диваны с зависимыми пружинными блоками – самые дешевые, но, если планируется долгосрочная эксплуатация изделия, не стоит покупать самые дешевые модели

Лучше обратить внимание на среднюю ценовую категорию, так как такие диваны прослужат дольше и не потребуют ремонта, спустя несколько месяцев

Цены на разные пружины могут отличаться.

Мини-блоки

Конструкция пружины в виде мини-блока имеет витки, диаметр которых подобран таким образом, чтобы витки входили друг в друга, когда пружина сильно сжимается: отсюда и название — мини-блок.

Такое конструктивное решение может уменьшить длину блока в сжатом состоянии таким образом, что она не будет превышать диаметра пружинной проволоки более, чем в два раза. Таким образом, получается очень маленький блок, и следовательно, экономится пространство. Это может быть ценным для конструкции задней части автомобиля, если там, например, необходим увеличенный багажник.

Важно отметить, что способность витков входить один в другой регулируется только изменением диаметра витков, и не зависит от типа используемого материала (коническая проволока или проволока с постоянным сечением). Для такой конструкции иногда используется конический материал, что делает пружину более легкой, но с другой стороны, увеличивает риск преждевременной поломки конечных витков. Более подробную информацию об этом можно прочесть в нашей технической брошюре

Более подробную информацию об этом можно прочесть в нашей технической брошюре.

Пружины в виде мини-блока могут иметь как линейные, так и прогрессирующие характеристики, что достигается использованием либо конической, либо параллельной проволоки. При этом часто у них линейный шаг, поскольку уменьшенный диаметр проволоки компенсирует уменьшение внешнего диаметра пружины. Для этой конструкции Lesjöfors всегда использует проволоку с постоянным сечением; это отвечает требованиям к мини-блокам и требованиям по нагрузке, а также позволяет избежать риска преждевременной поломки конечных витков.

Типы и виды пружин

Как ранее было отмечено, изготавливаются различные виды пружин, все они обладают своими определенными особенностями, которые стоит учитывать. Классификация проводится по конструктивным признакам. Выделяют следующие типы пружин:

Винтовые. Эта разновидность встречается в различных механизмах, устанавливается практически везде, к примеру, в автомобилях. При этом выделяют следующие типы автомобильных пружин: цилиндрические и конические, а также с переменным диаметром. Следует учитывать, что рассматриваемое изделие представлено витками с одинаковым и различным диаметром. Довольно распространенный признак применения заключается в установке пружинных амортизаторов, которые являются важным элементом конструкции автомобиля. В некоторых случаях проводится установка пружины с переменным шагом витков. Торсионные. Во многом этот вариант исполнения напоминает предыдущий, но при этом работает на кручение и изгиб. Подобная форма пружины позволяет устанавливать ее в качестве основного элемента подвески. Этот же механизм устанавливается для открытия и закрытия дверей, обеспечения функциональности противовесов. Спиральные. Этот вариант исполнения напоминает плоский вид пружины, который закручивается по спирали в виде ленты. Применяется устройство в качестве элемента для накопления кинетической энергии, освобождение которой происходит в определенных случаях. Примером можно назвать настенные или наручные часы, а также другие подобные механизмы. Тарельчатые

Рассматривая классификацию пружин следует уделить внимание тарельчатому варианту исполнения. Этот вариант исполнения не напоминает стандартный вид пружины, так как состоит из нескольких последовательных дисков, соединенных между собой. Основным преимуществом этого варианта исполнения можно назвать слабую степень деформации даже в случае оказания высокой нагрузки

Основным преимуществом этого варианта исполнения можно назвать слабую степень деформации даже в случае оказания высокой нагрузки

Зачастую устанавливается в случае изготовления предохранительных клапанов. Волновые. Этот вид представлен изогнутой по синусоиде металлической лентой, которая плавно накручивается по спирали. Достоинством можно назвать относительно небольшие размеры, из-за высокой точности применяются при создании опорных узлов, подшипников и арматуры, которая перекрывает поток при необходимости. Газовые. Этот вариант исполнения отводится в особую категорию, так как при изготовлении не применяется проволока, а газ вместе с поршнем. Высокая стоимость определена сложностью конструкции, однако она может гасить вибрации и нагрузки с высокой эффективностью.

Основным преимуществом этого варианта исполнения можно назвать слабую степень деформации даже в случае оказания высокой нагрузки. Зачастую устанавливается в случае изготовления предохранительных клапанов. Волновые. Этот вид представлен изогнутой по синусоиде металлической лентой, которая плавно накручивается по спирали. Достоинством можно назвать относительно небольшие размеры, из-за высокой точности применяются при создании опорных узлов, подшипников и арматуры, которая перекрывает поток при необходимости. Газовые. Этот вариант исполнения отводится в особую категорию, так как при изготовлении не применяется проволока, а газ вместе с поршнем. Высокая стоимость определена сложностью конструкции, однако она может гасить вибрации и нагрузки с высокой эффективностью.

Рассматривая все о пружинах следует уделить внимание также классификации по характеру нагрузки. По этому признаку выделяют следующие варианты исполнения:

1. Изгиб. Подобный вид пружины при воздействии силы несущественно меняет свои размеры. Распространены торсионные пакеты, а также тарельчатые виды пружины.
2. Пружина кручения. Этот вариант характеризуется небольшими размерами, устанавливаются при изготовлении прищепок.
3. Сжатие и растяжение. Этот тип пружины весьма распространен, при приложении требуемого усилия происходит изменение линейных размеров. Сегодня он встречается в самых различных механизмах. Сжатие и растяжение применяется при создании промышленного и бытового оборудования.

Приведенная выше информация указывает на то, что есть просто огромное количество различных видов пружин, которые применяются в качестве основных элементов различных механизмов.