Пружины, виды, основные параметры

18/04/2024

Пружина - упругий элемент, предназначенный для накопления и поглощения механической энергии. Пружина может быть изготовлена из любого материала, имеющего достаточно высокие прочностные характеристики и упругие свойства, но обычно, изготавливается из стали. Разберите все, что связано с механизмом, и, скорее всего, вы найдете внутри пружину. Пружины довольно часто используются в быту, например, в батаутах или садовых качелях.

Использование пружин в любом продукте основано на законе Гука. Закон Гука просто демонстрирует взаимосвязь между "силой", действующей на пружину, и ее упругостью. Проще говоря, закон Гука гласит, что сила, необходимая для сжатия и растяжения пружины, прямо пропорциональна смещению.

Математически закон Гука выражается как F = -kX,

F = сила, приложенная к пружине Н

X - смещение пружины (отрицательное значение указывает, что сила, которая поворачивает, противоположная направлению.) мм

x = расстояние или (L2 - L1)

-k - жесткость пружины. Это зависит от типа материала пружин и показывает постоянную жесткость.

Отрицательный знак присутствует в законе Гука, потому что восстановительная сила направлена в противоположном направлении относительно приложенной силы; вытягивание пружины вниз вызовет растяжение вниз, но результирующую восходящую силу.

Пружина с переменной жесткостью не имеет одинаковой жесткости по всей своей осевой длине, другими словами, k не является постоянной величиной.

Известная пружина переменной жесткости представляет собой конусообразную пружину сжатия. Полностью сжатая высота может составлять всего один диаметр проволоки.

Пружины с переменной жесткостью также имеют дополнительное преимущество, которое заключается в том, что они стабильны в поперечном направлении и менее подвержены искривлению.

Виды пружин

По виду воспринимаемой нагрузки существует 4 вида пружин, а именно:

пружины сжатия
пружины растяжения
пружины кручения;
пружины изгиба.

Сейчас мы рассмотрим только пружины сжатия и растяжения и какие между ними различия.

Пружина растяжения

Пружина растяжения соединяет два элемента механизма. При нагрузке она растягивается до определенного предела (накапливает энергию), а затем благодаря собственной упругости компенсирует внешнее воздействие - отдает накопленное.

Если говорить простыми словами, то "растянулась и сжалась". Это свойство применяют, когда нужно регулярно притягивать детали к себе, снижать вибрацию. Без них невозможно производство военной техники, механических ворот, дверных доводчиков, некоторых бытовых приборов, подрессоривания железнодорожных вагонов.

Виды пружин растяжения:

В большинстве случаев у ненагруженной пружины витки спирали плотно прилегают друг к другу. Так обеспечивается большая упругость при растяжении.

В конструировании стальной пружины растяжения преимущественно используются три формы:

цилиндрическая - такие металлоизделия имеют равный диаметр витков по всей длине.

коническая - эти пружины постепенно увеличивают диаметр окружности.
бочкообразная - с постепенным увеличением диаметра витка, а затем снижением. Левая и правая сторона при этом симметричны.

Крепятся пружины с помощью колец на концах. Если требуется более надежное крепление, то используют торцевые винты. Выпускаются также бесконечные, направляющими к которым используют специальные цилиндры.

Нагрузка и срок работы пружины растяжения напрямую связаны между собой - время, сила воздействия рассчитываются до установки и подразделяются на три категории:

статические, когда нагрузки нет или она слабая;
циклические или динамические с периодической сменой режимов;
ударные (пиковые), при которых пружина подвергается максимальной нагрузке за короткий интервал времени.

Основными параметрами, характеризующими пружину растяжения являются:

d - диаметр проволоки
D- наружный диаметр пружины
L- длина пружины
a- диаметр зацепов

В бытовой сфере, одними из самых популярных пружин растяжения являются пружины для батутов, и для подвесного кресла.

Пружины для батутов:

Пружины для батутов, а именно их длина и количество, напрямую влияют на срок службы изделия и возможную интенсивность прыжков.

Для гарантии большей безопасности лучше выбирать батут с более широким и толстым матом. Он должен полностью скрывать пружину и раму.

Если говорить о соотношении диаметра изделия к количеству пружин, то, оптимальный вариант таков:

диаметр 1-1,4 м требует 36-48 пружин;
диаметру 3,7 м требуется 80 пружин;
для диаметра 4,3 м необходимо 97-110 пружин.

Если длина пружины для батутов окажется меньше 16,5 см, на таком снаряде не удастся выполнить высокий прыжок, а приземление будет жестким.

Соотношение размеров батутов и длины пружин:

батут 3,7-4,6 м - пружина длиной 21,5 см;
батут 1,8-3 м - пружина длиной 18,5 см.

Пружины для подвесного кресла, гамака:

Такие пружины используются для создания дополнительного комфорта при подвешивании подвесных кресел, гамаков на жесткие крепления. Например, при подвешивании к потолку на анкерное крепление, или к балкам в беседке. Минимализирует давление во время посадки и качания в гамаке, снижает напряжение материала, что повышает его долговечность.

Такие пружины отличаются друг от друга нагрузкой, которые они могут выдержать. Обычно, используют три вида таких пружин:

Пружина сжатия

Пружина сжатия - металлоизделие, которое воспринимает уменьшающие (сжимающие) нагрузки, а затем самостоятельно восстанавливает длину. При восстановлении детали механизма "отталкиваются" друг от друга, возвращаются в исходное положение.

Кручение витков выполняют так, чтобы в свободном состоянии они не касались друг друга. Концевые прижимают к другим определенным образом, а торцы шлифуют. Это сохраняет необходимую энергию для дальнейшего распрямления пружины.

Существует три основные формы пружин сжатия, их конфигурация во многом определяет дальнейшую сферу применения:

Цилиндрические. Являются наиболее широко используемой конструкцией. Диаметр сохраняется постоянным по всей длине. Форма витков позволяет распределить применение нагрузки по всей поверхности, а не в одной точке.
Конические. Имеют более высокий коэффициент жесткости и выдерживают более тяжелые нагрузки. Эффект достигается с помощью изменения длины и диаметра спиральных витков от основания к вершине. Еще к преимуществам относят малую склонность к боковому излому, возможность сэкономить место при установке узкой части конуса. Этот вид пружин часто используют в автомобильных подвесках.
Призматические. Применяются в более узких направлениях - например, в оружии. Они имеют малую устойчивость к деформации, поэтому используются с жесткими ограничителями и специальными направляющими элементами.

Каждая пружина сжатия имеет несколько обязательных характеристик, которые определяют ее свойства:

Жесткость - определяет возможную деформацию пружины в зависимости от силы ее сжатия.
Предельная нагрузка - показывает суммарное количество нагрузки до момента необратимой деформации.
Количество витков - этот параметр в прямой пропорциональности влияет на жесткость изделия. Количество витков должно быть минимум два или больше.
Высота пружины - определяет место и способы установки и крепления металлоизделия.

Основные параметры, характеризующие пружину сжатия являются:

d - диаметр проволоки
D1 - внутренний диаметр пружины
D2- наружный диаметр пружины
L- длина пружины

Все доступные для заказа пружины сжатия и растяжения представлены у нас на сайте .

Другие статьи