Виды и типы пружин — конические, составные, призматические

Очень часто во время изготовления самых разных механизмов применяется пружина. Такое изделие может стать частью самых разных устройств, так как в ответе за возврат приложенного усилия. Встречаются разные варианты пружин, классификация может проходит по большому количеству признаков. Если применять непригодный вариант выполнения пружины, то она не дает требуемую практичность. Рассмотрим характерности такого изделия детальнее.

Цилиндрическая

Обычно цилиндрическая пружина состоит из конечных витков, переходных витков и пружинных витков. Цилиндрическая пружина может быть сконструирована как с линейной характеристикой, так и прогрессирующей характеристикой (это достигается изменением шага). Преимущество цилиндрических пружин заключается в том, что во время изготовления их легко обрабатывать автоматически.

Цилиндрические пружины также отличаются тем, что их можно сгибать в продольном направлении. Этот вариант изготовления может быть полезен, когда конструктору необходимо скомпенсировать поперечные силы, влияющие на амортизатор.

Особенности винтовых конических спиралей

Такие детали более устойчивы к боковому изгибу в случае сжатия без оправки. Их можно использовать там, где не удается применить гильзу или направляющий стержень. Кроме того, такие детали применяются там, где требуются пружинные элементы с минимальной высотой. У изделий этого вида, при наибольшем сжатии витки заходят друг за друга.

Спирали кручения

Такие детали отличаются цилиндрической набивкой и используются там, где требуется передать осевую нагрузку. Работающие на скручивание пружины должны иметь такой внутренний диаметр витков, который не будет препятствовать свободному вращению изделия вокруг закрепляющей оправки и чаще всего используются вместе с фиксирующими элементами. Чтобы воздействующее на опорный элемент усилие было минимальным, пружины, используемые при незначительном угле закручивания, должны быть расположены так, чтобы в процессе работы их концы находились параллельно друг другу.

Ленточные спирали

Данные детали имеют плоскую форму и служат аккумуляторами энергии в разнообразных приборах и механизмах, например – будильниках, механических часах, двигателях заводных кукол и т.д. Такие изделия производятся из особо упругих видов цветных сплавов и стали, после деформирования возвращающихся к исходной форме при граничных расчетных нагрузках в случае растяжения или сжатия.

Категории пружин по конструкции

Один из самых популярных способов деления пружин на виды – с учетом их конструкции. Итак, можно выделить несколько типов изделий.

Винтовые пружины. Всем известный вид пружин, встречающийся практически везде, скажем, в автомобильных подвесках или шариковых ручках. Винтовые пружины бывают цилиндрической формы, с равным диаметром витков, или конической, с переменным диаметром. Конические пружины применяются, скажем, при производстве амортизаторов.





Торсионные пружины. В целом они похожи на винтовые, однако работают на кручение или изгиб. Используется подобный тип изделий в маятниках, в измерительных приборах, в подвесках тяжелых автомобилей. Также с их помощью изготавливаются механизмы открытия ворот, разнообразные противовесы и проч.





Спиральные пружины. Представляют собой плоские пружины из закрученной по спирали ленты. В сжатом (заведенном) состоянии такая пружина имеет запас потенциальной энергии, а потому используется в часах, самописцах и др. механизмах.





Тарельчатые пружины. Продукция их этой категории внешне совсем не напоминает пружины и состоит из нескольких соединенных между собой дисков («тарелок»). Главное преимущество тарельчатых пружин в том, что они слабо деформируются даже при очень больших нагрузках, поэтому их применяют в предохранительных клапанах, тормозных системах разных агрегатов, например, лифтов и ж/д транспорта.





Волновые пружины. Представляют собой изогнутую по синусоиде металлическую ленту, плавно навитую по спирали вокруг оси. Плюс волновых пружин в их компактности, что позволяет уменьшить габариты узла в целом. Используются в механизмах, требующих высокой точности: подшипниках, опорных узлах, трубопроводной арматуре. Могут также заменять тарельчатые пружины.





