Сферы применения разных типов пружин. Основные разновидности пружин кручения

Пружина – это упругий элемент, назначение которого заключается в накапливании и поглощении механической энергии. В технике наиболее распространены пружины из сплавов металлов: высокоуглеродистых и нержавеющих сталей, различных видов бронзы (бериллиевой, марганцевой, оловянной). Но также эти детали могут быть изготовлены из других неметаллических материалов, имеющих высокую степень прочности и упругости, например пластмассы, дерева или фанеры.

Пружины небольших размеров изготавливаются путем кручения проволоки малых диаметров, а крупные отливаются из отожженной стали с дальнейшей термообработкой.

• Классификация
• Основные характеристики
• Сведения из физики

Теория [ править | править код ]

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. Волновые пружины сжатия подобны множеству последовательно/параллельно соединённых рессор, работающих на изгиб.

Коэффициент жёсткости [ править | править код ]

Витая цилиндрическая пружина сжатия или растяжения, намотанная из цилиндрической проволоки и упруго деформируемая вдоль оси, имеет коэффициент жёсткости

k = G ⋅ d D 4 8 ⋅ d F 3 ⋅ n , >^<4>> <8cdot d_>^<3>cdot n>>,>

d

D — диаметр проволоки;
d
F — диаметр намотки (измеряемый от оси проволоки);
n
— число витков;
G
— модуль сдвига (для обычной стали
G
≈ 80 ГПа, для меди

Функции пружин

Все упругие компоненты, к которым приклады­вается нагрузка, являются пружинными элементами. Однако, пружины, в более узком смысле, означают только те упругие элементы, которые могут поглощать, сохранять и выпускать работу на относительно большое расстояние. Сохраненная энергия может также использоваться, для того чтобы поддерживать силу. Самые важные области применения промышленных пружин:

• Поглощение и демпфирование амортиза­торов;
• Хранение потенциальной энергии (пру­жинные двигатели);
• Применение силы (пружины сцепления);
• Вибрирующие системы (вибрационный стел);
• Измерение силы (пружинные весы).

Виды пружин [ править | править код ]

По виду воспринимаемой нагрузки

:

• пружины сжатия;
• пружины растяжения;
• пружины кручения;
• пружины изгиба.

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, либо используют менее габаритные волновые пружины.

У пружин растяжения-сжатия под действием постоянной по величине силы витки испытывают напряжения двух видов: изгиба и кручения.

Пружина изгиба

— применяется для передачи упругих деформаций при незначительных изменениях геометрических размеров пружины или пакета пружин (рессоры, тарельчатые пружины).Они имеют разнообразную простую форму ( торсионы, стопорные кольца и шайбы, упругие зажимы, элементы реле и т.п.)

Пружины кручения

— могут быть двух видов:

• торсионные — стержень, работающий на кручение (имеет большую длину, чем витая пружина)
• витые пружины, работающие на кручение (как в бельевых прищепках, в мышеловках и в канцелярских дыроколах).

В приборостроении известна пружина Бурдона

— трубчатая пружина в манометрах для измерения давления, играющая роль чувствительного элемента.

Примечания

К:Википедия:Статьи без источников (тип: не указан)

Материал и технология изготовления [ править | править код ]

Пружина может быть изготовлена из любого материала, имеющего достаточно высокие прочностные и упругие свойства (сталь, пластмасса, дерево, фанера, даже картон).

Материал различных резин имеет упругие свойства не требующие придания ей особой формы и часто применяется в прямом виде, однако из-за менее определённых характеристик в точных машинах используется реже.

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), титановые (ВТ-16) и никелевые сплавы (A-286, INCONEL, ELGILOY).

Небольшие пружины можно навивать из готовой проволоки, в то время как мощные изготавливаются из отожжённой стали и закаляются уже после формовки.

Читать также: Лучшая электропила для дачи рейтинг

Виды

Пружинные элементы, рассчитанные на скручивание, применяются в различных сферах – от бытовой до многих видов промышленности (в механизмах и агрегатах). Пружины разделяют на типы и виды, исходя из разных критериев:

• по направлению намотки – левые и правые;
• по конструктивным особенностям – торсионные и витые пружины;
• одинарные и двойные.

Также многообразие пружин включает в себя изделия, произведённые из разных марок упругих сталей, покрытых слоем различных металлов для предотвращения коррозии и прочих повреждений.

Основными типами можно считать витые и торсионные пружины, спиральные и винтовые используются реже.

Применение пружин [ править | править код ]

Пружина — один из самых широко применяемых элементов механизмов, конструкций, приборов. Используется для компенсации размерных неточностей, износа, снятия вибраций, как накопитель энергии, для простого измерения давления, веса, усилий и ускорений; предохранения от ударов и перегрузок.

В канцелярских товарах [ править | править код ]

• скрепки и канцелярские прищепки
• авторучки и механические карандаши
• степлеры и дыроколы

В строительстве [ править | править код ]

• Простейшие доводчикибез гасителей для калиток и дверей интенсивного пользования, в холодном климате для тамбуров.
• В возвратных механизмах ручных жалюзи, роликовых ставен и тяжелых секционных ворот.
• В клапанах направления движения в общественных местах.
• В лифтовых буферах.
• В строениях и конструкциях на неустойчивых грунтах, в геологически активных местностях, как гаситель сейсмических волн.

В пресс-формах и штампах [ править | править код ]

В пресс-формах и штампах применяются пружины сжатия с прямоугольным сечением проволоки, они называются инструментальными пружинами. Благодаря прямоугольному сечению проволоки, пружина имеет более жесткие пружинные свойства при относительно небольших размерах, что очень удобно для размещения их в пресс-формы и штампы.

В огнестрельном оружии [ править | править код ]

• Боевая пружина, возвратная пружина, пружина магазина
• В симуляции оружия, оружие для страйкбола — пружина обычно используется для выталкивания снаряда в пружинно-поршневых винтовках.

