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:
- цилиндрической формы, которые имеют постоянный интервал между витками;
- цилиндрической формы, интервал между витками – сменный;
- в форме бочонка;
- конической конструкции;
- клепсидра.
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:
- диаметр проволоки, используемой для изготовления изделия (d);
- усредненное значение диаметра пружины (D);
- индекс – отношение среднего диаметра пружины к диаметру проволоки (c = D/d);
- количество включаемых в работу витков (n0);
- длина рабочей части пружины (H0);
- угол поднимания винтовой линии (γ = arctg(p/πD0));
- расстояние между витками, шаг (p = H0/ n).
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
Находят свое применение в узкой специализации. Например, прямоугольная форма данного изделия широко применяется в подаче патронов заряженных в магазин автоматического оружия. Данная форма пружины имеет крайне нестабильную устойчивость, поэтому применяется с жестким ограничением своего положения. Для этого используются специальные направляющие элементы, которые своей формой повторяют конструкцию 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:
- левая навивка;
- правая навивка.
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.