что такое пружина сжатия
Пружина
Пружина — упругий элемент, предназначенный для накапливания и 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).
Небольшие пружины можно навивать из готовой проволоки, в то время как мощные изготавливаются из отожжённой стали и закаляются уже после формовки.
Содержание
Виды пружин
По виду воспринимаемой нагрузки:
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.
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.
Пружины кручения — могут быть двух видов:
Характеристики пружин
Для витых цилиндрических и конических:
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.
Коэффициент жёсткости
Витая цилиндрическая пружина сжатия или растяжения, намотанная из цилиндрической проволоки и упруго деформируемая вдоль оси, имеет коэффициент жёсткости
dD — диаметр проволоки; dF — диаметр намотки (измеряемый от оси проволоки); n — число витков; G — модуль сдвига (для обычной стали G ≈ 80 ГПа, для меди
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Пружина» в других словарях:
ПРУЖИНА — Процессы формирования отвлеченных значений у слов, которые вместе с тем служат обозначениями конкретно бытовых предметов, недостаточно изучены. Они различны в разные периоды развития языка. Самые принципы аналогических соответствий,… … История слов
пружина — См. способ. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. пружина причина, способ; рессора; пендельфедер, спираль, двигатель, рычаг, движущая сила, пружинка … Словарь синонимов
ПРУЖИНА — ПРУЖИНА, пружины, жен. 1. Согнутая спиралью (или иной формы) стальная полоса, вследствие своей эластичности и упругости легко принимающая прежний вид после растягивания или сжимания и используемая как источник механической сил, как приспособление … Толковый словарь Ушакова
ПРУЖИНА — ПРУЖИНА, ы, жен. 1. Упругая узкая металлическая пластина или нить, согнутая преимущ. спиралью. Витая (винтовая) п. Кольцевая п. Часовая п. Пружина матраца. Как на пружинах (об энергичных, пружинистых движениях; разг.). 2. перен. Движущая сила в… … Толковый словарь Ожегова
ПРУЖИНА — деталь машины или механизма для поглощения, накопления и отдачи накопленной механической энергии при упругом деформировании, после чего пружина восстанавливает свою первоначальную форму. П. изготавливают из специальной пружинной стали с высокими… … Большая политехническая энциклопедия
ПРУЖИНА — деталь машины или механизма для поглощения, накопления и отдачи механической энергии при своем деформировании. Различают пружины изгиба, кручения, растяжения (сжатия); бывают цилиндрические, конические, тарельчатые, кольцевые, пластинчатые и др … Большой Энциклопедический словарь
ПРУЖИНА — ПРУЖИНА, механическое приспособление, представляющее собою свернутую спиралью проволоку или стержень из упругого материала (преимущественно металла), которое можно сжимать, растягивать или сгибать. Пружины используются для накопления или… … Научно-технический энциклопедический словарь
Пружина — (иноск.) дѣйствующая сила (основная причина явленія). Ср. Въ преобразованіи нашихъ судовъ. Зарудный и былъ главной дѣйствующей пружиной, и маховымъ колесомъ. А. Ф. Кони. Памяти С. И. Заруднаго (въ год. собраніи Юрид. Общ. 1899 г.) Ср. Она… … Большой толково-фразеологический словарь Михельсона (оригинальная орфография)
ПРУЖИНА — упругая деталь, получаемая путем навивания проволоки, прутка или полосы на специальном станке и служащая для смягчения толчков и ударов или в качестве самостоятельной детали для осуществления нагрузки, увеличивающейся с увеличением прогиба П.… … Технический железнодорожный словарь
Виды пружин сжатия и их параметры
Пружины сжатия наиболее применяемый вид в современной промышленности и автомобилестроении. Благодаря своей конструкции такой вид изделий имеет высокую чувствительность к прикладываемым усилиям, поэтому довольно часто они являются частью манометрической техники и весовых приборов.
Основное назначение пружин сжатия – это накопление энергии, которая вырабатывается в процессе ее сжимания, необходимой для последующего противостояния прикладываемой нагрузке. После окончания воздействия внешних сил изделие восстанавливает свою начальную форму.
Виды пружин сжатия
По конфигурации исполнения различаются следующие виды пружин сжатия:
Для изготовления данных изделий используются определенные марки пружинных сплавов: 60С2А, 55С2, 65Г, Ст70. Диаметр применяемой проволоки (круглой формы) варьируется в диапазоне 0,3-40 мм. Включение термообработки в технологический процесс производства позволяет получать изделия, сохраняющие свою форму и упругие свойства в течение всего времени применения.
