• Главная
• Статьи
• Крепеж
• Разновидности пружин

Разновидности пружин

Общее наименование «пружина» идентифицирует упругие элементы, аккумулирующие и передающие/возвращающие энергию, полученную в ходе изменения своей внешней конфигурации под воздействием нагрузок различных видов. Энергия восстанавливается, когда данное изделие, деформированное под нагрузкой, приобретает исходное состояние. Функции, выполняемые пружиной, зависят от ее формы и типа.

Классификация

Подразделение пружин на виды осуществляется по нескольким критериям. В частности, такие, как «конструкция» и «тип нагрузки». Существует еще один критерий. Это – «тип пружины». Однако он является производным от первых двух. Рассмотрим более подробно состав групп, сформированных на основе данных критериев.

Конструкция

По признаку «конструктивное исполнение» пружины бывают ниже перечисленных видов.

Винтовые. Получили очень широкое распространение. Работают как на растяжение, так и на сжатие. Винтовые пружины отличает простота изготовления и надежность конструкции.

Производят их горячей либо холодной навивкой проволоки на специальные приспособления – оправки. Упругие элементы данного вида, в свою очередь, подразделяются:

• по типу нагружения - пружины кручения (Рис. г), сжатия (Рис. в, б), растяжения (Рис. а);

• по виду оправки – параболоидные, конусообразные и цилиндрические.

Изготовление пружин сжатия предусматривает наличие между витками определенного зазора. При этом крайние витки должны быть поджаты к соседним виткам. Также их обычно шлифуют по плоскости, расположенной относительно продольной оси пружины под прямым углом.

Торсионные. По внешнему виду схожи с винтовыми, но их отличие – функционирование «на кручение». Принцип действия такой: к пружине приложены две силы, векторы которых ориентированы перпендикулярно относительно ее продольной оси. Соответственно, работают эти силы в параллельных плоскостях. Торсионом, находящемся в рабочем состоянии, продуцируется крутящий момент мощностью, достаточной для балансировки крупногабаритных механизмов.

Встречается в виде основного элемента подвески внедорожников и в многопоточных редукторах. В последнем варианте торсионные пружины выполняют функцию выравнивания моментов между параллельными трансмиссиями.

Спиральные. Пружина данного вида представляет собой своеобразное механическое устройство – свернутую металлическую проволоку/ленту, хранящую и высвобождающую энергию для поглощения внешних импульсных воздействий и для нивелирования усилий по вытягиванию либо, наоборот – сжатию между объектами. 

Спиральные пружины используются в механических часах, в пылесосах, оснащенных устройством втягивания шнура электропитания по завершению работы, рулетках и т.д.

Тарельчатые. Упругие элементы данного вида применяются при необходимости обеспечения устойчивости соединения к воздействию высоких силовых нагрузок, когда возникают несущественные деформации. Ниже представлен набор изображений, помогающий понять их устройство.

На Рис. «а» показано, как выглядит элемент тарельчатой пружины. Повышение несущей способности достигается путем обжатия всей конструкции до полного распрямления. Такое технологическое решение обусловливает возникновение остаточных напряжений противоположного знака.

Податливость пружин данного типа повышается за счет последовательной установки тарелок (Рис. «б»). Еще один способ, позволяющий повысить несущую способность этих изделий – замена отдельных элементов пакетами (Рис «в»). Тарельчатые пружины могут активно сглаживать энергию колебаний. Для этого, наряду с пакетами элементов, применяют совместно с пружинами еще и плоские шайбы (Рис. «г»)

Волновые. По своим рабочим характеристикам упругие изделия данного вида близки к витым стандартным пружинам, работающих на сжатие, либо к пружинам тарельчатой разновидности. Однако у волновых имеется одно существенное преимущество. Заключается оно в следующем: при идентичном значении  допустимой нагрузки их геометрические размеры меньше где-то на 50%. 

Эта особенность волновых пружин позволяет применять их в узлах, требующих экономии пространства не в ущерб заданному рабочему ходу. Таким образом, использование данных изделий позволяет значительно уменьшить размеры определенного узла, а, следовательно, и всего создаваемого механизма, сокращая тем самым производственные расходы.