В механизмах постоянной силы [ править | править код ]

Конструкция механизма или самой пружины обеспечивает постоянное усилие на грузонесущем элементе в определенном диапазоне перемещения.

• Опоры постоянного усилия для трубопроводов
• Роликовые пружины постоянного усилия или момента
• Уплотнения трубопроводной арматуры
• Заданная нагрузка для плавающих подшипников

Пружины – упругие элементы конструкций, служащие для накопления или рассеяния механической энергии. Они окружают нас со всех сторон — под клавишами клавиатуры компьютера, в подвеске автомобиля и в подъемном механизме дивана. Наиболее распространены витые пружины сжатия. Существует несколько способов сделать их.

Где применяются торсионные пружины

Торсионы широко распространены в различных областях:

• Автомобилестроение (усиленные пружины часто устанавливают на подвесках внедорожников).
• Производство секционных ворот (подъемный механизм, балансирующий конструкцию и облегчающей ее открывание).
• Изготовление измерительных приборов и маятников.
• Изготовление многопоточных редукторов (выравнивают моменты между параллельными передачами).

Многообразие сфер применения торсионов обусловлено их долговечностью и конструктивными особенностями. А чтобы они служили надежно на протяжении всего срока эксплуатации, необходимо правильно рассчитать жесткость пружины, подобрать оптимальную длину и диаметр. Имеет значение и материал изготовления, и антикоррозионное покрытие, и то, где и по какой технологии они произведены.

Витые пружины сжатия

Упругие элементы могут иметь различные пространственные формы. Исторически первыми пружинами освоенными человеком, были листовые. Их и сегодня можно видеть — это рессоры у большегрузных грузовиков. С развитием технологий люди научились изготавливать более компактные витые пружины, работающие на сжатие. Кроме них, используются и пространственные упругие элементы.

Особенности конструкции

Такие пружины при работе принимают нагрузку вдоль своей оси. В начальном положении между их витками существуют просветы. Приложенная внешняя сила деформирует пружину, длина ее уменьшается до тех пор, пока витки не соприкоснуться. С этого момента пружина представляет собой абсолютно жесткое тело. По мере уменьшения внешнего усилия форма изделия начинается возвращаться к первоначальной вплоть до полного восстановления при исчезновении нагрузки.

Основными характеристиками, описывающими геометрию детали, считают:

• Диаметр прутка, из которого навита пружина.
• Число витков.
• Навивочный шаг.
• Внешний диаметр детали.

Внешняя форма может отличаться от цилиндрической и представлять собой одну из фигур вращения: конус, бочку (эллипсоид) и другие

Шаг навивки бывает постоянный и переменный. Направление навивки – по часовой стрелке и против нее.

Сечение витков бывает круглым, плоским, квадратным и др.

Концы витков стачиваются до плоской формы.

Область эксплуатации

Шире других используются цилиндрические винтовые пружины постоянного внешнего диаметра и постоянного шага. Они применяются в таких областях, как

• Машиностроение.
• Приборостроение.
• Транспортные средства.
• Добыча полезных ископаемых промышленность.
• Бытовая техника .

и в других отраслях.

