Способы получения пружин: Технология изготовления пружин

Содержание

Технология изготовления пружин

Как известно, существуют различные виды пружин, которые отличаются не только по конструкции, но еще и по способу взаимодействия с остальными механизмами в узлах. Так, например, пружины сжатия работают на сжатие, пружины растяжения — на растяжение, ну а пружины кручения, соответственно, на изгиб и скручивание. При этом данные виды пружин имеют витую форму, в отличии от той же тарельчатой пружины или от любого типа пружин-рессор. Само собой, технология изготовления пружин витого типа будет отличаться от того как происходит производство пружин с другой конструкцией.

В целом, технология изготовления пружин подразумевает под собой совокупность последовательного использования специальных технологических инструментов, например, станочного оборудования и каких-либо сырьевых материалов. При этом, само производство пружин может происходить за разное число этапов и с использованием различных способов, которые выбирает непосредственно сам завод-производитель, в зависимости от назначения конкретной пружины. Соответственно, технология меняется исходя из всех характеристик и конструкционных параметров у этого металлического изделия.

Пожалуй, наиболее распространенными в промышленности и быту считаются как раз таки витые виды пружин, а именно, кручения, сжатия, растяжения. По этой причине нами сегодня будет рассмотрено, что представляет технология изготовления пружин из данной классификации. Вообще, наличие специальной навивки в конструкции позволяет подобным пружинам многократно воспринимать повторяющиеся нагрузки, проявляя высокую степень устойчивости к разным механическим воздействиям без потери своих характеристик, в числе которых имеются следующие физико-химические свойства:

Коэффициент упругости
Предел воспринимаемой нагрузки
Усталостная прочность

Именно эти параметры влияют на продолжительность, а главное, на качество работы пружин. Собственно, для того, чтобы обеспечить данным изделиям максимально возможную долгосрочность эксплуатации, производство пружин должно осуществляться из надежного сырьевого материала, посредством поэтапного применения разных технически процессов на специальном оборудовании. Как правило, навивка осуществляется оператором из стальной проволоки на токарных станках либо вручную, либо через автомат одним из двух основных способов: горячим методом или же холодным методом.

Холодная технология изготовления пружин

Производство пружин холодным способом в Российской Федерации выполняют чуть чаще, нежели горячим, ввиду наиболее низкой себестоимости производства. Для таких работ не требуются дополнительные дорогостоящие станки, кроме навивочного. Собственно, такой метод предполагает использование оборудования, оснащенного двумя основными валиками, через которые и происходит навивка. Верхний из валиков позволяет регулировать натяжение, а также задавать направление завивки, используя для этого специально установленный винт. Сам процесс изготовления выполняется примерно так:

Подготавливается специальная сталь для изготовления пружин (стальная проволока).
Проволока просовывается через планку в суппорте.
Ее конец прочно закрепляется на оправке при помощи зажима.
Через верхний валик устанавливается необходимое натяжение.
В зависимости от диаметра проволоки выбирается скорость вращения.
Запускается в работу валик, наматывающий пружину.
По мере достижения необходимого числа витков, проволока обрезается.
В завершении деталь обрабатывается механически и термически.

Несмотря на то, что форма изготавливаемого изделия может быть как бочкообразной, так и цилиндрической, или даже конической, холодная

технология изготовления пружин не позволяет использовать для изготовления пружин сталь диаметром более 16 миллиметров. Механическая обработка проводится для устранения зазубрин, сколов или же любых других дефектов на поверхности метиза, полученных в результате предыдущего проката проволоки, либо во время непосредственного процесса навивки с целью обеспечения наиболее лучшего качества изделия и повышения срока его эксплуатации.

Кроме того, немаловажным этапом является последующая термическая обработка, за счет проведения которой заготовка сможет избавиться от всех полученных во время навивки внутренних напряжений. При этом сам метод обработки выбираю исходя из того, какая была использована

сталь для изготовления пружин. В некоторых случаях используют и отпуск и закалку, в некоторых, например, в бронзе, только лишь низкотемпературный отпуск. Так или иначе, каждый из данных процессов позволяет изделию достичь основных своих критериев, в числе которых состоит их великолепная упругость.

Горячая технология изготовления пружин

В отличии от холодного способа, горячее производство пружин подразумевает лишь изготовление изделий с диаметром от 10 миллиметров. То есть метизы меньших габаритов не получится сделать таким способом априори. Горячая технология изготовления пружин

для создания заготовок требует проводить процедуру равномерного нагрева. При этом сам нагрев производится очень быстро на специальном станке. После чего разогретый до красна пруток необходимо просунуть через фиксирующую планку в навивочный станок и закрепить концы заготовки в зажимах и выполнять следующие этапы:

Задать необходимое натяжение через верхний валик.
Выбрать скорость вращения, в зависимости от диаметра.
Включить станок, начав процесс навивки проволоки.
По окончании работ снять цельную заготовку.
Отправить изделие на термическую обработку.
Максимально охладить спираль в масле.
Провести механическую обработку поверхности.
Нанести защитный антикоррозийный слой.

Обратите внимание, что горячая технология изготовления пружин для экономичного расходования сырьевых материалов не предусматривает разрезание пружины по мере того, как будет достигнут необходимый размер изделия. Это значит, что навивка происходит сразу на всю длину заготовки, а уже потом от нее отрезают куски необходимой длины. Повторная термическая обработка изделия необходима для снятия внутреннего напряжения. Охлаждать заготовку в масле, а не в воде рекомендуется по причине того, что во время долгой закалки в воде горячая сталь может попросту пустить трещину.

Тем не менее, если технология изготовления пружин требует проводить закалку как раз в воде, то необходимо соблюдать временной диапазон от 1 до 3 секунд, после чего так же опустить заготовку в масло. После этого пружину вынимают и очищают от масла. Далее уже идет аналогичный холодному методу навивки этап механической обработки изделия: заточка, шлифовка и другие технологические операции. Кроме того, для улучшения износостойкости изготовленных обеими способами пружин довольно часто производители применяют так же антикоррозионную обработку поверхностей изделия.

Сталь для изготовления пружин

Поскольку пружины зачастую используются для гашения каких-либо типов нагрузок, сталь для изготовления пружин должна иметь очень высокие технические характеристики. В зависимости от предназначения итоговых изделий, для их создания могут использоваться самые различные марки стали. Однако, наиболее часто, производство пружин выполняется из углеродистой и высоколегированной стали. Как правило, заводы-изготовители используют такие марки, как 50ХФА, 50ХГФА, 55ХГР, 55С2, 60С2, 60С2А, 60С2Н2А, 65Г, 70СЗА, У12А, 70Г, а также ещё множество других стальных сплавов.

Среднеуглеродистые и высокоуглеродистые марки стали, а также низколегированные стальные сплавы, которые задействует любое производство пружин

, называются рессорно-пружинными. Зачастую, сталь для изготовления пружин обозначается еще как пружинная сталь. Стандартом для ее производства считают ГОСТ 14959-79, который предписывает все допуски и требования к техническим характеристикам. По госстандарту, пружинная сталь должна иметь очень качественную поверхность без наличия каких-либо дефектов, способных привести к частичному или же полному разрушению.