Параметры пружины сжатия
Для описания соответствующих характеристик пружины сжатия используются следующие параметры:
Пружины сжатия, конструкции
Цилиндрические пружины
Наиболее распространенный вид используемых пружин имеет форму цилиндра. Для корректной работы данного вида пружины сжатия особенное значение уделяют конструкции крайних витков изделия. Форма этих узлов должна соответствовать определенным параметрам:
плоскость конечного витка должна иметь ровную форму, которая позволяет равномерно распределить опорное усилие, быть перпендикулярной к осевой линии изделия. Такие конструкционные особенности позволяют получить приложение нагрузки в полном объеме, а не одной точке; крайние витки в обязательном порядке изготавливаются в форме законченного кольца, что позволяет избежать смещения нагрузки от центра пружины (появления перекоса); конструкционное исполнение пружинного изделия своей формой должно максимально помогать определению центровки при его установке в опорных деталях.
Конические пружины
Используются в случаях, когда требуется увеличение показателя жесткости с повышением силы сжатия. Данная способность обусловлена разницей диаметров имеющихся витков. Первыми в деформацию включаются самые крупные элементы пружины, которые ложатся на опорную плоскость и тем самым исключаются из рабочего цикла. Жесткость оставшейся пружины многократно увеличивается в связи с уменьшением ее длины и диаметра оставшихся задействованных витков.
Призматические пружины
Характеристики пружин сжатия
Для каждой выпускаемой пружины сжатия имеются определенные характеристики, которые учитываются при подборе места установки пружинного изделия, метода его крепления.
Жесткость
Качественный показатель, характеризующий зависимость возможной деформации изделия от прилагаемой к нему нагрузке. Для пружин сжатия деформация возрастает пропорционально приложенной силе сжимания. В графическом изображении данная зависимость имеет вид прямой линии.
Коэффициент
Указывает на отношение усредненного диаметра изделия к диаметру применяемого материала (проволоки круглого сечения). При увеличенном значении этого параметра появляется риск появления излишнего изгиба при полном сжимании пружины.
Степень нагрузки
При изготовлении пружинного изделия используемый материал подвергается воздействию скручивания, при этом получает определенную нагрузку. Во время изгибания готовое изделие также получает дополнительную нагрузку, которая игнорируется до достижения угла наклона в 10 градусов. При превышении суммарного показателя нагрузки существует риск разрушения пружинного изделия.
Количество витков
Данный параметр влияет пропорционально на величину жесткости изделия. Чем больше активных витков, тем выше показатель жесткости. Минимальное их количество не должно быть меньше двух.
Высота пружины в сжатом и в свободном состояниях
Геометрические показатели изделия, по которым определяется место его установки и способы крепления.
Направление навивки
Существуют два типа укладки витков:
Для жестко закрепленных изделий направление навивки должна быть направлена в противоположные стороны. В случае расположения пружины над резьбой направление навивки должно быть противоположно направлению резьбы.
Виды пружин сжатия и их параметры
Пружины сжатия наиболее применяемый вид в современной промышленности и автомобилестроении. Благодаря своей конструкции такой вид изделий имеет высокую чувствительность к прикладываемым усилиям, поэтому довольно часто они являются частью манометрической техники и весовых приборов.
Основное назначение пружин сжатия – это накопление энергии, которая вырабатывается в процессе ее сжимания, необходимой для последующего противостояния прикладываемой нагрузке. После окончания воздействия внешних сил изделие восстанавливает свою начальную форму.
Виды пружин сжатия
По конфигурации исполнения различаются следующие виды пружин сжатия:
Для изготовления данных изделий используются определенные марки пружинных сплавов: 60С2А, 55С2, 65Г, Ст70. Диаметр применяемой проволоки (круглой формы) варьируется в диапазоне 0,3-40 мм. Включение термообработки в технологический процесс производства позволяет получать изделия, сохраняющие свою форму и упругие свойства в течение всего времени применения.
Параметры пружины сжатия
Для описания соответствующих характеристик пружины сжатия используются следующие параметры:
Пружины сжатия, конструкции
Цилиндрические пружины
Наиболее распространенный вид используемых пружин имеет форму цилиндра. Для корректной работы данного вида пружины сжатия особенное значение уделяют конструкции крайних витков изделия. Форма этих узлов должна соответствовать определенным параметрам:
плоскость конечного витка должна иметь ровную форму, которая позволяет равномерно распределить опорное усилие, быть перпендикулярной к осевой линии изделия. Такие конструкционные особенности позволяют получить приложение нагрузки в полном объеме, а не одной точке; крайние витки в обязательном порядке изготавливаются в форме законченного кольца, что позволяет избежать смещения нагрузки от центра пружины (появления перекоса); конструкционное исполнение пружинного изделия своей формой должно максимально помогать определению центровки при его установке в опорных деталях.