Газовые. Роль упругого элемента в пружине данного вида играет газ, закачанный под давлением в цилиндрический герметичный корпус. Кроме того, в этом корпусе имеется и масло. Газ предоставляет возможность накапливать энергию. Масло осуществляет демпфирование (сглаживание, замедление) перемещения поршня, а также обеспечивает смазку рабочих поверхностей узла.

Газовые пружины применяются во многих отраслях промышленного производства. Например, в автомобилестроении их примерный конструктивный аналог служит в качестве лифта-поддержки крышки багажника транспортного средства. Чтобы понять принцип их действия, просмотрите очень информативное видео. Его запуск осуществляется путем наведения курсора на ниже размещенное изображение с последующим одновременным нажатием клавиши «Сtrl» и левой кнопки мышки.

Характер нагрузки

Продолжая разговор о классификации пружин, необходимо назвать такой критерий, как «Характер нагрузки». На его основе можно выделить следующие разновидности исполнения этих упругих элементов:

• нагрузка на изгиб. Пружины данного вида под внешним воздействием изменяют свои размеры незначительно. Наиболее характерный пример – автомобильная рессора. Также на изгиб работают стопорные элементы, пружины тарельчатого и торсионного типов и др;

• нагрузка на кручение. Принцип действия упругого элемента данного вида основан на восприятии крутящего момента, который воздействует на его торец. В результате витки изгибаются в плоскости действия приложенного момента.

Работа пружины характеризуется большей устойчивостью, когда крутящий момент не раскручивает ее (Рис.I), а наоборот, скручивает (Рис.II.) В соответствии с этой спецификой необходимо подбирать как расположение упоров, так и направление навивки. Если крутящий момент направлен против часовой стрелки по отношению к торцу пружины, тогда навивка должна быть правой, и наоборот.

Упругие элементы данного вида все мы знаем еще с детства. Они задействованы в мышеловках, дыроколах, прищепках для развешивания белья и в канцелярских степлерах;

• нагрузка на сжатие/растяжение. Под внешним воздействием линейные размеры таких пружин, соответственно, уменьшаются или возрастают. Но витки стремятся занять исходное положение, за счет чего, изделия данного вида и выполняют свои функции.

Современная металлургическая промышленность производит пружины, работающие на сжатие/растяжение, нескольких конфигураций, основные из которых представлены на рисунке.

I. Цилиндрическая форма с постоянным расстоянием между витками.

II. Цилиндрическая форма со сменным интервалом между витками.

III. Конфигурация, напоминающая бочонок.

IV. Конструкция конической формы.

V. Форма, схожая с песочными часами. Научное название – гиперболоид.

Производятся данные упругие элементы из рессорно-пружинных сталей определенных марок – Cт.70, Cт.65Г, Ст.55C2, Ст.60C2A. В качестве сырья используется проволока с круглым сечением, размер которого варьируется в пределах min 0,3 мм; max 40 мм.

Прохождение пружинами процедуры термообработки обеспечивает сохранность упругих свойств и конфигурации на протяжении всего периода эксплуатации. Что же касается нанесения защитного покрытия, то здесь, по мнению экспертов, должно соблюдаться одно ограничение. Формулируется оно так: подвергать оцинковке пружины, сечение витка которых превышает 8 мм, не рекомендуется. В ходе этого процесса происходит явление наводораживания металла, обусловливающее уменьшение его длительной прочности и пластичности. По этой причине материал, и, следовательно, изготовленная из него пружина, становятся хрупкими.

Заключение

Подводя итоги, следует отметить, что в настоящий момент получили широкое распространение пружины, практически всех перечисленных видов. Используются они при необходимости создания различных механизмов, в том числе ответственных. Проведение расчетов пружин преследует цель определить их основные технические характеристики, а также силу воздействия на сопрягаемые элементы конструкции, например, на подвеску легкового автомобиля. В число важных параметров, подлежащих учету при выборе конкретного образца подобного изделия, входит коэффициент жесткости. Узнать его можно из справочников.