Дело в том, что при наличии, например, трещин на поверхности изделий, в процессе их эксплуатации при тяжелых различных тяжелых условиях, все усталостные явления будут концентрироваться как раз в наименее устойчивых дефектных местах. Именно поэтому вся пружинная сталь

до того, как началось непосредственное производство пружин, должна пройти процедуру проверки на соответствие установленным требованиям ГОСТ 14959-79. Кроме того, сталь для изготовления пружин должна иметь хорошую упругость и проявлять высокую устойчивость к агрессивным воздействиям.

Достичь этого помогает, во-первых, химический состав того или иного сплава, так как под конкретные рабочие условия подбирается конкретная сталь для изготовления пружин. Во-вторых, противостоять напряжению и разрушению позволяют процесс закалки и отпуска изделий. Проведение данных технологических процессов подразумевает любая технология изготовления пружин, однако для каждой марки стали есть свои нюансы. В частности, этим нюансом является среда закаливания, в роли которой выступают масло или вода, а также еще и сама температура, при которой идет закаливание.

Собственно, температура при которой закаливается сталь для изготовления пружин, варьируется в пределах от +800°С до +900°, в зависимости от конкретного сплава. А отпуск проводится уже при диапазоне от +300°С до +480°С. Это обусловлено тем, что именно при подобных температурах возможно достичь одного из самых важных параметров пружинной стали — наибольшего предела упругости стали. Твердость получаемой продукции равняется 35 — 45 единицам твердости по Шору, что равнозначно значению от 1300 до 1600 килограмм на один квадратный миллиметр поверхности.

Характеристики стали для изготовления пружин

Марка сплава	Термический режим			Характеристики
	Термический режим			σ т	σ в	δ5	φ
	Температура закалки	Среда закалки	Температура отпуска	σ т	σ в	δ5	φ
	Температура закалки	Среда закалки	Температура отпуска	Не менее
65	840°С	Масло	480°С	80кгс/мм²	100кгс/мм²	10%	35%
70	830°С			85кгс/мм²	105кгс/мм²	9%	30%
75	820°С			90кгс/мм²	110кгс/мм²	9%
85	820°С			100кгс/мм²	115кгс/мм²	8%
60Г	840°С			80кгс/мм²	100кгс/мм²
65Г	830°С			80кгс/мм²	100кгс/мм²
70Г	830°С			85кгс/мм²	105кгс/мм²	7%	25%
55ГС	820°С			80кгс/мм²	100кгс/мм²	8%	30%
50С2	870°С	Масло или вода	460°С	110кгс/мм²	120кгс/мм²	6%	30%
55С2				120кгс/мм²	130кгс/мм²
55С2А
60С2		Масло					25%
60С2А			420°С	140кгс/мм²	160кгс/мм²		20%
70С3А	860°С		460°С	160кгс/мм²	180кгс/мм²		25%
50ХГ	840°С		440°С	110кгс/мм²	130кгс/мм²	7%	35%
50ХГА	840°С		440°С	120кгс/мм²	130кгс/мм²	7%	35%
55ХГР	830°С		450°С	125кгс/мм²	140кгс/мм²	5%	30%
50ХФА	850°С		520°С	110кгс/мм²	130кгс/мм²	8%	35%
50ХГФА			520°С	120кгс/мм²	130кгс/мм²	6%	35%
60С2ХФА			410°С	170кгс/мм²	190кгс/мм²	5%	20%
50ХСА			520°С	120кгс/мм²	135кгс/мм²	6%	30%
65С2ВА			420°С	170кгс/мм²	190кгс/мм²	5%	20%
60С2Н2А	880°С			160кгс/мм²	175кгс/мм²	6%
60С2ХА	870°С			160кгс/мм²	180кгс/мм²	5%
60СГА	860°С		460°С	140кгс/мм²	160кгс/мм²	6%	25%

Условные обозначения:

σ т — предел текучести

σ в — предел кратковременной прочности

δ5 — относительное удлинение при разрыве

φ — относительное сужение

Способ получения пружины из никелида титана

Изобретение относится к металлургии, а именно к пружинам из никелида титана, и может быть использовано для управления деформационными свойствами обратимого формоизменения, такими как угловое (поворотное) и осевое (поступательное) перемещение витой пружины. Способ получения пружины из никелида титана характеризуется тем, что проволоку из никелида титана наматывают на металлический цилиндрический стержень плотно виток к витку при температуре 18-40°C, жестко закрепляют концы проволоки на стержне. Проволоку со стержнем помещают в камеру муфельной печи и отжигают при температуре 500-520°C в течение 60 мин, затем проволоку медленно охлаждают вместе с печью до температуры 18-23°C с получением пружины, которую термоциклируют под осевой нагрузкой в интервале температур 90-24°C, начиная процесс при 90°C. Получают устойчивый эффект обратимого формоизменения при последующем термоциклировании через интервалы мартенситных переходов под действием растягивающих усилий в последовательности охлаждение, нагревание, проявляющегося как по угловому, так и по осевому перемещению. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к металлургии и может найти применение в энергетическом машиностроении и приборостроении, в медицине, для управления деформационными свойствами обратимого формоизменения, такими как угловое (поворотное) и осевое (поступательное) перемещение витой пружины.

Известны несколько способов обработки полуфабрикатов для материалов с термоупругими мартенситными превращениями (ТМП), которые позволяют инициировать величины обратимого формоизменения (ОФИ) по двум взаимно ортогональным деформациям осевой — ε и сдвиговой деформации — γ.

Первый способ — это термоциклирование материалов через интервалы мартенситных переходов в условиях одновременного действия нормальных (при растяжении) и касательных (при кручении) напряжений сплошных цилиндрических образцов с диаметром и длиной рабочей части соответственно 4 и 33 мм. [И.Н. Андронов, В.А. Лихачев, М.Ю. Рогачевская. Эффекты памяти формы у сплава TiNiCu при сложном напряженном состоянии. «Известия высших учебных заведений», Физика. 1989. №2. С. 117-119]. Анализируя данные первого способа обработки материалов с ТМП, можно сделать вывод, что в результате термомеханической обработки путем термоциклирования через интервалы мартенситных переходов под нагрузкой возникает ОФИ цилиндрических образцов по осевой и сдвиговой составляющим деформации ε и γ соответственно.

Второй способ заключается в изотермическом деформировании материала в мартенситном состоянии в последовательном ортогональном направлении (по осевой и сдвиговой составляющим деформации) с последующим отогревом материала через интервал мартенситного перехода в свободном состоянии [И.Н. Андронов, Ю.Б. Какулия. Эффект памяти формы при сложных траекториях нагружения. II Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы фундаментальных наук». М., МВТУ им. Н.Э. Баумана, 24-28 января 1994, 11 (1) Секция С. С. 16-18]. Во втором способе подобный результат достигается после предварительного ортогонального нагружения в пространстве ε-γ. При последующем отогреве в свободном состоянии образца с ТМП через интервал обратного мартенситного превращения наблюдается заметная обратимая деформация, проявляемая в виде ее возврата по осевой и сдвиговой составляющим.

Недостатком 1 и 2 способов является то, что все опыты осуществляли на сплошных цилиндрических образцах с длиной и диаметром рабочей части образца соответственно 33 и 4 мм, что не позволяет эти результаты распространить на другие полуфабрикаты из материалов с ТМП, например проволоку или пружину.