Газовые пружины. Эти пружины стоят особняком, так как изготавливаются не из проволоки, а состоят из заполненного газом цилиндра и поршня. Применяются в мебельной, автомобильной индустрии для создания подъемных и раскладных механизмов.

Пружинная проволока

Пружинная проволока, накрученная по определенной форме, служит в качестве основного материала при изготовлении рассматриваемого изделия. Она обладает определенными свойствами, к примеру, отличия растяжения и сжатия. Среди особенностей отметим следующие моменты:

1. При изготовлении применяется определенный сплав, который характеризуется особыми свойствами. Примером можно назвать коррозионную стойкость, низкую восприимчивость к переменным нагрузкам.
2. Основными параметром можно назвать диаметр. Он может варьировать в достаточно большом диапазоне, определяет основные свойства получаемого вида пружины.

Изготавливается пружинная проволока методом проката.

При этом для повышения основных свойств проводится термическая обработка, которая позволяет существенно повысить твердость, износостойкость и другие качества.

В продаже можно встретить пружинную проволоку, которая применяется при создании рассматриваемого изделия. Для этого используется специальное оборудование накручивания и центрирования.

Категории пружин по характеру нагрузки

Пружины одного конструкционного вида могут отличаться по виду нагрузки. Поэтому часто встречается и следующее разделение на типы.

• Пружины сжатия и растяжения. При приложении усилия сжимаются (растягиваются) и стремятся вернуться в исходное состояние. Используются почти повсеместно, так что если вы ищете классическую винтовую пружину, вам стоит купить пружину сжатия или растяжения.
• Пружины изгиба. Работают на изгиб при малых изменениях габаритов самой пружины. К ним относятся некоторые виды торсионов, тарельчатые пружины.
• Пружины кручения. Работают на скручивание. Примерами являются торсионные пружины кручения, пружины в канцелярских степлерах, бельевых прищепках и т.д.

Особенности производственного процесса

Основой деталей служит стальная пружинная проволока, процесс производства которой достаточно трудоемкий. На волочильных станках протягивается основа, периодически подвергаемая термической обработке и травлению для создания требуемого сечения. Поверхность проволоки должна быть особенно качественной, поскольку при набивке на ней не должны появляться вмятины, сколы и прочие дефекты, которые в дальнейшем могут стать причиной ненадежности и быстрого выхода из строя механизмов.

Важным производственным этапом является закалка, требующая точного следования технологическому процессу, зависящему от используемой марки стали.

При изготовлении пружин из проволоки с незначительным сечением, их можно не подвергать термической обработке, используя готовую основу. Однако силовые детали, испытывающие серьезные нагрузки, должны производиться из отожженной стали, дополнительно закаляемой после формовки.

Самым опасным видом закаливания считается закалка в воде, в процессе которой происходит значительное охлаждение материала. Поскольку используемые в производстве пружин стали имеют минимальную теплопроводность, слишком быстрое охлаждение может стать причиной появления закалочных трещин – следствия влияния чрезмерных внутренних напряжений. Данный метод закалки используется редко, при этом в воду добавляются разнообразные примеси, замедляющие процесс охлаждения. Наиболее качественными получаются элементы, закаляемые на воздухе или в масле, закалочных средах, не вызывающих быстрых и ощутимых перепадов температур в изделиях.

Для навивки применяются специальные автоматы, позволяющие создавать пружины как с правой, так и левой навивкой, при этом все работы производятся автоматические (если только не возникает необходимости отгибать крайние нитки для придания зацеплению нужной формы). С помощью автоматов можно создавать как крупные, так и мелкие пружины, если это необходимо, обрабатывая термически используемый материал.