Применение пружины в быту

Отрывок, характеризующий Пружина

– Ma bonne amie, [Мой добрый друг,] – сказала маленькая княгиня утром 19 го марта после завтрака, и губка ее с усиками поднялась по старой привычке; но как и во всех не только улыбках, но звуках речей, даже походках в этом доме со дня получения страшного известия была печаль, то и теперь улыбка маленькой княгини, поддавшейся общему настроению, хотя и не знавшей его причины, – была такая, что она еще более напоминала об общей печали. – Ma bonne amie, je crains que le fruschtique (comme dit Фока – повар) de ce matin ne m’aie pas fait du mal. [Дружочек, боюсь, чтоб от нынешнего фриштика (как называет его повар Фока) мне не было дурно.] – А что с тобой, моя душа? Ты бледна. Ах, ты очень бледна, – испуганно сказала княжна Марья, своими тяжелыми, мягкими шагами подбегая к невестке. – Ваше сиятельство, не послать ли за Марьей Богдановной? – сказала одна из бывших тут горничных. (Марья Богдановна была акушерка из уездного города, жившая в Лысых Горах уже другую неделю.) – И в самом деле, – подхватила княжна Марья, – может быть, точно. Я пойду. Courage, mon ange! [Не бойся, мой ангел.] Она поцеловала Лизу и хотела выйти из комнаты. – Ах, нет, нет! – И кроме бледности, на лице маленькой княгини выразился детский страх неотвратимого физического страдания. – Non, c’est l’estomac… dites que c’est l’estomac, dites, Marie, dites…, [Нет это желудок… скажи, Маша, что это желудок…] – и княгиня заплакала детски страдальчески, капризно и даже несколько притворно, ломая свои маленькие ручки. Княжна выбежала из комнаты за Марьей Богдановной. – Mon Dieu! Mon Dieu! [Боже мой! Боже мой!] Oh! – слышала она сзади себя. Потирая полные, небольшие, белые руки, ей навстречу, с значительно спокойным лицом, уже шла акушерка. – Марья Богдановна! Кажется началось, – сказала княжна Марья, испуганно раскрытыми глазами глядя на бабушку. – Ну и слава Богу, княжна, – не прибавляя шага, сказала Марья Богдановна. – Вам девицам про это знать не следует. – Но как же из Москвы доктор еще не приехал? – сказала княжна. (По желанию Лизы и князя Андрея к сроку было послано в Москву за акушером, и его ждали каждую минуту.) – Ничего, княжна, не беспокойтесь, – сказала Марья Богдановна, – и без доктора всё хорошо будет. Через пять минут княжна из своей комнаты услыхала, что несут что то тяжелое. Она выглянула – официанты несли для чего то в спальню кожаный диван, стоявший в кабинете князя Андрея. На лицах несших людей было что то торжественное и тихое. Княжна Марья сидела одна в своей комнате, прислушиваясь к звукам дома, изредка отворяя дверь, когда проходили мимо, и приглядываясь к тому, что происходило в коридоре. Несколько женщин тихими шагами проходили туда и оттуда, оглядывались на княжну и отворачивались от нее. Она не смела спрашивать, затворяла дверь, возвращалась к себе, и то садилась в свое кресло, то бралась за молитвенник, то становилась на колена пред киотом. К несчастию и удивлению своему, она чувствовала, что молитва не утишала ее волнения. Вдруг дверь ее комнаты тихо отворилась и на пороге ее показалась повязанная платком ее старая няня Прасковья Савишна, почти никогда, вследствие запрещения князя,не входившая к ней в комнату. – С тобой, Машенька, пришла посидеть, – сказала няня, – да вот княжовы свечи венчальные перед угодником зажечь принесла, мой ангел, – сказала она вздохнув. – Ах как я рада, няня. – Бог милостив, голубка. – Няня зажгла перед киотом обвитые золотом свечи и с чулком села у двери. Княжна Марья взяла книгу и стала читать. Только когда слышались шаги или голоса, княжна испуганно, вопросительно, а няня успокоительно смотрели друг на друга. Во всех концах дома было разлито и владело всеми то же чувство, которое испытывала княжна Марья, сидя в своей комнате. По поверью, что чем меньше людей знает о страданиях родильницы, тем меньше она страдает, все старались притвориться незнающими; никто не говорил об этом, но во всех людях, кроме обычной степенности и почтительности хороших манер, царствовавших в доме князя, видна была одна какая то общая забота, смягченность сердца и сознание чего то великого, непостижимого, совершающегося в эту минуту. В большой девичьей не слышно было смеха. В официантской все люди сидели и молчали, на готове чего то. На дворне жгли лучины и свечи и не спали. Старый князь, ступая на пятку, ходил по кабинету и послал Тихона к Марье Богдановне спросить: что? – Только скажи: князь приказал спросить что? и приди скажи, что она скажет. – Доложи князю, что роды начались, – сказала Марья Богдановна, значительно посмотрев на посланного. Тихон пошел и доложил князю. – Хорошо, – сказал князь, затворяя за собою дверь, и Тихон не слыхал более ни малейшего звука в кабинете. Немного погодя, Тихон вошел в кабинет, как будто для того, чтобы поправить свечи. Увидав, что князь лежал на диване, Тихон посмотрел на князя, на его расстроенное лицо, покачал головой, молча приблизился к нему и, поцеловав его в плечо, вышел, не поправив свечей и не сказав, зачем он приходил. Таинство торжественнейшее в мире продолжало совершаться. Прошел вечер, наступила ночь. И чувство ожидания и смягчения сердечного перед непостижимым не падало, а возвышалось. Никто не спал. Была одна из тех мартовских ночей, когда зима как будто хочет взять свое и высыпает с отчаянной злобой свои последние снега и бураны. Навстречу немца доктора из Москвы, которого ждали каждую минуту и за которым была выслана подстава на большую дорогу, к повороту на проселок, были высланы верховые с фонарями, чтобы проводить его по ухабам и зажорам. Княжна Марья уже давно оставила книгу: она сидела молча, устремив лучистые глаза на сморщенное, до малейших подробностей знакомое, лицо няни: на прядку седых волос, выбившуюся из под платка, на висящий мешочек кожи под подбородком. Няня Савишна, с чулком в руках, тихим голосом рассказывала, сама не слыша и не понимая своих слов, сотни раз рассказанное о том, как покойница княгиня в Кишиневе рожала княжну Марью, с крестьянской бабой молдаванкой, вместо бабушки. – Бог помилует, никогда дохтура не нужны, – говорила она. Вдруг порыв ветра налег на одну из выставленных рам комнаты (по воле князя всегда с жаворонками выставлялось по одной раме в каждой комнате) и, отбив плохо задвинутую задвижку, затрепал штофной гардиной, и пахнув холодом, снегом, задул свечу. Княжна Марья вздрогнула; няня, положив чулок, подошла к окну и высунувшись стала ловить откинутую раму. Холодный ветер трепал концами ее платка и седыми, выбившимися прядями волос.

Требования к пружинам

Для эффективного функционирования работы требуются следующие свойства:

• высокая прочность;
• пластичность;
• упругость;
• износостойкость.

Чтобы обеспечить проектные значения этих параметров, требуется правильно выбрать материал, точно рассчитать размеры, разработать и соблюсти технологию изготовления.

Государственными стандартами определяются требования к изготовлению пружин. По допустимым отклонениям они относятся к одной из точностных групп:

Схематическое изображение пружины

Строгие требования предъявляются к точности соблюдения геометрии, чистоте поверхности.

Не соответствуют стандарту изделия с царапинами и прочими наружными дефектами, снижающими ресурс изделия и срок его эксплуатации

Советы по выбору матраса

Чтобы выбрать матрас с независимым пружинным блоком и не ошибиться, рекомендуется не торопиться с покупкой. Отзывы покупателей не всегда могут отражать реальную картину. Известно, что мнения относительно параметров изделия не всегда могут совпадать.

Рекомендуется проконсультироваться с менеджером магазина, лично проверить изделие на жесткость. Если продавцы позволят полежать на матрасе, стоит воспользоваться предложением и лично убедиться, насколько матрас комфортен конкретно для вас.

Только убедившись, что это матрас, на котором вам хотелось бы спать, можно оформлять покупку.