Конические пружины
Используются в случаях, когда требуется увеличение показателя жесткости с повышением силы сжатия. Данная способность обусловлена разницей диаметров имеющихся витков. Первыми в деформацию включаются самые крупные элементы пружины, которые ложатся на опорную плоскость и тем самым исключаются из рабочего цикла. Жесткость оставшейся пружины многократно увеличивается в связи с уменьшением ее длины и диаметра оставшихся задействованных витков.
Призматические пружины
Характеристики пружин сжатия
Для каждой выпускаемой пружины сжатия имеются определенные характеристики, которые учитываются при подборе места установки пружинного изделия, метода его крепления.
Жесткость
Качественный показатель, характеризующий зависимость возможной деформации изделия от прилагаемой к нему нагрузке. Для пружин сжатия деформация возрастает пропорционально приложенной силе сжимания. В графическом изображении данная зависимость имеет вид прямой линии.
Коэффициент
Указывает на отношение усредненного диаметра изделия к диаметру применяемого материала (проволоки круглого сечения). При увеличенном значении этого параметра появляется риск появления излишнего изгиба при полном сжимании пружины.
Степень нагрузки
При изготовлении пружинного изделия используемый материал подвергается воздействию скручивания, при этом получает определенную нагрузку. Во время изгибания готовое изделие также получает дополнительную нагрузку, которая игнорируется до достижения угла наклона в 10 градусов. При превышении суммарного показателя нагрузки существует риск разрушения пружинного изделия.
Количество витков
Данный параметр влияет пропорционально на величину жесткости изделия. Чем больше активных витков, тем выше показатель жесткости. Минимальное их количество не должно быть меньше двух.
Высота пружины в сжатом и в свободном состояниях
Геометрические показатели изделия, по которым определяется место его установки и способы крепления.
Направление навивки
Существуют два типа укладки витков:
Для жестко закрепленных изделий направление навивки должна быть направлена в противоположные стороны. В случае расположения пружины над резьбой направление навивки должно быть противоположно направлению резьбы.
Виды пружин сжатия и их параметры
Пружины сжатия наиболее применяемый вид в современной промышленности и автомобилестроении. Благодаря своей конструкции такой вид изделий имеет высокую чувствительность к прикладываемым усилиям, поэтому довольно часто они являются частью манометрической техники и весовых приборов.
Основное назначение пружин сжатия – это накопление энергии, которая вырабатывается в процессе ее сжимания, необходимой для последующего противостояния прикладываемой нагрузке. После окончания воздействия внешних сил изделие восстанавливает свою начальную форму.
Виды пружин сжатия
По конфигурации исполнения различаются следующие виды пружин сжатия:
Для изготовления данных изделий используются определенные марки пружинных сплавов: 60С2А, 55С2, 65Г, Ст70. Диаметр применяемой проволоки (круглой формы) варьируется в диапазоне 0,3-40 мм. Включение термообработки в технологический процесс производства позволяет получать изделия, сохраняющие свою форму и упругие свойства в течение всего времени применения.
Параметры пружины сжатия
Для описания соответствующих характеристик пружины сжатия используются следующие параметры:
Пружины сжатия, конструкции
Цилиндрические пружины
Наиболее распространенный вид используемых пружин имеет форму цилиндра. Для корректной работы данного вида пружины сжатия особенное значение уделяют конструкции крайних витков изделия. Форма этих узлов должна соответствовать определенным параметрам:
плоскость конечного витка должна иметь ровную форму, которая позволяет равномерно распределить опорное усилие, быть перпендикулярной к осевой линии изделия. Такие конструкционные особенности позволяют получить приложение нагрузки в полном объеме, а не одной точке; крайние витки в обязательном порядке изготавливаются в форме законченного кольца, что позволяет избежать смещения нагрузки от центра пружины (появления перекоса); конструкционное исполнение пружинного изделия своей формой должно максимально помогать определению центровки при его установке в опорных деталях.
Конические пружины
Используются в случаях, когда требуется увеличение показателя жесткости с повышением силы сжатия. Данная способность обусловлена разницей диаметров имеющихся витков. Первыми в деформацию включаются самые крупные элементы пружины, которые ложатся на опорную плоскость и тем самым исключаются из рабочего цикла. Жесткость оставшейся пружины многократно увеличивается в связи с уменьшением ее длины и диаметра оставшихся задействованных витков.
Призматические пружины
Характеристики пружин сжатия
Для каждой выпускаемой пружины сжатия имеются определенные характеристики, которые учитываются при подборе места установки пружинного изделия, метода его крепления.
Жесткость
Качественный показатель, характеризующий зависимость возможной деформации изделия от прилагаемой к нему нагрузке. Для пружин сжатия деформация возрастает пропорционально приложенной силе сжимания. В графическом изображении данная зависимость имеет вид прямой линии.
Коэффициент
Указывает на отношение усредненного диаметра изделия к диаметру применяемого материала (проволоки круглого сечения). При увеличенном значении этого параметра появляется риск появления излишнего изгиба при полном сжимании пружины.