Центрирование пружин

На момент производства изделия проводится процедура центрирования. Она возможна только при применении специального оборудования. Среди особенностей отметим:

1. Практически все разновидности виды пружин имеют центральную ось, которая во многом определяет эксплуатационные характеристики детали.
2. При смещении центра есть вероятность передачи усилия под неправильным углом.
3. При длительной эксплуатации есть вероятность смещения расположения оси. Обслуживание некоторых механизмов предусматривает ее возвращение в прежнее положение.

Провести процедуру центрирования без специального устройства практически невозможно. Это связано с тем, что применяемая проволока после принятия своего положения сохраняет ее на протяжении всего последующего периода.

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.

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.

Шарнирная установка пружин

Довольно часто проводится шарнирная установка различных видов пружин. Примером можно назвать создание подвески автомобиля, которая предназначена для стабилизации кузова и гашения колебаний. Особенностями подобного применения назовем следующее:

1. Обеспечивается центрирование в требуемом положении.
2. Снижается вероятность смещения центра оси, после чего нужно проводить процедуру центрирования.
3. Есть возможность проводить периодической обслуживание конструкции и замену рассматриваемого элемента.

Шарнирная установка встречается в самых различных ситуациях. При этом важно подобрать наиболее подходящий вид пружины, так как не все подходят для рассматриваемого случая.

Расчет пружин

Довольно большое распространение получили цилиндрические виды пружины, которые представлены определенным сочетанием витков. Принцип действием изгиба несколько отличается от сжатия, что стоит учитывать. Сред особенностей проводимых расчетов отметим следующие моменты:

1. На тело оказывается осевая растягивающая сила. Стоит учитывать, что также оказывается и поперечное сила, расчет момента проводится по формуле: Mz=FD/2.
2. Момент совпадает с плоскостью пары сил. При этом нормальное поперечное сечение витков наклоняется к плоскостью под определенным углом.
3. На момент построения проекция силы на оси следует учитывать, что они равны моментам.
4. При проводимых расчетах также учитывается условие прочности надежности.
5. Проводится расчет диаметра проволоки, а также требуемое число витков и полная длина пружины.

Основные показатели рассчитываются для того, чтобы подобрать наиболее подходящий вид пружины.

Конические

Конические пружины обычно выбираются в том случае, когда в подвеске автомобиля место под пружину ограничено. Этот тип обычно изготавливается с открытыми концами, иногда в форме «свиного хвостика». Такая пружина также может быть сконструирована как с линейной характеристикой, так и прогрессирующей характеристикой. Если конструктору нужны пружины с линейной характеристикой, достаточно лишь отрегулировать шаг в соответствии с диаметром чтобы сохранять характеристику пружины неизменной по ходу сжатия. Шаг увеличивается с увеличением диаметра пружины.

Устойчивость пружин

Рассматриваемое изделие характеризуется довольно большим количество особенностей. Довольно распространена характеристика, связанная с непосредственной устойчивостью пружины при установке. Среди особенностей этого показателя отметим следующие моменты:

1. На момент проектирования механизма уделяется внимание устойчивости, которая рассматривается с учетом применения внутренних и наружных направляющих.
2. Часто можно встретить ситуацию, когда для увеличения устойчивости механизма при применении и уменьшения размеров в сжатом состоянии применятся конический вариант исполнения. Это связано с тем, что в сжатом состоянии рассматриваемый вид пружины имеет высоту, равную диаметру применяемой проволоки. Все кольца вкладываются друг в друга, что напоминает спираль.

Отличительной особенностью можно назвать то, что конический вид изделия характеризуется сугубо нелинейной характеристикой из-за равномерного изменения величины диаметра всех витков.

Резонансные колебания

Довольно высокий показатель пластичности витков определяет то, что есть большая вероятность возникновения резонансного колебания. Подобная ситуация связана с довольно большим количеством опасностей, так как может привести к снижению прочности механизма. Особенностями подобного параметра можно назвать следующее:

1. Возникает в случае отсутствия дополнительных элементов крепления.
2. Колебания возникают на момент воздействия переменной нагрузки.
3. За счет резонансного колебания есть вероятность того, что сила будет распространяться не вдоль оси. Подобная ситуация становится причиной смещения и деформации отдельных витков.