Третьим способом-прототипом является способ изготовления пружины из сплава с эффектом памяти формы, и пружина, изготовленная данным способом, включает в себя формообразование пружины при температуре выше температуры рекристаллизации [Патент №2309192, C22F 1/10, C22F 1/18, опубл. 27.10.2007. Бюл. №30].

Недостатком прототипа является то, что изготовленные по прототипу пружины способны функционировать лишь в осевом направлении (10-25 мм), что существенно ограничивает функционально-механические возможности пружины как исполнительного элемента сложного функционального назначения.

Задачей изобретения является создание способа получения пружины из никелида титана с целью формирования пружины, обладающей способностью к последующим обратимым возвратно вращательно-поступательным перемещениям при термоциклировании через интервалы мартенситных переходом под действием растягивающей силы.

Техническим результатом изобретения является получение устойчивого эффекта обратимого формоизменения при последующем термоциклировании через интервалы мартенситных переходов под действием растягивающих усилий в последовательности охлаждение→нагревание→охлаждение, проявляющегося как по угловому (0-290°), так и по осевому перемещению (0-890 мм).

Поставленная задача решается тем, что, как и в известном прототипе, в предлагаемом способе, включающем формообразование, в котором проволоку из сплава никелида титана нагревают выше температуры рекристаллизации титана, новым является то, что перед высокотемпературным формообразованием проволоку наматывают на металлический цилиндрический стержень, плотно виток к витку, при температуре 18-40°C, при этом концы проволоки жестко закрепляют на стержне, затем проволоку вместе со стержнем помещают в камеру муфельной печи и отжигают при температуре 500-520°C в течение 60 минут, далее проволоку медленно охлаждают вместе с печью до 18-23°C и полученную таким образом пружину термоциклируют под осевой нагрузкой в интервале температур 90-24°C, начиная процесс при 90°C.

Кроме того, в качестве оправки используют цилиндрический стержень без пазов.

Кроме того, намотку проволоки осуществляют при постоянной силе натяжения 350-400 Н.

Изобретение поясняется графическим материалом: на Фиг. 1 представлено силовое устройство для намотки проволоки; на Фиг. 2 приведены соответствующие температурные зависимости для примера 1; на Фиг. 3 приведены температурные зависимости для примера 2. В таблице 1 и 2 приведены соответственно опытные значения угловых и осевых перемещений.

Способ осуществляет получение пружины из никелида титана путем предварительной намотки проволоки диаметром 1-3 мм. При этом намотку осуществляют на металлический стержень диаметром 12-35 мм, плотно (виток к витку) при постоянном натяжении проволоки 350-400 Н при температуре 18-40°C с помощью силового устройства. При этом концы проволоки жестко закрепляют на стержне, затем полученную пружину вместе со стержнем помещают в камеру печи и отжигают при температуре 500-520°C в течение 60 мин, после чего медленно охлаждают вместе с печью до комнатной температуры.

Кроме того, полученная в результате вышеприведенной ТМО пружина растяжения из никелида титана с диаметром D₀=d₀+d и индексом С=(d₀+d)/d, 7≤С≤20 обладает деформационными характеристиками устойчивого эффекта обратимого формоизменения при последующем термоциклировании через интервалы мартенситных переходов под действием растягивающих усилий 0-5 Н при теплосменах охлаждение→нагревание→охлаждение, проявляющегося как по угловому перемещению φ, так и по осевому перемещению пружины δ, а в терминах максимальных деформаций во внешнем волокне проволоки соответственно по осевой ε и по сдвиговой γ деформациям. Названные деформации определяют по формулам (1) и (2)

γ=d⋅arctg(d+δ/nπ(D−d))−d⋅arctg(dπ(D−d))2π(D−d), (1)

ε=(D−d)d(D−d)2+(d+δ/nπ)2−(D0−d)d(D0−d)2+(dπ)2, (2)

где D — текущий диаметр пружины, n — число витков пружины. При этом угловые перемещения при охлаждении начинаются при более высоких температурах на 10-14°C, нежели осевые. Касательные и нормальные напряжения, возникающие во внешних волокнах пространственного стержня, оценивают по формулам (3) и (4)

τ=8P(D−d)πd31+(d+δ/nπ(D−d))2, (3)

σ=16P(D−d)(d+δ/nπ(D−d))πd31+(d+δ/nπ(D−d))2. (4)

Пример 1

Для проведения испытаний была отобрана пружина, полученная в ходе проведенной термомеханической обработки (ТМО) по приведенной выше схеме с диаметром 16 мм из никелида титана (ТН-1). Для данного материала температуры мартенситных переходов составляют М_н=323 К, М_к=303 К, А_н=328 К, А_к=348 К. Пружину нагружают осевой силой при t=90° в первом опыте Р₁=1,5 Н, после чего охлаждают до t=24°, а потом нагревают до исходной температуры.

Пример 2

Для проведения испытаний была отобрана пружина, полученная в ходе проведенной ТМО по приведенной выше схеме с диаметром 16 мм из ТН-1. Для данного материала температуры мартенситных переходов составляют М_н=323 К, М_к=303 К, А_н=328 К, А_к=348 К. Пружину нагружают осевой силой при t=90° во втором опыте Р₂=2,5 Н, после чего охлаждают до t=24°, а потом нагревают до исходной температуры.

1. Способ получения пружины из никелида титана, характеризующийся тем, что проволоку из никелида титана наматывают на металлический цилиндрический стержень плотно виток к витку при температуре 18-40°C, жестко закрепляют концы проволоки на стержне, помещают проволоку со стержнем в камеру муфельной печи и отжигают при температуре 500-520°C в течение 60 мин, затем проволоку медленно охлаждают вместе с печью до температуры 18-23°C с получением пружины, которую термоциклируют под осевой нагрузкой в интервале температур 90-24°C, начиная процесс при 90°C.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что намотку проволоки осуществляют при постоянной силе натяжения 350-400 Н.

Технология изготовления пружин и требования к ним

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Термическая обработка пружин для защиты от коррозии

Термическая обработка пружин – это обобщенное название таких операций, как нагрев, выдержка и охлаждение этих изделий. Основная цель такой обработки – получение заданных параметров и свойств упругих изделий, что достигается изменением внутреннего структурного строения используемых в каждом конкретном случае металлических сплавов.

Для достижения этой цели стали/сплавы прогреваются до определенной температуры, выдерживаются в таких условиях точно установленное время и охлаждаются, в зависимости от технологии, быстрым или медленным способом.

Такая обработка может быть промежуточной операцией в технологическом процессе изготовления упругих деталей, в таком случае она служит для того, чтобы улучшить результаты последующих операций (обработки давлением, резания, других). Если же такая обработка является завершающей стадией технологического процесса, то она проводится для обеспечения заданных свойств каждого из изделий.

Виды пружин

Пружины – упругие детали, в основном используемые в таких отраслях производства, как горнодобывающая, нефтегазовая, энергетическая, машино- и станкостроение, другие.

Самыми распространенными их видами можно назвать:

— Растяжения. Под осевой нагрузкой происходит увеличение их длины, тогда как в исходном состоянии витки соприкасаются. Испытывают напряжения кручения и изгиба.
— Сжатия. Под осевой нагрузкой происходит уменьшение их длины, в исходном состоянии витки расположены на расстоянии шага (определяется в зависимости от особенностей применения). Также испытывают напряжения кручения и изгиба.
— Кручения – нагрузка прилагается в плоскости, которая оси изделия перпендикулярна. Работают на скручивание, оказывают поворотный момент силы.
— Изгиба. Незначительно деформируясь, могут передавать большое усилие.