Требования к материалу

Прочностные параметры и отказоустойчивость изделия во многом определяются материалом, из которого его решили сделать. Металлурги выделяют в классификации сталей специальные рессорно-пружинные стали. Они обладают специфической кристаллической структурой, определяемой как химическим составом, так и проводимой термической обработкой изделий. Высоколегированные сплавы повышенной чистоты и высокого металлургического качества обеспечивают высокую упругость и пластичность, способны сохранять свои физико-механические свойства после многократных деформаций.

Популярность среди конструкторов механизмов приобрели пружинные сплавы 60С2А, 50ХФА и нержавейка 12Х18Н10Т

Классификация блоков и их отличия

В зависимости от количества пружин, их формы и количества на 1 м2, различают несколько видов блоков. От их характеристики зависит, насколько комфортно себя будет чувствовать лежащий на матрасе человек.

Pocket Spring или TFK

Один из самых востребованных независимых пружинных блоков. Отличается хорошими ортопедическими характеристиками, обеспечивает оптимальную поддержку позвоночника.

Характеристика пружин:

• диаметр — около 6 см;
• бочонкообразная форма;
• шесть витков;
• 220–300 шт/м2.

Multipocket

Блок с отличными анатомическими и ортопедическими свойствами. Характеризуется высокой упругостью и способностью поддерживать тело в его естественном положении.

Характеристика пружин:

• диаметр не более 4-х см;
• цилиндрическая форма;
• количество витков —10–12;
• 500–1000 шт/м2, в зависимости от модели.

Micropocket

Упругий блок, рассчитанный на очень высокие нагрузки. Рекомендован не только покупателям с большим весом, но и тем, кто предпочитает жесткие поверхности для сна.

Характеристика пружин:

• диаметр — около 2,5 см;
• толщина проволоки — около 1мм;
• количество витков 12–14;
• форма пружины цилиндрическая;
• 500–1000 шт/м2.

Блок маловостребован из-за высокой цены.

Hour Glass

Пружинный блок отличается умеренной упругостью, отличными ортопедическими и анатомическими свойствами, которые получены благодаря оригинальной форме спиралей.

Характеристика пружин:

• диаметр — около 6 см;
• количество витков 7,5;
• форма пружин — «песочные часы»;
• не более 300 шт/м2.

Dual Spring

Пружинный блок с двойными пружинами. Название буквально переводится как «пружина в пружине». Идеально подходит для людей в большой разницей в весе, так как внешние спирали рассчитаны на 100кг нагрузки, а внутренние — на 150 кг.

Характеристика пружин:

• 256 шт/м2, внутренних — 128;
• диаметр — около 6 см;
• форма цилиндрическая.

Copper Coil

Блок — усовершенствованный аналог TFK. Отличается расположением пружин, что позволяет увеличить их количество до 300 шт. на 1 м2. Эта характеристика позволяет увеличить жесткость матраса.

Усиленные

Особая категория моделей, рассчитанных на нагрузки до 200 кг. В них для пружин используется более упругая проволока, увеличивается количество витков и число спиралей на 1 м2.

С зонами жесткости

Специальные модели, имеющие в составе пружины с различными характеристиками. Они распределяются в блоке зонально, что позволяет добиться разной поддержки тела, в зависимости от оказываемого давления на отдельном участке. Такая поддержка позволяет полностью расслабиться и сохранить правильное положение тела во время сна.

Особенности технологии

Технологический процесс изготовления упругих элементов зависит от технических требований, предъявляемых к конструкции. Сделать пружину не так просто, как обычную деталь, которая не должна обладать особыми упругими свойствами. Для этого требуется специальное оборудование и оснастка.

Навивка пружин с круглым сечением витка проводится следующими методами:

• Холодная. Применяется для малых и средних размеров (диаметр проволоки до 8 миллиметров).
• Горячая. Для больших диаметров.

Технология навивки пружины

После навивки упругие элементы подвергают различным видам термообработки. В ее ходе изделие приобретает заданные свойства.

Расчёт

При изготовлении пружин первым делом производят расчёт. Если сделать вычисления неверно, элемент не будет справляться с нагрузкой или преждевременно выйдет из строя.

Читайте также: Мужской костюм-тройка (92 фото)

Для расчёта используют следующие значения:

1. наибольший крутящий момент;
2. угол закручивания;
3. диаметр проволоки и пружины;
4. прочность материала – номинальная и предельная.

Самостоятельный расчёт пружин кручения, если вы не инженер, проводить не стоит – слишком велика вероятность ошибки. Но для облегчения расчётных работ на вебсайтах можно найти специальные калькуляторы.

Чаще всего для изготовления пружин используют типовые проекты, чертежи для которых уже имеются, но, если необходимо сделать партию по индивидуальному заказу, в дело вступают специалисты и разрабатывают новую документацию.

Читайте также: Авокадо что это такое фрукт или овощ

Чертёж пружины кручения включает в себя следующую информацию:

• направление навивки (в технических требованиях);
• зависимость нагрузки от деформации и наоборот;
• величину твёрдости (для изделий с дальнейшей термической обработкой).

Если количество витков более 4, то возможно неполное их отображение на чертежах, вся необходимая информация в сопровождающей документации и технических требованиях.

Читайте также: Для чего нужен флюс при пайке

Технология холодной навивки без закалки

Сначала необходимо сделать подготовительные операции. Перед тем, как из проволоки навивать заготовку, ее подвергают процедуре патентирования. Она заключается в нагреве материала до температуры пластичности. Такая операция готовит проволоку к предстоящему изменению формы.

Читать также: Как прозвонить двигатель постоянного тока

В ходе операции навивки должны быть выдержаны следующие параметры:

• Внешний диаметр изделия (для некоторых деталей нормируется внутренний диаметр).
• Число витков.
• Шаг навивки.
• Общая длина детали с учетом последующих операций.
• Соблюдение геометрии концевых витков.