Стабилизация пружины проводится самым различным образом. Стоит учитывать, что резонансные колебания увеличиваются в случае повышения показателя длины. При этом набольшее отклонение наблюдается в центральной части витков.

Составные пружины

Пружина составного типа используются в случае больших нагрузок. Среди особенностей отметим:

1. В большинстве случаев изделие работает на сжатие. При этом все элементы имеют одинаковую длину.
2. Составной вариант исполнения представлен сочетанием нескольких, которые имеют различный диаметр витков и вставляются друг в друга. При этом все они имеют общую ось, за счет чего обеспечивается равномерное распределение нагрузки.
3. Для снижения вероятности перескоков витков, из-за чего не происходит сжатие, их выполняют в противоположном направлении закручивания.

Подобный вариант исполнения получил весьма широкое распространение, устанавливается на автомобилях и другом оборудовании. Не стоит забывать о том, что за счет увеличения количества пружин существенно повышается стоимость изделия.

Призматические пружины

Может проводится также установка призматических пружин. Этот вариант исполнения характеризуется достаточно большим количеством недостатков. Свойствами изделия можно назвать следующее:

1. Изделие обладает относительно невысокой устойчивостью. При эксплуатации есть вероятность скручивания или искривления под нагрузкой. Именно поэтому в большинстве случаев проводится установка направляющих, которые размещаются внутри и снаружи. Опора во многом повторяет форму пружины.
2. Специалисты рекомендуют применять подобный вариант исполнения только в том случае, когда другие не подходят.
3. В большинстве случае ось витков располагается на призме, которая напоминает вил прямоугольника со скругленными углами.

Специалисты рекомендуют проводить подобный вид пружины только в том случае, когда другие не подходят. Именно поэтому они не получили широкое распространение и применяются крайне редко.

Характеристики пружин

Выделяют определенные характеристики пружин, которые должны учитываться при выборе наиболее подходящего варианта исполнения. Основными можно назвать следующее:

1. Пружина растяжения встречаются крайне часто. В этом случае сила упругости направлена против удлинения. Особенностью можно назвать то, что между витками в нулевом положении практически нет просветов. Отличительный момент заключается в наличии специальных крючков, за которые проводится зацепление изделие за основание и груз. При диаметре более свыше 4 мм част применяются специальные закладные зацепы, они более прочные, но при этом менее технологичны.
2. Устанавливается пружина сжатия. Параметры пружины сжатия во многом связаны с тем, что между витками есть просвет. За счет этого при воздействии витки прижимаются друг к другу.
3. Кручение. Этот вариант исполнения характеризуется небольшим углом подъема и незначительным зазором между витками. Внешняя нагрузка передается при помощи специальных зацепов, которые образуются путем отгиба концов.

Кроме этого, при выборе уделяется внимание качеству пружин. Другие подходящие свойства подбираются путем проведения соответствующих расчетов.

При рассмотрении основных свойств также следует уделить внимание нижеприведенным параметрам:

1. Диаметр проволоки. Практически все виды пружин представлены проволокой, изготовленной с определенного материала, которая накручивается по определенной траектории. При расчетах часто проводится определение среднего диаметра.
2. Число рабочих витков. Этот параметр может варьировать в достаточно большом диапазоне.
3. Длина изделия. Не стоит забывать о том, что изделие может быть в нормальном состоянии, а также в растяжении или сжатии. Наиболее важным параметром можно назвать длину в нормальном состоянии.
4. Частота витков. Зная длину изделия и число витков можно рассчитать показатель шага. Этот параметр позволяет также рассчитать расстояние между отдельными витками.
5. Длина рабочей части. Этот показатель также получил весьма широкое распространение. Некоторые виды пружин также обладают специальными крепежными элементами, которые не учитываются.
6. Индекс пружины. Она применяется для определения кривизны витков. Этот параметр выбирается в зависимости от диаметра проволоки.