Какие качества требуются от пружин

К этим комплектующим предъявляются особые требования, что связано с их важностью для эффективной и беспроблемной эксплуатации всего устройства, прибора, агрегата. Основным их качеством является свойство деформироваться (изменять свои размеры) под воздействием прилагаемой извне нагрузки и восстанавливать исходную форму и размеры, когда внешнее воздействие прекращается. При деформации происходит накопление энергии, при возвращении в начальное состояние – ее передача.

Важные характеристики упругих элементов:

— Прочность под нагрузкой, которая может быть статическая, динамическая, циклическая.
— Хорошая пластичность.
— Выносливость.
— Значительный предел упругости.
— Релаксационная стойкость.

С технологической точки зрения важны такие параметры, как глубокая прокаливаемость, невысокая способность к обезуглероживанию и росту зерен структуры в процессе термообработки. Низкими кроме того должны быть чувствительность к отпускной хрупкости и критическая скорость закалки.

При всем разнообразии видов пружин и случаев их использования от каждой из данных деталей требуется гарантированное восстановление после прекращения нагрузки, этим определяются особенности их эксплуатации и, соответственно, изготовления.

Термическая обработка как раз и предусмотрена для сохранения формы и упругих свойств пружин на протяжении расчетного срока эксплуатации.

Используемые материалы

К изготовлению пружин предъявляются высокие требования, начиная с выбора материала, характеристики которого отвечали бы определенным требованиям.

Соответственно, важно, как данные материалы будут вести себя в обработке, в том числе термической.

Для крупных пружин (изготовляемых из прутка от 8 мм в диаметре) наиболее часто используемыми являются стали конструкционные рессорно-пружинные 60С2А, 50ХФА, 51ХФА, 60С2ХФА ГОСТ 14959-79 и другие аналогичные сплавы.

Для мелких (до 8 мм диаметр) – стали 60С2А ГОСТ 14959-79, проволока Б-2 ГОСТ 9389-75, любая проволока по ГОСТ 9389-75 марок А, Б, В классов 1,2,3 и другие аналогичные сплавы.

Для работы в агрессивных средах применяются нержавеющие стали 08Х18Н10Т, 10Х18Н10Т, 12Х18Н10Т.

Виды термической обработки

К основным видам термообработки металлов/сплавов, используемых при производстве пружин, относятся:

— Отжиг – изделия нагреваются до температуры, соответствующей интервалу превращений, выдерживаются в таком состоянии в течение определенного времени и медленно охлаждаются вместе с печью. Улучшает структуру металла, способствует повышению вязкости, при этом несколько снижается твердость.
— Нормализация – изделия нагреваюся до аустенитного состояния (температура превышает соответствующие интервалу превращений), после чего охлаждаются естественным способом на воздухе. Способствует улучшению структуры, повышению механических параметров и нивелированию внутренних напряжений.
— Закалка – нагревание производится до температуры, соответствующей интервалу превращений или несколько выше, в таком состоянии выдерживаются некоторое время, затем охлаждаются быстро преимущественно в масле, хотя возможно и в другой среде. Обеспечивает металлу высокие прочностные показатели, хорошее значение твердости, износостойкости. Однако также повышает хрупкость, неспособность выдерживать ударные нагрузки и изгибы, поэтому обычно после нее предусмотрен отпуск.
— Отпуск – низкий, средний, высокий – прогрев до температуры ниже соответствующих интервалу превращений (до 250 градусов, 350-500 градусов и 500-680 градусов), нахождение некоторое время в таком состоянии и затем охлаждение. Увеличивает вязкость, пластичность, снимает остаточные напряжения, улучшает эксплуатационные показатели, несколько снижает прочность.
— Старение – бывает естественное (длительная выдержка в обычных условиях) или искусственное (краткая выдержка при низкотемпературном нагреве). Способствует стабилизации геометрических размеров и пружинных свойств.
— Заневоливание – холодное или горячее – выдержка под нагрузкой при нормальной температуре или в горячей печи (для пружин, используемых при высоких температурах). Увеличивает предел упругости, запас прочности, снижает уровень максимальных напряжений при эксплуатации. Это всегда заключительная операция, после нее недопустима никакая термообработка.

Физические основы термообработки

Нагрев и охлаждение пружин из металла/сплава сопровождаются фазовыми превращениями, при которых происходит изменение структуры материала и характеристик, важных для эксплуатации изделий.

К нагреву стоит относиться очень ответственно, поскольку с повышением температуры и времени ее воздействия, в частности, происходит повышение интенсивности окисления поверхности изделий, что приводит к образованию окалины.

Перегрев приводит к приобретению металлом крупнозернистой структуры и снижению пластичности, дальнейший нагрев опасен пережогом – а это уже неисправимый брак.

Особенности применения видов термообработки

Какой именно вид и режимы термообработки назначаются в конкретном случае, определяется используемой маркой стали/сплава, размером пружины и профилем заготовки, характером и условиями работы готового изделия.

Самый распространенный вариант термообработки пружин – это закалка в масле с последующим отпуском. Если исходная сталь характеризуется крупным зерном, предварительно производится нормализация.

Нагреваются пружины для закалки лежа, чтобы они не просели под собственным весом. Для некоторых типоразмеров могут быть использованы специальные оправки, позволяющие избежать искривления изделий, у пружин растяжения витки нужно зажимать или обвязывать. Температура закалки зависит от марки используемой стали/сплава, например для 60С2А – это 870 градусов, а для 50ХФА и 60С2ХФА – 850 градусов, причем в закалочную жидкость детали должны погружаться вертикально, дабы избежать коробления.

Следом проводится отпуск при достижении температуры для 60С2А – 420 градусов, для 50ХФА – до 450 градусов, для 60С2ХФА – до 470 градусов.

Мелкие и средние витые пружины, для изготовления которых используется патентированная проволока, подвергаются только отпуску. Проводимое изготовителем патентирование – это нагрев до температуры, несколько превышающей интервал превращений. Таким образом металл оказывается хорошо подготовленным к восприятию холодной пластической деформации. Отпуск проводится для исключения внутренних напряжений, появившихся в процессе навивки. Для этого производится нагрев до 200-250 градусов, длительность воздействия такой температурой – 20 минут.

Защита от коррозии

Для защиты от коррозии пружин, которым по условиям эксплуатации предстоит находиться в агрессивных средах, используются различные методы. Самые распространенные из них:

— Хромирование;
— Кадмирование;
— Гальваническое цинкование;
— Химическое оксидирование и промасливанием;
— Лакокрасочное покрытие;
— Полимерное порошковое покрытие.

Целью нанесения любого из них является защита изделия от коррозии и других последствий неблагоприятного воздействия окружающей среды, которое может привести к потере эффективности работы и резкому снижению срока эксплуатации.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРУЖИНЫ ИЗ НИКЕЛИДА ТИТАНА

Кроме того, в качестве оправки используют цилиндрический стержень без пазов.

Кроме того, намотку проволоки осуществляют при постоянной силе натяжения 350-400 Н.

