Виды и типы пружин: конические, составные, призматические

 Довольно часто при изготовлении различных механизмов применяется пружина. Подобное изделие может стать частью самых различных устройств, так как отвечает за возврат приложенного усилия.

Встречаются различные виды пружин, классификация может проводится по огромному количеству признаков. Если использовать неподходящий вариант исполнения пружины, то она не обеспечивает требуемую функциональность. Рассмотрим особенности этого изделия подробнее.

Типы и виды пружин

Как ранее было отмечено, изготавливаются различные виды пружин, все они обладают своими определенными особенностями, которые стоит учитывать. Классификация проводится по конструктивным признакам. Выделяют следующие типы пружин:

1. Винтовые. Эта разновидность встречается в различных механизмах, устанавливается практически везде, к примеру, в автомобилях. При этом выделяют следующие типы автомобильных пружин: цилиндрические и конические, а также с переменным диаметром. Следует учитывать, что рассматриваемое изделие представлено витками с одинаковым и различным диаметром. Довольно распространенный признак применения заключается в установке пружинных амортизаторов, которые являются важным элементом конструкции автомобиля. В некоторых случаях проводится установка пружины с переменным шагом витков.
2. Торсионные. Во многом этот вариант исполнения напоминает предыдущий, но при этом работает на кручение и изгиб. Подобная форма пружины позволяет устанавливать ее в качестве основного элемента подвески. Этот же механизм устанавливается для открытия и закрытия дверей, обеспечения функциональности противовесов.
3. Спиральные. Этот вариант исполнения напоминает плоский вид пружины, который закручивается по спирали в виде ленты. Применяется устройство в качестве элемента для накопления кинетической энергии, освобождение которой происходит в определенных случаях. Примером можно назвать настенные или наручные часы, а также другие подобные механизмы.
4. Тарельчатые. Рассматривая классификацию пружин следует уделить внимание тарельчатому варианту исполнения. Этот вариант исполнения не напоминает стандартный вид пружины, так как состоит из нескольких последовательных дисков, соединенных между собой. Основным преимуществом этого варианта исполнения можно назвать слабую степень деформации даже в случае оказания высокой нагрузки. Зачастую устанавливается в случае изготовления предохранительных клапанов.
5. Волновые. Этот вид представлен изогнутой по синусоиде металлической лентой, которая плавно накручивается по спирали. Достоинством можно назвать относительно небольшие размеры, из-за высокой точности применяются при создании опорных узлов, подшипников и арматуры, которая перекрывает поток при необходимости.
6. Газовые. Этот вариант исполнения отводится в особую категорию, так как при изготовлении не применяется проволока, а газ вместе с поршнем. Высокая стоимость определена сложностью конструкции, однако она может гасить вибрации и нагрузки с высокой эффективностью.

Рассматривая все о пружинах следует уделить внимание также классификации по характеру нагрузки. По этому признаку выделяют следующие варианты исполнения:

1. Изгиб. Подобный вид пружины при воздействии силы несущественно меняет свои размеры. Распространены торсионные пакеты, а также тарельчатые виды пружины.
2. Пружина кручения. Этот вариант характеризуется небольшими размерами, устанавливаются при изготовлении прищепок.
3. Сжатие и растяжение. Этот тип пружины весьма распространен, при приложении требуемого усилия происходит изменение линейных размеров. Сегодня он встречается в самых различных механизмах. Сжатие и растяжение применяется при создании промышленного и бытового оборудования.

Приведенная выше информация указывает на то, что есть просто огромное количество различных видов пружин, которые применяются в качестве основных элементов различных механизмов.

Пружинная проволока

Пружинная проволока, накрученная по определенной форме, служит в качестве основного материала при изготовлении рассматриваемого изделия. Она обладает определенными свойствами, к примеру, отличия растяжения и сжатия. Среди особенностей отметим следующие моменты:

1. При изготовлении применяется определенный сплав, который характеризуется особыми свойствами. Примером можно назвать коррозионную стойкость, низкую восприимчивость к переменным нагрузкам.
2. Основными параметром можно назвать диаметр. Он может варьировать в достаточно большом диапазоне, определяет основные свойства получаемого вида пружины.

Изготавливается пружинная проволока методом проката.

При этом для повышения основных свойств проводится термическая обработка, которая позволяет существенно повысить твердость, износостойкость и другие качества.

В продаже можно встретить пружинную проволоку, которая применяется при создании рассматриваемого изделия. Для этого используется специальное оборудование накручивания и центрирования.

Центрирование пружин

На момент производства изделия проводится процедура центрирования. Она возможна только при применении специального оборудования. Среди особенностей отметим:

1. Практически все разновидности виды пружин имеют центральную ось, которая во многом определяет эксплуатационные характеристики детали.
2. При смещении центра есть вероятность передачи усилия под неправильным углом.
3. При длительной эксплуатации есть вероятность смещения расположения оси. Обслуживание некоторых механизмов предусматривает ее возвращение в прежнее положение.

Провести процедуру центрирования без специального устройства практически невозможно. Это связано с тем, что применяемая проволока после принятия своего положения сохраняет ее на протяжении всего последующего периода.

Шарнирная установка пружин

Довольно часто проводится шарнирная установка различных видов пружин. Примером можно назвать создание подвески автомобиля, которая предназначена для стабилизации кузова и гашения колебаний. Особенностями подобного применения назовем следующее:

1. Обеспечивается центрирование в требуемом положении.
2. Снижается вероятность смещения центра оси, после чего нужно проводить процедуру центрирования.
3. Есть возможность проводить периодической обслуживание конструкции и замену рассматриваемого элемента.

Шарнирная установка встречается в самых различных ситуациях. При этом важно подобрать наиболее подходящий вид пружины, так как не все подходят для рассматриваемого случая.

Расчет пружин

Довольно большое распространение получили цилиндрические виды пружины, которые представлены определенным сочетанием витков. Принцип действием изгиба несколько отличается от сжатия, что стоит учитывать. Сред особенностей проводимых расчетов отметим следующие моменты:

1. На тело оказывается осевая растягивающая сила. Стоит учитывать, что также оказывается и поперечное сила, расчет момента проводится по формуле: Mz=FD/2.
2. Момент совпадает с плоскостью пары сил. При этом нормальное поперечное сечение витков наклоняется к плоскостью под определенным углом.
3. На момент построения проекция силы на оси следует учитывать, что они равны моментам.
4. При проводимых расчетах также учитывается условие прочности надежности.
5. Проводится расчет диаметра проволоки, а также требуемое число витков и полная длина пружины.

Основные показатели рассчитываются для того, чтобы подобрать наиболее подходящий вид пружины.

Устойчивость пружин

Рассматриваемое изделие характеризуется довольно большим количество особенностей. Довольно распространена характеристика, связанная с непосредственной устойчивостью пружины при установке. Среди особенностей этого показателя отметим следующие моменты:

1. На момент проектирования механизма уделяется внимание устойчивости, которая рассматривается с учетом применения внутренних и наружных направляющих.
2. Часто можно встретить ситуацию, когда для увеличения устойчивости механизма при применении и уменьшения размеров в сжатом состоянии применятся конический вариант исполнения. Это связано с тем, что в сжатом состоянии рассматриваемый вид пружины имеет высоту, равную диаметру применяемой проволоки. Все кольца вкладываются друг в друга, что напоминает спираль.

Отличительной особенностью можно назвать то, что конический вид изделия характеризуется сугубо нелинейной характеристикой из-за равномерного изменения величины диаметра всех витков.

Резонансные колебания

Довольно высокий показатель пластичности витков определяет то, что есть большая вероятность возникновения резонансного колебания. Подобная ситуация связана с довольно большим количеством опасностей, так как может привести к снижению прочности механизма. Особенностями подобного параметра можно назвать следующее:

1. Возникает в случае отсутствия дополнительных элементов крепления.
2. Колебания возникают на момент воздействия переменной нагрузки.
3. За счет резонансного колебания есть вероятность того, что сила будет распространяться не вдоль оси. Подобная ситуация становится причиной смещения и деформации отдельных витков.

Стабилизация пружины проводится самым различным образом. Стоит учитывать, что резонансные колебания увеличиваются в случае повышения показателя длины. При этом набольшее отклонение наблюдается в центральной части витков.

Составные пружины

Пружина составного типа используются в случае больших нагрузок. Среди особенностей отметим:

1. В большинстве случаев изделие работает на сжатие. При этом все элементы имеют одинаковую длину.
2. Составной вариант исполнения представлен сочетанием нескольких, которые имеют различный диаметр витков и вставляются друг в друга. При этом все они имеют общую ось, за счет чего обеспечивается равномерное распределение нагрузки.
3. Для снижения вероятности перескоков витков, из-за чего не происходит сжатие, их выполняют в противоположном направлении закручивания.

Подобный вариант исполнения получил весьма широкое распространение, устанавливается на автомобилях и другом оборудовании. Не стоит забывать о том, что за счет увеличения количества пружин существенно повышается стоимость изделия.

Конические пружины

Как ранее было отмечено, для существенного повышения устойчивости в последнее время часто применяется пружина конического типа. Она характеризуется нижеприведенными особенностями:

1. В целом можно назвать, что изделие в целом напоминает цилиндрический вариант исполнения.
2. Каждый последующий виток имеет диаметр, меньше предыдущего. Именно поэтому подобный вид пружины характеризуется большим диаметром первого витка, так как остальные вкладываются внутрь.
3. Еще одним важным моментом можно назвать повышенную устойчивость изделия к смещению. Это связано с тем, что витки входят друг в друга, при этом расстояние между ними существенно снижается. Повышенная устойчивость – то, что требуется достаточно часто.
4. Устанавливается этот вариант исполнения в том случае, когда нужна минимальная длина изделия в сжатом состоянии.

Подобный вид пружины характеризуется сложностью в производстве. Именно поэтому существенно повышается стоимость изделия.

Призматические пружины

Может проводится также установка призматических пружин. Этот вариант исполнения характеризуется достаточно большим количеством недостатков. Свойствами изделия можно назвать следующее:

1. Изделие обладает относительно невысокой устойчивостью. При эксплуатации есть вероятность скручивания или искривления под нагрузкой. Именно поэтому в большинстве случаев проводится установка направляющих, которые размещаются внутри и снаружи. Опора во многом повторяет форму пружины.
2. Специалисты рекомендуют применять подобный вариант исполнения только в том случае, когда другие не подходят.
3. В большинстве случае ось витков располагается на призме, которая напоминает вил прямоугольника со скругленными углами.

Специалисты рекомендуют проводить подобный вид пружины только в том случае, когда другие не подходят. Именно поэтому они не получили широкое распространение и применяются крайне редко.

Характеристики пружин

Выделяют определенные характеристики пружин, которые должны учитываться при выборе наиболее подходящего варианта исполнения. Основными можно назвать следующее:

1. Пружина растяжения встречаются крайне часто. В этом случае сила упругости направлена против удлинения. Особенностью можно назвать то, что между витками в нулевом положении практически нет просветов. Отличительный момент заключается в наличии специальных крючков, за которые проводится зацепление изделие за основание и груз. При диаметре более свыше 4 мм част применяются специальные закладные зацепы, они более прочные, но при этом менее технологичны.
2. Устанавливается пружина сжатия. Параметры пружины сжатия во многом связаны с тем, что между витками есть просвет. За счет этого при воздействии витки прижимаются друг к другу.
3. Кручение. Этот вариант исполнения характеризуется небольшим углом подъема и незначительным зазором между витками. Внешняя нагрузка передается при помощи специальных зацепов, которые образуются путем отгиба концов.

Кроме этого, при выборе уделяется внимание качеству пружин. Другие подходящие свойства подбираются путем проведения соответствующих расчетов.

При рассмотрении основных свойств также следует уделить внимание нижеприведенным параметрам:

1. Диаметр проволоки. Практически все виды пружин представлены проволокой, изготовленной с определенного материала, которая накручивается по определенной траектории. При расчетах часто проводится определение среднего диаметра.
2. Число рабочих витков. Этот параметр может варьировать в достаточно большом диапазоне.
3. Длина изделия. Не стоит забывать о том, что изделие может быть в нормальном состоянии, а также в растяжении или сжатии. Наиболее важным параметром можно назвать длину в нормальном состоянии.
4. Частота витков. Зная длину изделия и число витков можно рассчитать показатель шага. Этот параметр позволяет также рассчитать расстояние между отдельными витками.
5. Длина рабочей части. Этот показатель также получил весьма широкое распространение. Некоторые виды пружин также обладают специальными крепежными элементами, которые не учитываются.
6. Индекс пружины. Она применяется для определения кривизны витков. Этот параметр выбирается в зависимости от диаметра проволоки.

Кроме этого, уделяется внимание и типу применяемого материала при изготовлении проволоки. В большинстве случаев выбирается специальный высокопрочный сплав, который применяется при изготовлении практически всей проволоки. Кроме этого, в зависимости от особенностей конкретного случая используется кремнистая, хромованадиевая, высокоуглеродистая и некоторые другие стали.

Для изготовления варианта исполнения, который эксплуатируется в химически агрессивной среде, следует использовать цветные сплавы.

Они обходятся намного дороже обычных, но обладают более высокими эксплуатационными характеристиками.

Применение пружин

Рассматриваемое изделие на сегодняшний день получили весьма широкое распространение. Они устанавливаются для совершения возвратно-поступательного движения. Сред особенностей отметим:

1. Относительно небольшая стоимость. В зависимости от типа применяемого материала зависит стоимость изделия.
2. Надежность в применении по причине использования металла при изготовлении. Производители проводят контроль качества поверхности на всех этапах производства. Трещины и другие дефекты могут стать причиной существенного снижения длительности эксплуатационного срока.
3. Простота установки. Часто фиксация проводится за счет специальных элементов, которые являются частью механизма.
4. Отсутствие необходимости в обслуживании. Пружина не должна смазываться или очищаться от загрязнений. Единственным, но важным моментом можно назвать то, что изделие должно быть защищено от воздействия окружающей среды.

Рассматривая назначение подобного изделия следует учитывать, что оно может иметь самую различную форму.

В пресс-формах и штампах

Довольно часто рассматриваемое изделие встречается в пресс формах, которые применяются на производственных линиях. Ключевыми моментами подобных механизмов можно назвать следующее:

1. За счет пружины гасится ударная нагрузка. В противном случае устройство не прослужит в течение длительного периода.
2. При правильном выборе изделия обеспечивается длительная работа устройства.

Пресс форма работает по принципу выдавливания определенной поверхности за счет оказания сильного воздействия.

В огнестрельном оружии

Если рассмотреть конструкцию практически всего оружия, то можно отметить, большинство вариантов исполнения имеют пружину. Она предназначена для выполнения следующих действий:

1. Создания противодействия, которое не позволяют затвору перемещаться случайно.
2. Различные виды пружины отвечают за возврат затвора в первоначальное положение.

В огнестрельном оружии пружина также отвечает за работу магазина. Она требуется для подачи патрона к отверстию в пусковой отверстие.

В механизмах постоянной силы

Встречается довольно большое количество различных механизмов постоянной силы. Они характеризуются следующим:

1. Могут устанавливаться различные виды пружин. Примером можно назвать спиральные варианты исполнения, которые встречаются в часах.
2. Предназначение механизма может быть самым различным, все зависит от конкретного случая.

Для того чтобы подобрать подходящий вид пружины следует провести соответствующие расчеты. При этом определяются основные параметры, к примеру, диаметр витков и ширина проволоки.

Коэффициент жесткости

Довольно важным параметром можно назвать коэффициент жесткости. Он указывается для каждого вида пружины, учитывается при проведении самых различных расчетов. Ключевыми моментами назовем следующее:

1. Коэффициент жесткости определяет то, какая сила требуется для сжатия и растяжения.
2. Рассматриваемый параметр также определяет то, какова может совершаться работа при применении изделия.

Подобный показатель берется со справочников. Он требуется для определения самых различных параметров, к примеру, величина кинетической энергии.

В заключение отметим, что на сегодняшний день распространены практически все виды пружин. Они используются в случае создания различных ответственных механизмов. При расчетах проводится определение основных параметров, а также силы, которая оказывается на тело. Примером можно назвать кинетическую энергию или период колебания. Все расчеты можно провести самостоятельно, для чего используются различные формулы.