Пружини, види, основні параметри

18/04/2024

Пружина - пружний елемент, призначений для накопичення і поглинання механічної енергії. Пружина може бути виготовлена з будь-якого матеріалу, що має досить високі характеристики міцності і пружні властивості, але зазвичай, виготовляєтся зі сталі. Розберіть усе, що пов'язано з механізмом, і, найімовірніше, ви знайдете всередині пружину. Пружини досить часто використовуються у побуті, наприклад, у батаутах чи садових качелях.

Використання пружин у будь-якому продукті ґрунтується на законі Гука. Закон Гука просто демонструє взаємозв'язок між "силою", що діє на пружину, і її пружністю. Простіше кажучи, закон Гука свідчить, що сила, необхідна для стиснення і розтягування пружини, прямо пропорційна зміщенню.

Математично закон Гука виражається як F = -kX,

F = сила, прикладена до пружини Н

X - зміщення пружини (від'ємне значення вказує, що сила, яка повертає, протилежна напряму.) мм

x = відстань або (L2 - L1)

-k - жорсткість пружини. Це залежить від типу матеріалу пружин і показує постійну жорсткість.

Негативний знак присутній у законі Гука, тому що відновлювальна сила спрямована в протилежному напрямку щодо прикладеної сили; витягування пружини вниз викличе розтягнення вниз, але результуючу висхідну силу.

Пружина зі змінною жорсткістю не має однакової жорсткості по всій своїй осьовій довжині, іншими словами, k не є постійною величиною.

Відома пружина змінної жорсткості являє собою конусоподібну пружину стиснення. Повністю стиснута висота може становити всього один діаметр дроту.

Пружини зі змінною жорсткістю також мають додаткову перевагу, яка полягає в тому, що вони стабільні в поперечному напрямку і менш схильні до викривлення.

Види пружин

По виду сприйманого навантаження існує 4 види пружин, а саме:

пружини стиснення
пружини розтягування
пружини кручення;
пружини вигину.

Наразі, ми розглянемо тільки пружини стиснення та розтягування і які між ними відмінності.

Пружина розтягування

Пружина розтягування з'єднує два елементи механізму. При навантаженні вона розтягується до певної межі (накопичує енергію), а потім завдяки власній пружності компенсує зовнішній вплив - віддає накопичене.

Якщо говорити простими словами, то "розтягнулася і стиснулася". Цю властивість застосовують, коли потрібно регулярно притягувати деталі до себе, знижувати вібрацію. Без них неможливе виробництво військової техніки, механічних воріт, дверних доводчиків, деяких побутових приладів, підресовування залізничних вагонів.

Види пружин розтягування:

У більшості випадків у ненавантаженої пружини витки спіралі щільно прилягають один до одного. Так забезпечується велика пружність при розтягуванні.

У конструюванні сталевої пружини розтягування переважно використовуються три форми:

циліндрична - такі металовироби мають рівний діаметр витків по всій довжині.

конічна - ці пружини поступово збільшують діаметр кола.
бочкоподібна - з поступовим збільшенням діаметра витка, а потім зниженням. Ліва і права сторона при цьому симетричні.

Кріпляться пружини за допомогою кілець на кінцях. Якщо потрібне більш надійне кріплення, то використовують торцеві гвинти. Випускаються також безкінцеві, напрямними до яких використовують спеціальні циліндри.

Навантаження і термін роботи пружини розтягування безпосередньо пов'язані між собою - час, сила впливу розраховуються до установки і поділяються на три категорії:

статичні, коли навантаження немає або воно слабке;
циклічні або динамічні з періодичною зміною режимів;
ударні (пікові), за яких пружина піддається максимальному навантаженню за короткий інтервал часу.

Основні параметри, що характеризують пружину розтягнення є:

d - діаметр дроту
D- зовнішній діаметр пружини
L- довжина пружини
a- діаметр зачепів

У побутовій сфері, одними з найпопулярніших пружин розтягнення є пружини для батутів, та для підвісного крісла.

Пружини для батутів:

Пружини для батутів, а саме їхня довжина і кількість, безпосередньо впливають на термін служби виробу і можливу інтенсивність стрибків.

Для гарантії більшої безпеки краще обирати батут із ширшим і товстішим матом. Він повинен цілком приховувати пружину і раму.

Якщо говорити про співвідношення діаметра виробу до кількості пружин, то, оптимальний варіант такий:

діаметр 1-1,4 м вимагає 36-48 пружин;
діаметру 3,7 м потрібно 80 пружин;
для діаметра 4,3 м необхідно 97-110 пружин.

Якщо довжина пружини для батутів виявиться меншою за 16,5 см, на такому снаряді не вдасться виконати високий стрибок, а приземлення буде жорстким.

Співвідношення розмірів батутів і довжини пружин:

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

Пружини для підвісного крісла, гамака:

Такі пружини викори стовуються для створення додаткового комфорту під час підвішування підвісних крісел, гамаків на жорсткі кріплення. Наприклад, під час підвішування до стелі на анкерне кріплення, або до балок в альтанці. Мінімалізує тиск під час посадки і гойдання в гамаку, знижує напругу матеріалу, що підвищує його довговічність.

Такі пружини відрізняються одна від одної навантаженням, які вони можуть витримати. Зазвичай, використовують три види таких пружин:

Пружина стиснення

Пружина стиснення - металовиріб, який сприймає зменшувальні (стискальні) навантаження, а потім самостійно відновлює довжину. При відновленні деталі механізму "відштовхуються" одна від одної, повертаються в початкове положення.

Кручення витків виконують так, щоб у вільному стані вони не торкалися один одного. Кінцеві притискають до інших певним чином, а торці шліфують. Це зберігає необхідну енергію для подальшого розпрямлення пружини.

Існує три основні форми пружин стиснення, їх конфігурація багато в чому визначає подальшу сферу застосування:

Циліндричні. Є найбільш широко використовуваною конструкцією. Діаметр зберігається постійним по всій довжині. Форма витків дає змогу розподілити застосування навантаження по всій поверхні, а не в одній точці.
Конічні. Мають вищий коефіцієнт жорсткості і витримують важчі навантаження. Ефект досягається за допомогою зміни довжини і діаметра спіральних витків від основи до вершини. Ще до переваг відносять малу схильність до бічного зламу, можливість заощадити місце під час встановлення вузької частини конуса. Цей вид пружин часто використовують в автомобільних підвісках.
Призматичні. Застосовуються у вужчих напрямках - наприклад, у зброї. Вони мають малу стійкість до деформації, тому використовуються з жорсткими обмежувачами і спеціальними напрямними елементами.

Кожна пружина стиснення має кілька обов'язкових характеристик, які визначають її властивості:

Жорсткість - визначає можливу деформацію пружини залежно від сили її стиснення.
Граничне навантаження - показує сумарну кількість навантаження до моменту незворотної деформації.
Кількість витків - цей параметр у прямій пропорційності впливає на жорсткість виробу. Кількість витків має бути мінімум два або більше.
Висота пружини - визначає місце і способи встановлення та кріплення металовироби.

Основні параметри, що характеризують пружину стиснення є:

d - діаметр дроту
D1 - внутрішній діаметр пружини
D2- зовнішній діаметр пружини
L- довжина пружини

Усі доступні для замовлення пружини стиснення та розтягування представлені у нас на сайті.

Інші статті