Пример 1

Пример 2

Способ изготовления плоской ленточной пружины из бериллиевой бронзы

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для производства плоских ленточных пружин, в том числе спиральных, с заданной геометрией из бериллиевой бронзы (БрБ2; БрБ2,5; БрБНТ1,7; БрБНТ1,9).

Сплавы из бериллиевой бронзы в закаленном (мягком) состоянии обладают хорошей пластичностью и технологичностью, а также высокими механическими свойствами в термообработанном (состаренном) состоянии. Дополнительного повышения уровня механических свойств можно добиться пластической деформацией перед старением (старение из твердого состояния).

Известен способ изготовления плоской спиральной пружины, где ленточную заготовку закрепляют на оправке одним концом и, поворачивая оправку, изгибают. Затем закрепляют на оправке другой конец и закручивают повторно, оставляя размещение зон растяжения и сжатия неизменным. Напряжения в витках пружины приближаются к постоянной величине. Авторское свидетельство СССР №1637903, МПК B21D 11/00, 30.03.1991. Недостатком способа является нестабильность геометрии готовых пружин (большой угловой разброс у концов) от партии к партии из-за наличия внутренних напряжений, возникающих при навивке.

Известен способ термической обработки контактных пружин из бериллиевой бронзы, включающий термическую обработку в оправке, в качестве оправки используют стальную пластину с вырезанными пазами по размерам пружин, а термическую обработку (старение) проводят при 300-400°С с последующим охлаждением. Патент №2048593, МПК C22F 1/08, 20.11.1995. При данном способе получения пружин необходима предварительная гибка (формовка) заготовки в приспособлении по размерам паза, что, в случае сложной геометрии пружины, делает его трудоемким. Вместе с тем предварительная гибка заготовки (в мягком состоянии в меньшей степени, в твердом — в большей) привносит в материал внутренние напряжения, которые после старения изменяют размер пружины. Окончательная геометрия пружины будет отличаться от геометрии паза. В результате недостатками прототипа являются большая трудоемкость и несоответствие геометрии полученной пружины заданной. Особенно данные недостатки проявляются у пружин со сложной геометрией, например у спиральных.

Техническим результатом является получение плоской пружины с заданной геометрией, в материале которой отсутствуют внутренние напряжения, и уменьшение трудозатрат на изготовление.

Технический результат достигается тем, что при реализации способа изготовления плоской ленточной пружины из бериллиевой бронзы ленту-заготовку укладывают в паз металлической пластины, в которой осуществляют процесс закалки ленты-заготовки путем выдержки при температуре 760-790°С в течение 10-30 минут с резким охлаждением и старение при температуре 300-400°С в течение 3,5 часов с последующим охлаждением, при этом паз в металлической пластине выполняют с шириной на 5-10% больше толщины ленты-заготовки и с формой, обеспечивающей формирование в нем пружины с заданной геометрией.

Сущность способа поясняется на фиг. 1 и фиг. 2.

На фиг. 1 представлена металлическая пластина 1 со спиральным пазом 2, в который уложена лента-заготовка 3; в данном случае паз выполнен в виде спирали Архимеда. Паз возможно выполнять в форме спирали, описываемой любым уравнением. При необходимости изгибы концов пружины формируют в прорези 4 металлической пластины 1.

На фиг. 2 представлена фотография металлической пластины 1 с уложенной в нее лентой-заготовкой 3.

Способ осуществляется следующим образом.

Ленту-заготовку 3 укладывают в спиральный паз 2 металлической пластины 1. Предварительно на прорези 4 формируется внутренний конец пружины. Экспериментально установлено, что ширина паза 2 должна быть больше толщины ленты на 5-10%. Это позволяет плотно зафиксировать ленту-заготовку 3 в пазу для сохранения ее размеров при термообработке и не вызывает трудностей при укладке. Толщина металлической пластины 1 равна ширине ленты-заготовки 3.

В процессе укладки ленты-заготовки 3 в паз 2 в ней возникают внутренние напряжения, и происходит ее пластическая деформация. Проведение процесса старения на данном этапе даст существенное искажение геометрии пружины после ее извлечения из паза 2. Поэтому для снятия внутренних напряжений проводят закалку ленты-заготовки 3 в металлической пластине 1: выдерживают при температуре 760-790°С в течение 10-30 минут и резко охлаждают. Для качественной закалки необходимо, чтобы металлическая пластина 1 имела минимальные габариты.

Далее проводят процесс старения ленты в пластине с выдержкой в течение 3,5 часов при температуре 300-400°С с последующим охлаждением.

Извлеченная из пластины пружина имеет геометрию, повторяющую геометрию паза. В материале пружины отсутствуют внутренние напряжения.

Изобретение позволяет получить плоские спиральные пружины с высокими механическими и упругими свойствами и заданной геометрией.

Предлагаемым способом возможно получать плоские пружины любой геометрии.

Примеры реализации способа.

Пример 1. Ленту 0,35 ДПРНМ БрБ2 ГОСТ 1789-70 укладывают в спиральный паз металлической пластины (см. фиг. 2). Паз выполнен в виде спирали Архимеда. Ширина паза 0,38 мм. Проводят закалку: нагревают ленту в пластине в защитной атмосфере аргона до температуры 780°С, выдерживают в течение 20 минут и резко охлаждают в воде. Далее проводят процесс старения ленты в пластине с выдержкой в течение 3,5 часов в вакуумной печи при температуре 315°С с последующим охлаждением до 150°С в вакууме, далее на воздухе.

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1. В качестве исходного материала используют Ленту 0,5 ДПРНТ БрБНТ1,9 ГОСТ 1789-70. Паз выполнен в виде гиперболической спирали. Ширина паза 0,55 мм. Выдержка при закалке 30 минут.

Пример 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1. В качестве исходного материала используют Ленту 0,3 ДПРНМ БрБ2,5 ГОСТ 1789-70, докатанную до толщины 0,26 мм. Паз выполнен в виде логарифмической спирали. Ширина паза 0,28 мм. Выдержка при закалке 15 минут.

Способ изготовления плоской ленточной пружины из бериллиевой бронзы, характеризующийся тем, что ленту-заготовку укладывают в паз металлической пластины, в которой осуществляют процесс закалки ленты-заготовки путем выдержки при температуре 760-790°С в течение 10-30 минут с резким охлаждением и старение при температуре 300-400°С в течение 3,5 часов с последующим охлаждением, при этом паз в металлической пластине выполняют с шириной на 5-10% больше толщины ленты-заготовки и с формой, обеспечивающей формирование в нем пружины с заданной геометрией.

Taylor Guitars: революция в креплении гитарных пружин

V-образное крепление пружин

Пружины – это тонкие пластинки, которые клеятся на внутреннюю поверхность верхней деки и выполняют две важные функции. Во-первых, они предотвращают деформацию деки под натяжением струн. А, во-вторых, влияют на ее резонансные свойства. До настоящего времени для крепления пружин использовали Х-образную систему, которая была компромиссным решением, но не совершенным.

Инновационное V-образное крепление пружин, изобретенное Taylor Guitars, в отличие от обычного X-образного, позволило получить звук нового уровня по сравнению с традиционным: он стал более громким, продолжительным и гармоничным.

