Пружины представляют собой жесткий элемент, с помощью которого происходит накапливание или поглощение механической энергии. Они могут выполняться из различных материалов, выбор которых зависит от сферы применения изделия и условий работы.
Жёсткость определяется по формуле:
Z = P/F (1)
где, Р – приложенная осевая нагрузка, кгс;
F – линейная деформация, мм.
Для установки на различные механизмы чаще всего применяют пружины из высокоуглеродистой стали, легированной марганцем, кремнием, ванадием. Для защиты пружин от коррозии применяются покрытия. В агрессивной среде применяют пружины из:
- нержавеющей стали
- бериллиевой бронзы
Несмотря на разный материал, из которого производится навивка пружины, ключевым показателем считается жесткость пружины, которая определяется необходимым для ее сжатия (растяжения) усилием. Именно от этого параметра зависит, в какой степени будет надежной работа узла, в котором установлена пружина.
Виды пружин
Все пружины имеют достаточно широкую классификацию, в соответствии с которой они применимы в определенных механизмах. Они широко используются в автомобилестроении, судостроении, пищевой промышленности, станочном и бытовом оборудовании, в том числе в мебели.
Так, по форме пружины подразделяются на:
- конические
- спиральные
- тарельчатые
- цилиндрические
- рессоры
- фигурные
При этом жесткость любого из видов пружин определяет тот фактор, насколько они способны передавать механизму собственную деформацию (упругость). По характеру работы пружины подразделяются:
- сжатия (вид деформации витков – кручение)
- кручения (вид деформации витков – изгиб)
- растяжения (вид деформации витков – кручение)
- специальные (вид деформации витков – кручение и изгиб)
По характеру приложения нагрузок:
- пружины, работающие при динамических нагрузках, например, буферные
- пружины, работающие при динамических нагрузках с большим числом циклов, например, клапанные
- пружины, работающие при статистических нагрузках, т.е. испытывающие постоянную нагрузку, например пружины для мебели
Для комплектации разных видов оборудования, или механизмов производится навивка пружин из проволоки разного сечения. В процессе производства пружин в обязательном порядке принимается в расчет жёсткость пружины, который является показателем продолжительности срока эксплуатации изделия. Данный показатель можно вычислить по формуле:
Z = G*d4 / 8*D3 *n (2)
Где, G – модуль сдвига, кгс/мм 2 , зависит от материала проволоки;
d – диаметр проволоки, мм;
D – средний диаметр пружины, мм;
n – число рабочих витков пружины
Если подставить Z в формулу (1), можно рассчитать нагрузку в зависимости от деформации:
Р = Z*F = (G*d4 / 8*D3 *n) * F (3)
При расчёте цилиндрических винтовых пружин большое внимание должно быть уделено назначению модуля сдвига G и допускаемому напряжению при кручении Rs , которые зависят только от материала. Эти основные механические характеристики влияют на условия изготовления пружин, на долговечность и другие эксплуатационные свойства.