Степень нагрузки
При изготовлении пружинного изделия используемый материал подвергается воздействию скручивания, при этом получает определенную нагрузку. Во время изгибания готовое изделие также получает дополнительную нагрузку, которая игнорируется до достижения угла наклона в 10 градусов. При превышении суммарного показателя нагрузки существует риск разрушения пружинного изделия.
Количество витков
Данный параметр влияет пропорционально на величину жесткости изделия. Чем больше активных витков, тем выше показатель жесткости. Минимальное их количество не должно быть меньше двух.
Высота пружины в сжатом и в свободном состояниях
Геометрические показатели изделия, по которым определяется место его установки и способы крепления.
Направление навивки
Существуют два типа укладки витков:
Для жестко закрепленных изделий направление навивки должна быть направлена в противоположные стороны. В случае расположения пружины над резьбой направление навивки должно быть противоположно направлению резьбы.
Как делают пружины растяжения и сжатия
Прежде чем давать ответ на вопрос, как делают пружины растяжения или сжатия, необходимо прояснить их назначение, характеристики и их зависимость от геометрических размеров, свойств материалов и других влияющих факторов.
Определение
Пружина – это свёрнутая в спираль металлическая проволока. Её назначение – восстановление своих первоначальных размеров после деформации, вызванной растяжением или сжатием, а также упругое сопротивление такой деформации.
Геометрические особенности
В зависимости от назначения витки могут прилегать один к другому или иметь между собой некоторое расстояние. Также они бывают постоянного (цилиндрические) или переменного (конические) диаметров.
Крайние витки у пружин растяжения, как правило, отгибаются перпендикулярно остальным, чтобы за них можно было зацепиться. У пружин сжатия в некоторых случаях их шлифуют для получения плоской опорной поверхности.
Требования к материалам. Механические характеристики и термообработка
Процесс растяжения или сжатия – это деформация. Чтобы она могла происходить многократно, возникающие при изменении размеров напряжения не должны превышать предел упругости, т. е. некую величину, после которой возможно полное восстановление размеров.
Механические характеристики металлов, из которых изготавливают пружины, зависят от термообработки. В частности, у большинства углеродистых и легированных сталей упругость повышается после закалки. Чтобы избежать хрупкости металла или сплава, повысить его выносливость – способность воспринимать многократные деформации – его дополнительно подвергают отпуску.
У других пружинных материалов, не являющихся сталями – например, сплава 36НХТЮ, бериллиевая бронза и др. – улучшение механических параметров происходит после старения (нагрева и выдержки при высокой температуре).
В процессе изготовления – навивке – металл должен хорошо деформироваться. Его предел текучести – напряжение, при котором пластическая (неупругая) деформация происходит без увеличения нагрузки – должен быть как можно более низким. Для этого материал будущего изделия перед началом технологического процесса отжигают.
Как делают пружины растяжения и сжатия
Один из центральных процессов изготовления – получение проволочной спирали. Он производится навивкой проволоки или прутка на оправку. Она может иметь цилиндрическую коническую или другую форму.
В зависимости от назначения изделия витки навиваются вплотную один к другому или с определённым шагом.
Плотная навивка обычно применяется для пружин растяжения, с шагом – для сжатия.
Холодный и горячий способы
Навивка пружинной проволоки на оправку может производиться с предварительным нагревом и без него.
При изготовлении изделий из тонкой проволоки нагрузка на оборудование невелика. Поэтому процесс можно вести холодным способом, без предварительного нагрева материала. Выбирая радиус оправки, следует учесть, что у до начала пластической деформации материалы сохраняют определённый запас упругости. После окончания навивки диаметр витков увеличивается.
Если проволока изготовлена из стали, обладающей в состоянии поставки высоким пределом текучести, перед началом процесса, её отжигают – нагревают и медленно охлаждают вместе с печью.
При изготовлении пружин и прутка большого диаметра (обычно более 16 мм) навивка ведётся горячим способом. Пруток нагревают до температуры, при которой текучесть снижается до минимума (около 600 С) и навивают на оправку, не охлаждая.
После окончания навивки у будущих пружин растяжения отгибают крайние витки, придают им требуемую форму. У пружин сжатия они могут шлифоваться, если последующая эксплуатация потребует плоских опорных поверхностей.
Термообработка после навивки
Как уже отмечалось ранее, механические свойства материалов пружин могут значительно меняться в зависимости от состояния материала.
Пружины из других сплавов упрочняют другими способами, например, старением.
Нанесение покрытий
Поверхность готовой продукции для придания ей коррозионной стойкости подвергается химической обработке: оксидирование, анодирование, покрытие цинком и т.д.
Выбор конкретного вида обработки определяется материалом пружины и предполагаемыми условиями эксплуатации.