Новое изобретение для решения старой проблемы

Несмотря на то, что традиционная X-образная система крепления прошла испытание временем (около века), ее использование всегда оборачивалось компромиссом между двумя важнейшими свойствами – громкостью и сустейном. Для первой важна гибкость деки, для второго – ее жесткость. В результате, стремление улучшить один из параметров неизбежно и негативно сказывалось на втором, то есть соблюдение баланса между ними выходило на первый план.

V-образное крепление пружин меняет буквально все: дека акустической гитары теперь может быть одновременно и жесткой и гибкой, что увеличивает и громкость и сустейн. Бонусом к этому улучшается и интонация гитары.

Как это происходит?

V-образная система крепления пружин помогает улучшить качество звука в разы

Громче звук

Благодаря новому способу крепления пружин колебательные движения по всей площади деки становятся более последовательными, что, в свою очередь, делает звук более громким.

Дольше сустейн

V-образная система крепления пружин поддерживает жесткость в центре деки по направлению к струнам. В результате струны вибрируют лучше, а производимые ноты резонируют дольше.

Лучше интонация

V-образный способ крепления позволяет деке и вибрирующим струнам оставаться «на одной волне», поэтому ноты и аккорды и композиции в целом звучат более гармонично.

Что вы думаете о новой V-образной системе крепления пружин? Завоюет ли она признание профессионалов? Хотите попробовать сами?

Развитие и защита источника

Источник образуется, когда естественное давление заставляет грунтовые воды подниматься над поверхностью земли. Это может произойти в отдельной точке или на большой площади просачивания. Источники иногда используются в качестве источников воды и могут быть надежным и относительно недорогим источником питьевой воды, если их правильно развивать и содержать.

Подготовка к весеннему развитию

Поскольку источники обычно питаются неглубокими грунтовыми водами, количество воды может быть проблемой в определенное время года.По возможности, расход воды в вашем источнике следует контролировать в течение всего года, но наиболее важно измерять расход в конце лета и осенью, когда уровень грунтовых вод и весенний сток обычно самые низкие. Источники, используемые для снабжения питьевой водой, должны обеспечивать производительность не менее 2 галлонов в минуту в течение всего года, если не планируется использовать хранилище воды. Количество воды, которое вам понадобится из источника, полностью зависит от ежедневных потребностей вашего домохозяйства в воде. Потребности в воде для отдельного дома различаются в зависимости от использования воды, накопления воды и водосберегающих устройств в доме.Однако среднему дому требуется от 50 до 75 галлонов воды в день на человека. Чтобы определить потребности вашего домохозяйства в воде, ознакомьтесь с Water Facts # 2: Water System Planning — Оценка потребностей в воде, размещенным на веб-сайте Penn State Extension Water Quality.

Скорость потока пружины можно проверить, выкопав ведро емкостью 5 галлонов в наклон пружины и позволив воде стечь в ведро. Определите скорость потока, подсчитав, сколько времени нужно, чтобы вода наполнила ведро.Получите контейнер для сбора образцов в сертифицированной лаборатории водоснабжения и отправьте образец родниковой воды в лабораторию для проверки качества воды. Список лабораторий доступен на веб-сайте Департамента качества воды штата Пенсильвания или в местном отделении поддержки округа. Вы можете приступить к разработке своей пружины, как только определите, что количество и качество приемлемы.

Spring Development

Источник можно превратить в источник питьевой воды, собирая сброшенную воду с помощью плитки или трубы и направляя воду в какой-либо тип резервуара для хранения санитарной воды.

Защищать родник от поверхностного загрязнения необходимо на всех этапах развития весны. Пружины могут быть изготовлены двумя разными способами, и выбранный вами метод будет зависеть от того, будет ли это концентрированная пружина или фильтрующая пружина. Общие процедуры весеннего развития описаны на следующих страницах. Некоторые из методов весеннего развития, описанные в этом информационном бюллетене, адаптированы из публикации Службы планирования Среднего Запада под названием «Справочник по частным водным системам» (MWPS-14).

Процедуры весеннего освоения: сконцентрированные источники

Концентрированный источник обычно возникает, когда грунтовые воды выходят из одного определенного разряда на поверхности земли. Концентрированные источники видны и часто встречаются на склонах холмов, где грунтовые воды выталкиваются через отверстия в трещиноватой коренной породе. Этот тип пружины относительно легко разработать (см. Рисунок 1) и обычно менее загрязнен, чем другие типы пружин.

Рисунок 1. Развитие концентрированной пружины.(По материалам «Защита колодцев и источников от бактериального заражения», Департамент сельскохозяйственной и биологической инженерии, Государственный университет Пенсильвании.)

Шаги по созданию концентрированного источника

Выкопайте землю вверх по склону от источника весеннего стока до тех пор, пока не потечет трехфутовая вода. .
Установите каменный пласт для образования перехватывающего коллектора.
Постройте сборную стену из бетона или пластика с уклоном вниз от источника.
Установите трубу в нижней части сборной стены, чтобы направить воду из водосборного резервуара в бетонный или пластиковый пружинный ящик.( Примечание: проблемы с родниковым потоком могут возникнуть, если воде позволить скопиться за стену. )
Удалите потенциальные источники загрязнения и отведите поверхностную воду от родниковой коробки или зоны сбора.
Альтернативные типы перехватывающих резервуаров и перегородок могут быть построены, как показано на Рисунке 2 на следующей странице.

Рис. 2. Альтернативная система сбора и вид в разрезе концентрированной пружины. (По материалам «Защита колодцев и источников от бактериального заражения», Департамент сельскохозяйственной и биологической инженерии, Государственный университет Пенсильвании.)

Концентрированные источники в равнинных районах

Некоторые концентрированные источники берут начало в долинах или равнинных районах. Источник, который образуется в низинах, может быть очень трудно защитить от бактериального заражения, поскольку поверхностные воды будут стремиться течь в эти долины. По этой причине очень важно, чтобы вода, собираемая на этих территориях, регулярно проверялась и, при необходимости, подвергалась дезинфекции. Чтобы создать низинный источник, выполните шаги, описанные выше для создания концентрированного источника, но сборная стенка может не понадобиться.

Процедуры весенней разработки: источники водоотвода

Источники стока возникают, когда неглубокие грунтовые воды просачиваются или «просачиваются» из земли на большой площади и не имеют определенной точки сброса. Этот тип весны обычно возникает, когда слой непроницаемой почвы перенаправляет грунтовые воды на поверхность. Пружины отвода могут быть трудно развить (см. Рисунок 3). Они также очень восприимчивы к загрязнению из поверхностных источников, и перед разработкой их необходимо контролировать, чтобы гарантировать, что они будут надежным источником воды в течение всего года.У фильтрующих пружин поток часто ниже, что делает их менее надежными.

Рисунок 3. Весеннее развитие в зоне слива. Примечание: траншея должна иметь ширину 18-24 дюйма, выходить на 6 дюймов в непроницаемый слой (но не через него) и выходить на 4-6 футов за зону просачивания с каждой стороны. (По материалам «Защита колодцев и родников от бактериального заражения». , Департамент сельскохозяйственной и биологической инженерии, Государственный университет Пенсильвании.)

Этапы создания водоотводящего источника (подробности см. На Рисунке 3)

Выкопайте испытательные ямы на подъеме от просачивания, пока не найдете точку, где непроницаемый слой равен 3 ноги под землей.
Создайте траншею шириной примерно от 18 до 24 дюймов на склоне. Траншея должна быть расширена на 6 дюймов в непроницаемый слой (ниже водоносного слоя) и должна выходить на 4-6 футов за пределы области фильтрации. Установите 4 дюйма собирающей плитки и окружите плитку гравием.
Установка сборной стены поможет предотвратить утечку воды из сборной плитки. Эта сборная стена должна быть построена из бетона от 4 до 6 дюймов.
Сборная плитка должна быть подключена к 4-дюймовой трубе, ведущей к пружинной коробке.Вход в коробку должен быть ниже отметки коллекторной плитки.
Удалите потенциальные источники загрязнения и отведите поверхностную воду от источника или зоны сбора.

Процедуры разработки пружины: рекомендации по пружинной коробке

Пружинная коробка — это водонепроницаемая конструкция, построенная вокруг вашей пружины для изоляции ее от стоков с загрязненной поверхности. Очень важно, чтобы этот бокс был построен правильно, чтобы гарантировать, что поверхностная вода, насекомые или мелкие животные не могут проникнуть в конструкцию.При правильной конструкции он может обеспечить резервное хранилище в ситуации, когда скорость потока пружины ниже нормы. Важно, чтобы вода с поверхности не попадала в родник, а животные должны быть ограждены от водослива источника. Все действия следует проводить на расстоянии не менее 100 футов от пружинного ящика.

Рисунок 4. Пример пружинной коробки.

Размер пружинного ящика зависит от объема необходимого хранилища. Ящик должен иметь глубину не менее 4 футов и возвышаться над землей не менее чем на 1 фут.
Большинство пружинных ящиков изготовлено из бетона.
Правильно сконструированная пружинная коробка будет иметь водонепроницаемую крышку, которая будет соответствовать крышке коробки для обуви. Это предотвратит попадание насекомых, животных и поверхностных вод в источник.
Создайте как переливную, так и выпускную трубу. Сливная установка позволит периодически чистить ящик.

Рисунок 5. Конструкция пружинной коробки.

Правильное обращение с пружинами

Удаление источников загрязнения

Независимо от того, какой тип пружины вы разработали, очень важно удалить потенциальные источники загрязнения из области дренажа пружины (области, расположенной вверх по наклону от точки сброса пружины).Поверхностные воды, стекающие в эту зону, должны быть перенаправлены, и все действия должны быть ограничены в пределах дренажной зоны. Если присутствует домашний скот, следует использовать заборы, чтобы животные не загрязняли питьевую воду.

Проверка и дезинфекция воды

После того, как родник развернут и близлежащие источники загрязнения устранены, важно продезинфицировать всю водную систему, а затем отправить образец воды в сертифицированную государством лабораторию по испытанию воды для анализа качества воды.Если анализ воды указывает на бактериальное загрязнение, проверьте место подачи воды и конструкцию системы на предмет потенциальных путей загрязнения. Если можно внести улучшения, систему следует подвергнуть шоковому хлорированию. Через две недели вода должна быть повторно проверена государственной сертифицированной лабораторией по тестированию воды. Если вода снова дает положительный результат на бактериальное загрязнение, владелец может найти новый источник воды или установить систему непрерывной дезинфекции, например, ультрафиолетовое излучение.Большинство источников, используемых для питьевой воды, потребуют некоторой системы непрерывной дезинфекции, чтобы убедиться, что вода безопасна для употребления. Для получения дополнительной информации об очистке водоснабжения с помощью бактерий группы кишечной палочки см. «Water Facts # 13: Coliform Bacteria in Drinking Water and Water Facts # 14: Shock Chlorination of Wells and Springs», которые доступны на веб-сайте Penn State Extension Water Quality.

Питьевая вода из придорожных источников

В Пенсильвании сельские жители нередко используют придорожные источники для питья.Однако важно понимать, что придорожные источники так же уязвимы для бактериального заражения, как и другие частные источники. Фактически, многие придорожные источники, расположенные на общественной территории, могут уже пройти дезинфекцию, чтобы гарантировать безопасность источника для употребления в пищу. Любой придорожный источник, который используется в качестве источника питьевой воды, следует проверить на наличие общих колиформных бактерий. Эти источники следует использовать в качестве источника питьевой воды только в том случае, если они протестированы и не содержат бактерий.Когда дело доходит до здоровья и безопасности вашей семьи, никогда не предполагайте, что водопровод безопасен для питья.

Дополнительная информация

Для получения дополнительной информации об управлении всеми типами частных систем водоснабжения обратитесь в местное отделение расширения штата Пенсильвания или посетите веб-сайт отдела по обеспечению качества воды при расширении штата Пенсильвания.

Подготовила Стефани С. Клеменс, научный сотрудник; Брайан Р. Суисток, старший консультант; и Уильям Э. Шарп, профессор лесной гидрологии.

Типы пружин — Руководство по покупке Thomas

Пружины — это механические устройства, которые тянут, толкают, заводят, поддерживают, поднимают или защищают. Они используются в основном в механических сборках для обеспечения силы — сжатия, растяжения или кручения — где их можно использовать для подъема клапанов двигателя, открытия штампов или удержания батарей на месте, и это лишь несколько примеров. Пружины обычно наматываются из проволоки, но могут быть изготовлены из прочной стали, выполнены в виде цилиндров, сформированы в виде мешков, штампованы из стали или собраны из других пружин.Обычные проволочные пружины демонстрируют силу, величина которой линейно увеличивается по мере того, как пружина толкается, тянется или скручивается. Такое линейное поведение по отношению к расстоянию смещения известно как движение по закону Гука. Пружины часто изготавливаются на заказ с использованием специальных машин для намотки проволоки, которые могут наматывать проволоку через определенное количество витков на определенную длину для получения необходимой постоянной силы для конкретного применения.

Чтобы просмотреть краткий видеообзор типов пружин, описанных в этой статье, просмотрите это видео ниже:

Различные типы пружин и их характеристики

Доступно множество типов пружин, выбор которых зависит от силы или крутящего момента, необходимых для применения и условий эксплуатации.К наиболее распространенным типам пружин относятся:

Пружины сжатия

Пружины сжатия представляют собой спирально свернутую проволоку, предназначенную для создания противодействующей силы при сжатии. При увеличивающейся нагрузке пространство между витками закрывается до достижения сжатой длины пружины, когда витки соприкасаются. Основные характеристики включают жесткость пружины, тип спирали, тип концов пружины, диаметр проволоки, материал, различные диаметры и свободную длину. Пружины сжатия используются в основном в производственных приложениях, где между компонентами требуется переменное и противодействующее усилие.Концы могут быть открытыми (оставленными как обрезанные) или закрытыми (когда последняя катушка прижата к соседней катушке, чтобы получить более квадратный конец относительно оси). Выравнивание концов может быть достигнуто также шлифованием поверхности последнего витка. Пружины сжатия, которые обычно изготавливаются из проволоки, также могут быть обработаны для особо сложных применений. Пружины сжатия часто заводятся на заказ, но доступны в стандартных размерах, а также в виде наборов.

Это пример пружины сжатия.

