ПРУЖИНЫ.  ВИДЫ ПРУЖИН И НАЗНАЧЕНИЯ ПРУЖИН

Витые пружины растяжения

   Воспринимают продольно-осевую нагрузку, растягивающую пружину.

По форме витые пружины бывают:
- цилиндрические: с открытой навивкой - между витками имеются просветы, как у пружин сжатия, и с закрытой навивкой - витки прижимаются друг к другу и создается сила предварительного натяжения, как у пружин растяжения;
- фасонные;
- призматические.

По виду нагруения витые пружины бывают:
- пружины растяжения;
- пружины сжатия;
- пружины кручения.

   Поперечное сечение витков пружины может иметь круглую , квадратную или прямоугольную форму.

Основными материалами для пружин являются высокоуглеродистые стали (У9А...У12А), стали легированные кремнием (60С2А), марганцем (65Г), хромом, ванадием, никелем (50ХГА, 50ХФА, 65С2ВА и др.). Углеродистые и кремнистые стали обладают невысокой прокаливаемостью и поэтому применяются для пружин малых сечений. Марганцовистые стали обладают лучшей прокаливаемостью, но чувствительны к перегреву при закалке. Хромомарганцевые, хромованадиевые и хромокремнемарганцевые стали обладают высокой прочностью при действии переменных напряжений и применяются для пружин ответственного назначения. Для работы в химически активной среде применяют пружины из цветных металлов, бериллиевых бронз (БрБ-2), кремнемарганцевых бронз (БрКМЦ3-1, БрОЦ4-3 и др.). Бериллиевые бронзы относятся к самым совершенным универсальным материалам для упругих элементов.

Технологический процесс изготовления витых пружин включает:    а) навивку;     б) отделку торцов или прицепов;   в) термообработку;   г) технологическое испытание или заневоливание.

Пружины из проволоки диаметром до 8...10 мм изготовляют холодной навивкой преимущественно из проволоки, прошедшей термообработку, и после навивки подвергают только отпуску. Пружины больших сечений подвергают навивке в горячем состоянии, потом закаливают. Проволоку выпускают диаметром до 8 мм трех основных классов:  нормальной прочности III,  повышенной прочности II и  высокой прочности I.

    ✒ Более подробно в разделе     "Расчет пружин, материалы и изготовление пружин".

Витые пружины сжатия и формы поперечного сечения проволоки

   Воспринимают продольно-осевую нагрузку, сжимающую пружину. 

Фасонные пружины

   Фасонные пружины применяют при необходимости получения нелинейной зависимости между силой и упругим перемещением пружины, что уменьшает опасность резонансных колебаний.
   Фасонные пружины выполняют обычно в виде пружин сжатия. К фасонным пружинам относят:
- конические и параболоидные пружины;
- телескопические буферные пружины для больших нагрузок, выполняемые из полосовой стали.
   Конические пружины обладают более высокой стойкостью на боковой изгиб при сжатии без оправки, чем цилиндрические пружины. Применяются они обычно в тех случаях, когда нельзя применить направляющий стержень или гильзу и когда высота пружины в сжатом состоянии должна быть минимальной.

Призматическая пружина

Пружины кручения

   Воспринимают нагрузку, которая сводится к парам сил в торцевых плоскостях пружины, закручивающим пружину в целом.

Многожильная пружина

   Используют преимущественно в качестве пружин сжатия, реже - пружин кручения. Применяют при необходимости повышенной податливости в условиях стеснённых габаритов.  Такая податливость обычных витых пружин может быть достигнута только путём значительного увеличения диаметра пружин и числа витков. Многожильные пружины также обладают значительной несущей способностью и повышают виброустойчивость конструкции.
   Многожильные пружины целесообразно использовать при статической или ограниченно кратной динамической нагрузке (до 3 · 10⁴ - 5 · 10⁴ циклов нагружения. Особенно большую экономию в габарите и весе дают заневоленные многожильные пружины. Применять многожильные пружины при неограниченно кратном нагружении (к примеру, в качестве клапанных пружин) нецелесообразно вследствие перетирания жил.
   Изготовляют пружину из тросов, свитых из двух-шести (обычно двух-четырёх) тонких углеродистых проволок диаметром 0,8...2 мм  без центральной жилы. 

Плоская спиральная пружина кручения

   Плоские спиральные ленточные пружины широко применяются в конструкциях различных механизмов и приборов (например, в часовых механизмах), главным образом как аккумуляторы энергии - заводные пружины. Они изготовляются из высококачественнной углеродистой стальной ленты, обладающей большой прочностью и достаточной пластичностью.
   При навивке ленты на оправку витки пружины последовательно накладываются и плотно прилегают друг к другу. Предварительно концы ленты отжигают для возможности их крепления.
   Для стабилизации формы спирали пружины и напряжений в сечениях ленты, её после навивки, почти не распуская, помещают в обойму и выдерживают в ней сутки и более, в зависимости от ответственности пружины (заневоливание). После заневоливания пружина принимает в свободном (распущенном) состоянии форму, напоминающую архимедову спираль.
   Величина изгибающего момента в сеении ленты зависит от момента на валике и способа крепления наружного конца спирали пружины. Начиная с некоторого момента процесса нагружения, внутренние витки ложатся на валик, и при полном заводе пружина принимает ту же форму, что и при заневоливании, а напряжения в сечениях вновь достигают величины, которую они имели при навивке.
   Лента для пружин часовых механизмов изготавливается из углеродистой стали и поставляется в нагартованном или термически обработанном виде.

Фигурные (гнутые) пружины

   Эти пружины представляют собой плоские гибкие кривые брусья малой кривизны (а - г), а иногда - пространственные гибкие кривые брусья (д - з).

   Расчет на прочность и жесткость фигурных пружин ведут по методам, разработанным применительно к плоскому и пространственному кривым брусьям.

   Расчет пространственных фигурных пружин с большими перемещениями ведут приближенно, последовательно рассматривая ряд деформированных состояний фигурной пружины в процессе её нагружения.

Прорезная пружина

   Изготовляются из цилиндрической трубы фрезерованием сквозных прорезей; они могут в равной степени служить как пружины сжатия и пружины растяжения. Относятся к жестким пружинам. При осевом нагружении торцы их перемещаются поступательно. Все кольца деформируются одинаково, причём каждое из составляющих колец закручивается и изгибается.

   Наиболее опасными являются сечения у перемычек и сечения, равноудаленные от перемычек.

Торсионный вал

   Торсионные валы применяют при не стеснённых по оси габаритах, значительных крутящих моментах, необходимости восприятия некоторых изгибающих моментов и при небольшой требуемой податливости.

Тарельчатая пружина

   Применяют для восприятия больших нагрузок при малых упругих перемещениях и стеснённых габаритах по оси приложения нагрузки. Могут активно демпфировать энергию колебаний и гасить энергию удара, поэтому их широко применяют как буферные. Для получения нужного осевого перемещения пружины составляют из секций по две тарелки в каждой. Секции монтируются в гильзе или на общей центрирующей оправке. Тарельчатые пружины обычно штампуют из листовой стали. Обычно применяют кремнистую сталь 60С2А.
   Для более эффективного гашения энергии ударов между тарелками устанавливаются шайбы. При этом жесткость пружины возрастает за счет сил трения , развивающихся на кромках тарелок при их скольжении по шайбам.
   При очень больших нагрузках пружины устанавливают пакетами, вкладывая их конус в конус. Несущая способность пружины увеличивается пропорционально увеличению числа шайб в пакете. Изготавливают из стали 60С2А или равноценных по механическим свойствам марок сталей.
   Для повышения несущей способности тарельчатые пружины заневоливают, сжимая их до полного сплющивания.

Кольцевая (клинчатая) пружина

   При больших нагрузках для задач амортизации применяют кольцевые пружины, в которых кольца при нагружении вдвигаются одно в другое, при этом наружные кольца растягиваются, а внутренние - сжимаются. Кольца вальцуются, а затем проходят термообработку; чтобы кольца не коробились, их делают со стенками примерно равной толщины, вогнутыми с нерабочей стороны.
   В зависимости от смазки и пригонки колец друг к другу работа сил трения составляет примерно 60-70% полной работы, совершаемой при нагружении пружины. Высокая амортизационная способность кольцевых пружин трения выдвигает их на первое место среди буферных пружин (к примеру, в тяжеловесном железнодорожном составе, шасси самолетов).
Пружины, многократно сжимаемые в течение короткого промежутка времени, должны хорошо охлаждаться.
    Для увеличения несущей способности кольцевые пружины составляют из двух пружин, расположенных соосно.

Плоская пружина

   Плоские листовые пружины применяют для восприятия изгибающих нагрузок. Пружины, работающие на одностороннюю нагрузку, часто изготовляются с предварительным изгибом. Такая пружина в свободном состоянии имеет изогнутую форму. При помощи специальной упорной пластинки пружина изгибается до прямого положения, приобретая, таким образом, предварительное натяжение. Такая пружина начнёт прогибаться только тогда, когда нагрузка достигнет определённой величины. Упорные пластинки ставятся так, что подпирают пружину почти в самом её конце.
   Для восприятия больших нагрузок больших величин плоские листовые пружины набираются определенным образом в пакет, называемый листовой рессорой. Конструктивное исполнение листовой рессоры бывает четырех типов: а) симметричная полуэллиптическая; б) несимметричная полуэлептическая; г) кантилеверная; д) четвертная.
   Рессоры изготавливаются из рессорной полосовой стали.

❉ ❉ ❉ ❉ ❉ ❉ ❉ ❉