Кроме этого, уделяется внимание и типу применяемого материала при изготовлении проволоки. В большинстве случаев выбирается специальный высокопрочный сплав, который применяется при изготовлении практически всей проволоки. Кроме этого, в зависимости от особенностей конкретного случая используется кремнистая, хромованадиевая, высокоуглеродистая и некоторые другие стали.

Для изготовления варианта исполнения, который эксплуатируется в химически агрессивной среде, следует использовать цветные сплавы.

Они обходятся намного дороже обычных, но обладают более высокими эксплуатационными характеристиками.

Применение пружин

Рассматриваемое изделие на сегодняшний день получили весьма широкое распространение. Они устанавливаются для совершения возвратно-поступательного движения. Сред особенностей отметим:

1. Относительно небольшая стоимость. В зависимости от типа применяемого материала зависит стоимость изделия.
2. Надежность в применении по причине использования металла при изготовлении. Производители проводят контроль качества поверхности на всех этапах производства. Трещины и другие дефекты могут стать причиной существенного снижения длительности эксплуатационного срока.
3. Простота установки. Часто фиксация проводится за счет специальных элементов, которые являются частью механизма.
4. Отсутствие необходимости в обслуживании. Пружина не должна смазываться или очищаться от загрязнений. Единственным, но важным моментом можно назвать то, что изделие должно быть защищено от воздействия окружающей среды.

Рассматривая назначение подобного изделия следует учитывать, что оно может иметь самую различную форму.

В пресс-формах и штампах

Довольно часто рассматриваемое изделие встречается в пресс формах, которые применяются на производственных линиях. Ключевыми моментами подобных механизмов можно назвать следующее:

1. За счет пружины гасится ударная нагрузка. В противном случае устройство не прослужит в течение длительного периода.
2. При правильном выборе изделия обеспечивается длительная работа устройства.

Пресс форма работает по принципу выдавливания определенной поверхности за счет оказания сильного воздействия.

В огнестрельном оружии

Если рассмотреть конструкцию практически всего оружия, то можно отметить, большинство вариантов исполнения имеют пружину. Она предназначена для выполнения следующих действий:

1. Создания противодействия, которое не позволяют затвору перемещаться случайно.
2. Различные виды пружины отвечают за возврат затвора в первоначальное положение.

В огнестрельном оружии пружина также отвечает за работу магазина. Она требуется для подачи патрона к отверстию в пусковой отверстие.

В механизмах постоянной силы

Встречается довольно большое количество различных механизмов постоянной силы. Они характеризуются следующим:

1. Могут устанавливаться различные виды пружин. Примером можно назвать спиральные варианты исполнения, которые встречаются в часах.
2. Предназначение механизма может быть самым различным, все зависит от конкретного случая.

Для того чтобы подобрать подходящий вид пружины следует провести соответствующие расчеты. При этом определяются основные параметры, к примеру, диаметр витков и ширина проволоки.

Коэффициент жесткости

Довольно важным параметром можно назвать коэффициент жесткости. Он указывается для каждого вида пружины, учитывается при проведении самых различных расчетов. Ключевыми моментами назовем следующее:

1. Коэффициент жесткости определяет то, какая сила требуется для сжатия и растяжения.
2. Рассматриваемый параметр также определяет то, какова может совершаться работа при применении изделия.

Подобный показатель берется со справочников. Он требуется для определения самых различных параметров, к примеру, величина кинетической энергии.

В заключение отметим, что на сегодняшний день распространены практически все виды пружин. Они используются в случае создания различных ответственных механизмов. При расчетах проводится определение основных параметров, а также силы, которая оказывается на тело. Примером можно назвать кинетическую энергию или период колебания. Все расчеты можно провести самостоятельно, для чего используются различные формулы.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (2 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка...