Василиса▶ Я жду вашего обращения. Что Вы хотите узнать?
Логотип
Витая цилиндрическая пружина растяжения

Пружина  — упругий элемент, предназначенный для накапливания или поглощения механической энергии . Пружина может быть изготовлена из любого материала, имеющего достаточно высокие прочностные и упругие свойства ( сталь , пластмасса , дерево , фанера , даже картон ).

Стальные пружины общего назначения изготавливают из высокоуглеродистых сталей (У9А-У12А, 65, 70), легированных марганцем, кремнием, ванадием (65Г, 60С2А, 65С2ВА). Для пружин, работающих в агрессивных средах, применяют нержавеющую сталь (12Х18Н10Т), бериллиевую бронзу (БрБ-2), кремнемарганцевую бронзу (БрКМц3-1), оловянноцинковую бронзу (БрОЦ-4-3), титановые (ВТ-16) и никелевые сплавы (A-286, INCONEL, ELGILOY).

Небольшие пружины можно навивать из готовой проволоки, в то время как мощные изготавливаются из отожжённой стали и закаляются уже после формовки.

Виды пружин

Витая цилиндрическая пружина сжатия
Тарельчатые пружины
Место установки тарельчатых пружин

По виду воспринимаемой нагрузки :

  • пружины сжатия;
  • пружины растяжения;
  • пружины кручения;
  • пружины изгиба.

Пружины растяжения  — рассчитаны на увеличение длины под нагрузкой. В ненагруженном состоянии обычно имеют сомкнувшиеся витки. На концах для закрепления пружины на конструкции имеются крючки или кольца.

Пружины сжатия  — рассчитаны на уменьшение длины под нагрузкой. Витки таких пружин без нагрузки не касаются друг друга. Концевые витки поджимают к соседним и торцы пружины шлифуют. Длинные пружины сжатия, во избежание потери устойчивости, ставят на оправки или стаканы. Волновые пружины , навитые из синусоидальной металлической ленты, отличаются более высокой устойчивостью благодаря соприкасающимся вершинам волн соседних витков.

Также пружина Бурдона  — трубчатая пружина в манометрах для измерения давления, играющая роль чувствительного элемента.

Витки пружин растяжения-сжатия под действием постоянной по величине силы испытывают напряжения двух видов: изгиба и кручения .

Пружина изгиба — применяется для передачи упругих деформаций при незначительных изменениях геометрических размеров пружины или пакета пружин (рессоры, тарельчатые пружины).Они  имеют разнообразную простую форму ( торсионы, стопорные кольца и шайбы, упругие зажимы, элементы реле и т.п.)

Пружины кручения  — могут быть двух видов:

По конструкции :

Характеристики пружин

Для витых цилиндрических и конических:

  • количество витков
  • шаг витка
  • диаметр проволоки
  • предельно воспринимаемая нагрузка
  • линейная зависимость между деформацией (осадкой) пружины и нагрузкой, приложенной к ней

Для волновых:

  • сечение ленты
  • число витков
  • число волн на виток
  • коэффициент жёсткости
  • предельная нагрузка

также усталостные характеристики материалов.

Теория

С точки зрения классической физики, пружину можно рассматривать как устройство, накапливающее потенциальную энергию путём изменения расстояния между атомами эластичного материала.

В теории упругости законом Гука установлено, что растяжение эластичного стержня пропорционально приложенной к нему силе, направленной вдоль его оси. В реальности этот закон выполняется не точно, а только при малых растяжениях и сжатиях. Если напряжение превышает определённый предел ( предел текучести ) в материале наступают необратимые нарушения его структуры, и деталь разрушается или получает необратимую деформацию. Следует отметить, что многие реальные материалы не имеют чётко обозначенного предела текучести, и закон Гука к ним неприменим. В таком случае, для материала устанавливается условный предел текучести.

Витые металлические пружины преобразуют деформацию сжатия/растяжения пружины в деформацию кручения материала из которого она изготовлена, и наоборот, деформацию кручения пружины в деформацию растяжения и изгиба металла, многократно усиливая коэффициент упругости за счёт увеличения длины проволоки противостоящей внешнему воздействию. Волновые пружины сжатия подобны множеству последовательно/параллельно соединённых рессор, работающих на изгиб.

Применение пружин

В пресс-формах и штампах

В пресс-формах и штампах применяются пружины сжатия с прямоугольным сечением проволоки, они называются инструментальными пружинами. Благодаря прямоугольному сечению проволоки, пружина имеет более жесткие пружинные свойства при относительно небольших размерах, что очень удобно для размещения их в пресс-формы и штампы.

В огнестрельном оружии

  • Боевая пружина, возвратная пружина, пружина магазина
  • В симуляции оружия, оружие для страйкбола  — пружина обычно используется для выталкивания снаряда в пружинно-поршневых винтовках.

В механизмах постоянной силы

Конструкция механизма или самой пружины обеспечивает постоянное усилие на грузонесущем элементе в определенном диапазоне перемещения.

  • Опоры постоянного усилия для трубопроводов
  • Роликовые пружины постоянного усилия или момента
  • Уплотнения трубопроводной арматуры
  • Заданная нагрузка для плавающих подшипников

Коэффициент жёсткости

Витая цилиндрическая пружина сжатия или растяжения, намотанная из цилиндрической проволоки и упруго деформируемая вдоль оси, имеет коэффициент жёсткости

где

d D  — диаметр проволоки;
d F  — диаметр намотки (измеряемый от оси проволоки);
n  — число витков;
G  — модуль сдвига (для обычной стали G ≈ 80 ГПа , для меди ~ 45 ГПа ).

См. также

Примечания

Литература

© 2014-2019 ЯВИКС - все права защищены.
Наши контакты/Карта ссылок