Холодная навивка без отпуска

Далее проводится стачивание концевых витков до плоского состояния. Это необходимо сделать для обеспечения качественного упора в другие детали конструкции, предотвращения их разрушения и выскальзывания пружины.

Следующий этап технологического процесса — термообработка. Холодная навивка пружин предусматривает только отпуск при низких температурах. Он позволяет усилить упругость и снять механические напряжения, возникшие в ходе навивки.

Исключительно важно точно соблюдать проектный график термообработки, тщательно контролируя температуру и время выдержки.

После термообработки необходимо сделать испытательные и контрольные операции.

Далее по необходимости могут наноситься защитные покрытия, предотвращающие коррозию. Если они наносились гальваническим методом, изделия подвергаются повторному нагреву для снижения содержания водорода в приповерхностном слое.

Исследовательская часть

Первым примером, я исследовал первый закон Ньютона. Этот пример эффектно демонстрирует действие закона инерции — первого закона Ньютона.

Дальше я продемонстрирую, как я его исполнял. В горизонтальную подставку я вставил кусок тонкой стальной полоски, выполняющий роль пружины. Рядом на подставке установил короткую стальную трубку, на ней прямоугольный кусок картона (он должен лежать строго горизонтально) и стальной шарик диаметром немного меньше отверстия трубки. Шарик положил на картон так, что его центр лежит над отверстием. Отогнул пальцем пружину и отпустил.

Возвращаясь в исходное положение, стальная полоска ударяет по ребру картона, та улетает, а шарик падает внутрь трубки. Объясняется пример довольно просто. Сила трения качения стали по картону очень мала, и ее не хватает на то, чтобы сдвинуть с места тяжелый стальной шарик. По закону инерции шарик, находящийся в состоянии равновесия, стремится сохранить состояние покоя, и это ему прекрасно удается.

Пример первого закона Ньютона

Вторым примером, я исследовал третий закон Ньютона.Я взял две одинаковые книги. Обвязал их бечевкой каждую из двух книг, равных по весу, и соединил две бечевки несколькими резинками, сложенными вместе. Дальше я положил книги на гладкую поверхность и раздвинул их так, чтобы резинки были натянуты, и положил карандаш точно посредине.

Потом я одновременно отпустил обе книги, и каждая из них притянулась резинкой к карандашу на одинаковое расстояние.

Этот пример подтверждает закон о том, что действие и противодействие равны. Если одна книга тяжелее другой, то более тяжелая книга сдвинется на меньшее расстояние, но количества движения, сообщенные обеим книгам, от этого не изменятся. Они одинаковы.

Пример третьего закона Ньютона

Третьем примером, я исследовал пружины в игрушках. Я разобрался в этом, ознакомившись с устройством некоторых из них. Внутри этих игрушек – пружина. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией, за счет которой тело может совершать работу. Дальше я поставил опыт. Я поместил пружину на металлический стержень от штатива. Сжал ее и связал ниткой. Поджег нитку, пружина взлетела высоко вверх. Пружина приобрела скорость, так как ее потенциальная энергия перешла в кинетическую.

Также примером послужило, когда я завел игрушку, поворачивая ключ, пружина внутри игрушки сжалась, увеличилась ее потенциальная энергия. Чем больше оборотов ключа я сделаю, тем сильнее сожмется пружина, тем больший запас потенциальной энергии получит пружина. Потом игрушку я отпустил. Пружина внутри игрушки начала раскручиваться, тем самым, потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию игрушки. В основе работы этих игрушек лежит закон сохранения механической энергии.

Дома я нашел пружинные пистолеты с пулями-присосками. Когда я вставил пулю в пистолет, сжалась пружина, находящаяся внутри. Деформированная пружина обладает запасом потенциальной энергии, за счет которой при спуске курка начинается движение пули. В соответствии с законом сохранения механической энергии потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию пули-присоски.

Можно объяснить и следующее за выстрелом явление присасывания пули к поверхности. Это явление можно объяснить существованием атмосферного давления. Когда присоска ударяется о поверхность, некоторая часть воздуха выбрасывается из-под присоски из-за этого удара. В результате силы атмосферного давления прижимают пулю-присоску к поверхности, т.к. атмосферное давление больше, чем давление под присоской.

Заключение

При выполнении этой исследовательской работы о физике пружины я узнал много нового, заинтересовался изучением физики и лучше стал в ней разбираться. Эта работа доступна людям всех возрастов, ведь для объяснения работы,которые я предоставил достаточно знаний школьного курса физики.

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.

В рамках своего исследовательского проекта о физике пружины я убедился, что по закону инерции шарик, находящийся в состоянии равновесия, стремится сохранить состояние покоя. Также во-втором примере, мне стало четко ясно, что действие и противодействие равны. При выполнении примера 3 и последующих, я стал лучше разбираться конструкциях игрушек и применение в них пружин.

На этом я не собираюсь останавливаться и планирую продолжить свою работу в следующем проекте по физике, ведь впереди еще так много интересного.

Список использованных источников

1. А.В. Перышкина – Законы ньютона;
2. Е. Н. Соколова «Юному физику» – движение по инерции;
3. Елена Тян — Закон Гука. Пионерские истории;
4. И. Я. Ланина «Внеклассная работа по физике» — деление игрушек по группам;
5. Савельев И.В. Курс общей физики — закон сохранения энергии;
6. Сасскинд Л., Грабовски Д — теоретический минимум;
7. Игрушки, действие которых основано на Архимедовой силе.
8. История пружин (по материалам википедии).
9. Инерция. Первый закон Ньютона.
10. Виды пружин.

Если страница Вам понравилась, поделитесь в социальных сетях:

Технология холодной навивки с закалкой и отпуском

Первые этапы технологии совпадают с предыдущим процессом. На стадии термообработки начинаются изменения. Она проводится в несколько этапов:

• Закалка. Заготовку нагревают до заданной температуры, выдерживают от 2 до 3 часов. Далее подвергают скоростному охлаждению, погружая в емкость с минеральным маслом или солевым раствором. В ходе стадии закалки заготовки должны находиться в горизонтальном положении. Это позволит избежать из деформации
• Отпуск. Заготовку нагревают до 200-300° и выдерживают несколько часов для снятия внутренних напряжений и улучшения упругих свойств.

Далее также проводятся измерительные и контрольные операции. Прошедшие контроль заготовки направляют на пескоструйную обработку для снятия окалины. При необходимости следует сделать также и дробеструйную обработку для повышения прочности поверхностного слоя металла.

Завершает процесс нанесение защитного покрытия.

Технология горячей навивки с закалкой и отпуском

Перед навивкой заготовку нагревают до температуры пластичности одним из следующих методов

• муфельная печь;
• газовая горелка;
• высокочастотный нагрев.

Далее заготовка поступает на навивочное оборудование, Проводится корректировка геометрии и формирование плоских торцов.

Термическая обработка включает в себя закалку и низкотемпературный отпуск.

Графики термообработки строятся исходя из свойств материала и размеров заготовки.

Рабочий режим линии печи закалки и отпуска

Далее следует контрольно- измерительный этап. Заканчивается изготовление нанесением антикоррозионной защиты.

Используемое оборудование и оснастка

Чтобы сделать упругий элемент, требуется специализированное оборудование. Это навивочные станки. Сделать деталь можно и на обычном токарном станке, но потребуется его дооборудование специальной оснасткой. Средние и крупные серии изготавливают на полуавтоматических установках, работающих с минимальным вмешательством оператора. Сделать пружину из проволоки можно и вручную. Для этого также потребуется специальная оснастка.

На следующем этапе механической обработки торцы шлифуются на торцешлифовочных станках. При единичном производстве или малых сериях это можно сделать шлифовальном круге.

Термообработка проводится с применением оправок, предотвращающих деформацию изделия, в специализированных печах для закалки и отпуска. Обе операции можно сделать и в универсальной печи.

Используемое оборудование и оснастка

Для контроля качества используются нагрузочные установки и измерительные комплексы. При единичном производстве измерения можно сделать и универсальным инструментом.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Технология изготовления пружин играет важную роль и имеет большое значение для их беспроблемной долгосрочной эксплуатации. Упругие элементы – это высокотехнологичные изделия, требующие наличия квалификации и опыта от инженеров-конструкторов и технологов, а также хорошего парка оборудования на предприятии-производителе.

От того, насколько правильными были расчеты пружины, подбор материала с учетом требуемых характеристик и особенностей ее применения, а также используемые технологии и точность изготовления, зависит работа целого агрегата, где эта деталь будет комплектующей.

Как правильно выбрать

Первый вопрос, на который надо ответить – как будет эксплуатироваться мебель

Если это раскладной диван для сна, стоит обратить внимание на ортопедические варианты с независимыми блоками. Спать на них гораздо комфортнее, организм будет чувствовать себя отдохнувшим

Выбрать диван вам помогут менеджеры магазина.

Также важно выбрать “правильный” наполнитель. Поролоновые диваны не так надежны и долговечны

Через несколько лет он начнет проседать, и пружинки могут впиваться в людей, которые сидят или лежат на диване

Лучше обратить внимание на кокосовую койру – она жестче и надежнее поролона

Материал её производства это высокоуглеродистая пружинная проволока разной толщины.

Для большинства значимую роль играет стоимость изделия. Диваны с зависимыми пружинными блоками – самые дешевые, но, если планируется долгосрочная эксплуатация изделия, не стоит покупать самые дешевые модели

Лучше обратить внимание на среднюю ценовую категорию, так как такие диваны прослужат дольше и не потребуют ремонта, спустя несколько месяцев

Цены на разные пружины могут отличаться.

Витые пружины сжатия: особенности конструкции и эксплуатации

Данный тип пружин в процессе эксплуатации воспринимает нагрузки, прилагаемые в продольно-осевом направлении. Пружины сжатия изначально имеют просветы между витками, приложение внешней силы приводит к деформации, характеризующейся уменьшением длины изделия, и ограничивается тем моментом, когда витки соприкасаются. При отмене воздействия пружина должна восстановить свою форму и геометрические размеры, какими они были до приложения нагрузки.

Основными размерами, определяющими вид отдельной детали, являются:

• – Диаметр проволоки (прутков).
• – Количество витков.
• – Шаг навивки.
• – Диаметр изделия.

Наиболее распространенными являются цилиндрические винтовые пружины сжатия, у которых диаметр изделия одинаков по всей длине. Эти детали широко используются в разных отраслях промышленности: приборо- и машиностроении, горношахтной отрасли, газонефтедобыче, других.

Вообще же пружины сжатия могут иметь не только цилиндрическую форму, но и конусную, бочкообразную, более сложную. Шаг витков может быть постоянный и переменный, а навивка – по или против направления движения часовой стрелки.

Это вносит особенности в общепринятую технологию их изготовления.

Характеристики пружин

Для витых цилиндрических и конических:

• количество витков
• шаг витка
• диаметр проволоки
• предельно воспринимаемая нагрузка
• линейная зависимость между деформацией (осадкой) пружины и нагрузкой, приложенной к ней

Для волновых:

• сечение ленты
• число витков
• число волн на виток
• коэффициент жёсткости
• предельная нагрузка

также усталостные характеристики материалов.

Требования к пружинам

Чтобы выполнять свою работу эффективно и правильно, эти элементы должны обладать хорошей прочностью, пластичностью, упругостью, выносливостью и релаксационной стойкостью.

Достижение этих качеств возможно при соблюдении многих факторов, в том числе:

• – Правильном выборе материала.
• – Грамотно проведенных расчетах.
• – Соблюдении технологии изготовления.

Читать также: Стационарное рабочее место сварщика

Качественные пружины должны соответствовать требованиям ГОСТ и техническому заданию конкретного заказчика.

Согласно стандарту предусмотрены три группы точности по контролируемым деформациям:

• – С допускаемым отклонениями до 5% (+/-).
• – До 10%.
• – До 20%.

В соответствии с этим определены три группы точности по геометрическим параметрам.

Важное требование к этим деталям – чистота поверхности, здесь не допускаются царапины и другие дефекты, так как они приводят к снижению прочности и надежности.

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.

Требования к материалу

Пружины для работы в определенных условиях выбираются по типоразмерам с учетом характера и величины нагрузок, характерных для условий эксплуатации. Надежность работы этих деталей определяется многими факторами, в том числе – качеством и структурным состоянием металла/сплава после термической обработки, наличием остаточных внутренних напряжений. Кроме того, важно металлургическое качество стали/ сплава. Так что долговечная беспроблемная эксплуатация начинается с выбора материала с определенным комплексом свойств.

Винтовые пружины сжатия в зависимости от размеров, выполняемой работы и других факторов изготавливаются из различных сталей/сплавов, в том числе из конструкционных рессорно-пружинных, нержавеющих, других.

Наиболее широко используемыми материалами можно назвать сталь 60С2А ГОСТ 14959-79, а также 50ХФА, 51ХФА, 60С2ХФА и аналогичные сплавы. Из нержавеющих самое широкое применение находит сталь 12Х18Н10Т.

Виды и преимущества механизмов

Способы крепления и расположение пружин в блоке зависит от его типа. Рассмотрим все варианты механизма, расскажем, что такое пружинная змейка в диване, и чем она отличается от мультипакета.

Выбрать качественный диван не так-то просто.

Независимые

Одни из самых надежных и современных блоков. Каждая пружинка находится в индивидуальном чехле из ткани, элементы не соединены между собой. Механическая нагрузка распределяется только на задействованные пружинки: если на какой-то участок нет давления, он не будет проседать под весом.

Независимые пружины считают лучшим вариантом в диванах ежедневного сна.

За счет этой особенности блоки с независимыми пружинами считаются самыми надежными. При выходе из строя одной пружины, не придется чинить целый блок. Диван не будет проседать и терять упругость. Чаще всего в диванах с независимыми блоками, установлены небольшие пружины из тонкой стальной проволоки.

При беспружинном наполнении используется поролон или полиуретан.

Боннель

В этой системе используются двухконусные пружины, которые состоят из 4-5 витков. Они соединены стальной рамой. Конструкция получается внушительная и прочная. Боннель обладает несколькими каркасами, за счет чего достигается жесткость основания. Такая система надежна и долговечна.

Зависимые пружины Bonnel (Боннель) – эконом-вариант наполнителя для мягкой мебели.

Системы боннель очень популярны ввиду своих особенностей:

• пружины сделаны из высокоуглеродистой стали, экологически безопасные;
• уложить блок можно на основание из любого материала, в том числе, фанеру или МДФ.

Производство блоков Боннель простое, поэтому базовые матрасы с ними стоят недорого.

В угловых диванах по бокам обкладывается коробами из пенополиуретана, сверху покрывается ватином или войлоком. Используется для диванов с разными раскладными механизмами, встречается в аккордеонах, книжках. Срок службы составляет несколько лет, но при аккуратной эксплуатации может прослужить и дольше.

Мультипакет

По виду и схеме изготовления напоминают независимые пружины. Каждый элемент также помещен в индивидуальный чехол. Разница этих блоков в размере пружинок. Если в стандартных независимых системах элементы крупнее, то в мультипакете используется большое количество пружинок маленького размера.

Пружины меньшего размера более «чутко» реагируют на давление – очень хорошо подстраиваются под пользователя.

При этом диваны с такими блоками очень прочные, способны выдерживать значительный вес.

Преимущества:

• вес распределяется равномерно;
• пружины не соединены, при выходе из строя одной не сдается система;
• за счет чехла сломанная пружинка не проглядывается через обивку;
• обладают поддерживающим эффектом;
• подходят для большинства моделей.

MicroPocket – для сна, нагрузки до 150 кг.

Приобретая диван с мультиблоком, нужно обратить внимание на количество пружин. Их должно быть не меньше 435

Змейка

Как выглядит пружина змейка в диване: элементы внутри рамы соединены скобами из стали, они взаимозависимые и по внешнему виду напоминают змею.

Пружинные змейки знакомы нам ещё по советской мебели и по факту не является блоком.

Изготавливают такие блоки из оцинкованной стали под воздействием высоких температур. Самыми надежными считаются основания с большим количеством изгибов.

Такой диван быстрее всего «сдается» под весом человеческого тела, глубоко продавливается и начинает напоминать гамак.

Главное преимущество механизма – он дешевый. Однако для частой эксплуатации диваны с пружинной змейкой для мягкой мебели не подходят.

Это самый дешевый, но и самый скрипучий вариант.

Особенности технологии

В зависимости от предусмотренного назначения таких деталей и их спецификации уместно говорить об особенностях технологии их производства. Изготовление изделий из материалов, имеющих круглое сечение, может быть выполнено путем холодной или горячей навивки. Первым способом обычно изготавливают мелкие/средние пружины (из проволоки до 8 мм в диаметре), а вторым – крупные.

Кроме того, различие обуславливается применение различных видов термической обработки, что связано с необходимостью придать изделиям определенные характеристики.

Технология холодной навивки пружин без закалки

Навивка заготовок выполняется из проволоки, которая производителем заранее была подвергнута патентированию. Этот процесс представляет собой нагрев до температуры, превышающей интервал превращений, что отлично подготавливает материал для последующей холодной пластической деформации.

В сформированных навивкой заготовках обеспечиваются соответствие таких обязательных параметров, как:

• Диаметр (этот параметр может быть внутренним, средним или наружным).
• Количество предусмотренных витков (рабочих и общих).
• Шаг и размер по высоте изготавливаемой детали (учитываются изменения, возможные в результате последующей обработки).
• Правильность выполнения поджатия крайних витков.

Следующий этап – механическая отделка (торцевание), в процессе которой концевые витки (нерабочие) обрабатываются до образования поверхности, перпендикулярной оси. После этого производится термическая обработка – в данном случае – только низкотемпературный отпуск. Это придает постоянные упругие свойства и нивелирует созданные при навивке напряжения. Важный технологический момент – правильно определить температуру и время воздействия, ориентируясь на диаметр выбранного материала и требования стандартов. Термообработанные пружины подвергаются контролю и испытаниям на соответствие параметров требованиям чертежей.

Если по требованиям эксплуатации предусмотрено антикоррозионное покрытие, его нанесение становится последним этапом производства таких деталей. Только в том случае, если применялась гальваника, детали прогреваются для обезводороживания.

Технология холодной навивки пружин с закалкой и отпуском

Отличие данной технологии от описанной ранее начинается только на этапе термической обработки. Предыдущие действия: навивка и необходимая механическая обработка, выполняются точно так же.

Первым этапом термической обработки выполняется закалка: нагрев до определенной температуры (в зависимости от используемого материала), выдержка детали в течении указанного времени и принудительное (быстрое) охлаждение специальной среде, в основном в масле (иногда в воде, солевом растворе, других). Важно: для нагрева пружин под закалку их располагают горизонтально во избежание просадки под собственным весом.

Завершается термообработка отпуском – прогревом до сравнительно небольшой температуры и выдержкой строго определенное время для придания необходимых качеств.

После этого производится контроль таких параметров, как твердость, правильность сжатия/восстановления. Если предусмотрено технологией изготовления конкретной детали – применяется очистка пескоструем, упрочнение дробью, нанесение предотвращающего коррозию защитного покрытия.

Технология горячей навивки пружин с закалкой и отпуском

Горячая навивка подразумевает предварительный прогрев материала в электрической или газовой печи (возможный вариант – применение токов высокой частоты).

Подготовленная таким образом заготовка подвергается навивке согласно требованиям техзадания, разводке, а также торцовке и доводке геометрических значений с помощью инструментов. После этого деталь подается на закалку, параметры которой определяются используемым материалом, а потом – на отпуск.

По окончании термообработки производится контроль параметров и, если это необходимо, обжатие, заневоливание, другие дополнительные операции и обработка поверхности. Завершается процесс производства окрашиванием и сушкой.

Плюсы и минусы использования диванов, оснащенных пружинными блоками

Как правило, интересующий нас механизм встраивается в те предметы мягкой мебели, которые предназначены для сна, то есть в раскладывающиеся. После трансформации такие диваны превращаются в максимально комфортное спальное место, удобное, и по размерам подходящее для вольготного отдыха.

Данный механизм является универсальным и очень удобным, однако, кроме этого имеет он еще массу достоинств, которые нужно учесть перед покупкой

Рассмотрим плюсы интересующих нас предметов мебели, оснащенных пружинными блоками.

Таблица 1. Достоинства использования диванов, оснащенных пружинными блоками

Конечно, самостоятельно сконструировать такую сложную систему для комфортного отдыха почти невозможно, так как она требует наличия большого количества разнообразной производственной аппаратуры

Тем не менее, нельзя сказать, что у интересующих нас пружинных блоков имеются лишь одни плюсы, так как это в корне не верно. В действительности они не лишены некоторых минусов. Давайте взглянем и на них.

Таблица 2. Недостатки диванов со встроенными пружинными блоками

Недостаток Описание

Низкое качество поролона

К сожалению, довольно часто бывает, что в качестве набивки для диванов, оснащенных пружинными блоками, используется поролон низкого качества. Конечно, это удешевляет общую стоимость предмета мебели, однако, в конечном итоге приводит к быстрой потере им упругости и формы. Как следствие, через малое количество времени становится просто невозможно сидеть или спать на таком диване.

Низкое качество пружин

Бывает и так, что производители решают сэкономить на качестве пружинного блока, и производят его из неподходящих для этого материалов. Как следствие, основной «скелет» мягкого предмета мебели обладает минимальными амортизационными характеристиками, что приводит к проседанию пружин, и, впоследствии вновь к поломкам.

Чрезмерно высокая стоимость

Некоторые производители, пользуясь незнанием клиентов, посещающих их магазин, заламывают огромную цену за диваны, аргументируя тем, что они оснащены высококачественным пружинным блоком. К сожалению, пружинный блок пружинному блоку рознь, и далеко не за каждый из них нужно отдавать баснословные суммы

К счастью, таких недобросовестных продавцов и производителей сегодня не много, но все же лучше соблюдать осторожность и ходить к проверенным компаниям.

Используемое оборудование и оснастка

Для изготовления пружин требуется различное оборудование, которое лучше всего соответствует требованиям каждого шага технологического процесса.

Навивка осуществляется или на специальных пружинонавивочных станках, или на переоборудованном для этих целей токарном оборудовании. Возможно также использование ручной оснастки или специализированных полуавтоматов. Дальнейшая обработка – механическая – осуществляется торцешлифовальными станками, а термическая – в закалочных и отпускных печах. Важно: для предотвращения коробления при термообработке используются специальные оправки. Для деталей небольшого размера они применяются при отпуске, а большие проходят закалку на оправке.

Контроль качества также проводится на специальном, предназначенном именно для этого процесса оборудовании.