Изображение предоставлено: Southern Spring & Stamping

Пружины растяжения

Пружины растяжения представляют собой спирально свернутую проволоку, предназначенную для создания противодействующей силы при растяжении. Основные характеристики включают жесткость пружины, тип спирали, тип концов пружины, диаметр проволоки, материал, а также длину свободного и максимального удлинения. Пружины растяжения используются в основном в производственных приложениях, где между двумя компонентами требуется переменная противодействующая сила. В зависимости от требуемой удерживающей силы доступно множество размеров, жесткости пружины и материалов.Концы обычно имеют форму крючка или петли, а также могут быть изготовлены на заказ. С пружинами растяжения используются разные типы концов пружин, и многие из них стандартизированы для конкретных применений, обычно имеют форму крючка или петли, а также могут быть изготовлены на заказ. Вы можете узнать больше об этих вариантах концов пружины в нашем соответствующем руководстве по типам концов пружин растяжения.

Пружины растяжения

обычно изготавливаются из проволоки и не являются самоограничивающимися: их можно растягивать сверх установленных пределов, и поэтому они ограничены применениями, в которых отказ не является критической проблемой.Пружины растяжения часто наматываются на заказ, но доступны в стандартных размерах, а также в виде наборов.

Пружины кручения

Торсионные пружины представляют собой спиральные или плоские спиральные витки или полосы, используемые для приложения или сопротивления крутящим нагрузкам. Основные характеристики включают жесткость пружины, тип концов пружины, диаметр проволоки, материал и номинальный крутящий момент в известном положении. Пружины кручения используются в основном в производственных приложениях в качестве компонентов для различных устройств управления движением. Они бывают двух основных типов: спиральные (или спиральные) торсионные пружины, похожие по форме на пружины сжатия или растяжения, и действуют в радиальном направлении, создавая крутящий момент, а не в осевом направлении, создавая растяжение или сжатие, и спиральные пружины кручения, намотанные концентрически. спирали обычно из плоской или прямоугольной заготовки.Доступно множество различных типов торсионных пружин с различными приложениями — от часов и часов до средств управления движением в автоматическом оборудовании. Пружины кручения часто наматываются на заказ, но доступны в стандартных размерах, а также в виде наборов.

В нашем соответствующем руководстве по рекомендациям по проектированию торсионных пружин содержится дополнительная информация о передовых методах, которые следует учитывать при проектировании торсионных пружин.

Пружины постоянного усилия

Часы оснащены часовыми пружинами или пружинами постоянного усилия.Пружины постоянной силы представляют собой плотно намотанные стальные ленты, напоминающие рулон ленты. Нагрузка заставляет пружину сжиматься, и когда она снимается, пружина отскакивает с постоянной силой. Пружины постоянного усилия также используются в заводных игрушках и аналогичных устройствах.

Бельвиль-Спрингс

Пружины или шайбы

Belleville напоминают слегка сужающийся диск и по этой причине также известны как тарельчатые пружины. Они используются вместе с крепежными деталями, такими как болты, для предварительного натяжения.Обычно болт вставляется в пружину Бельвилля, а затем прикрепляется к подложке. Пружины Belleville доступны в различных вариантах материалов, включая нержавеющую сталь 17-7 PH, нержавеющую сталь 301, бериллиево-медь, h23, Inconel ^®, фосфорную бронзу, покрытие ZC и покрытие ZY.

Пружины дышла

Пружины дышла представляют собой спиральные пружины сжатия, содержащие U-образную проволочную форму, вставленную для использования в приложениях расширения. Пружина дышла сочетает в себе приложение растяжения пружины растяжения с функцией принудительного упора пружины сжатия.Основные характеристики включают свободную длину, максимальный прогиб пружины и диаметр проволоки. Пружины дышла используются в основном в тех случаях, когда требуется пружина, создающая растяжение, где также требуется самоограничивающаяся функция пружин сжатия. Типичное использование пружины дышла — поддержка качелей крыльца, где пружина не может быть нагружена после точки отказа из-за самоограничивающего свойства пружины сжатия.

Спиральная пружина

Спиральные пружины — это плоские металлические полоски, скрученные вместе в спиральные спирали, которые обычно используются при сжатии.Основные характеристики включают предполагаемое применение, диаметр, ход, материал и тип концевого крепления. Спиральные пружины используются в основном в приложениях, где требуется пружина сжатия, имеющая длительный усталостный ресурс или высокую повторяемость усилия пружины. Они бывают разных размеров в зависимости от приложения и требуемого усилия, а также материалов. Некоторые спиральные пружины односторонние, а другие — двойные. Легко узнаваемое использование спиральной пружины — это пружина сжатия, которую можно найти в высококачественных кусачках для ногтей или секаторах.

Пружины с подвязками

Пружины с подвязками — это спиральные пружины, концы которых соединены для образования круговых пружин, которые используются для создания радиальной силы в компонентах, которые могут содержать переменную нагрузку. Пружины с подвязками обычно используются в гидравлических, пневматических и радиальных уплотнениях вала, где они создают небольшое внутреннее усилие на уплотнительных кромках.

Плоские пружины

Плоские пружины — это полосы или стержни из металла или их сборки, которые сформированы для создания повторяемой противодействующей силы при сжатии или смещении и используются для позиционирования или контакта.Основные характеристики включают предполагаемое применение, тип плоской пружины и тип концов пружины. Плоские пружины используются в основном в приложениях, где требуется повторяемая противодействующая сила для управления движением или нагрузкой путем установления контакта и приложения силы. Они доступны в различных размерах, типах, материалах, а также типах крепления или формах. Некоторыми легко узнаваемыми примерами плоских пружин являются плоские контакты аккумуляторной батареи, листовые рессоры транспортных средств и противовесы в раздвижных оконных стеклах.

Газовые пружины

Газовые пружины — это механические устройства, состоящие из цилиндра и стержня, которые используют давление предварительной заправки азота или других инертных газов для создания силового смещения на поршне или штоке.Ключевые характеристики включают предполагаемое применение, ход, длину в сжатом состоянии, увеличенную длину, усилие, а также характеристики. Газовые пружины используются в основном в автомобильной промышленности для подъема и / или опускания капотов или люков. Они доступны в различных размерах и длине хода в зависимости от области применения и требований к нагрузке. Другие применения включают использование на офисных стульях для регулировки высоты сиденья.

Пневматические рессоры

Пневматические рессоры представляют собой устройства сильфонного или баллонного типа, находящиеся под давлением воздуха, различных форм и размеров и используемые для обеспечения срабатывания, амортизации и виброизоляции.Основные характеристики включают предполагаемое применение, тип, стиль, физические размеры, тип монтажа, а также характеристики. Пневматические рессоры используются в основном в машинах, таких как подвески транспортных средств для амортизации и в качестве опор машин для виброизоляции. Они доступны в различных типах и размерах в зависимости от требований к нагрузке и области применения. Другие применения включают подъем, сжатие, наклон и т. Д. Пневматические пружины, используемые для виброизоляции, также известны как воздушные подушки.

Другие пружины

Пружины, собранные в компоненты для определенных применений, называются пружинными узлами. Пружины, используемые для защиты гидравлических линий, называются защитными спиральными пружинами. В гидравлических пружинах используется специальная гидравлическая жидкость в системах с очень коротким ходом, и они используются в штампованных пружинах. Коробчатые пружины поддерживают матрасы кровати.

Приложения и отрасли

Пружины сжатия используются больше, чем пружины растяжения в критических приложениях из-за их самоограничивающихся свойств.Пружина сжатия не может быть выдвинута за предел ее разрыва, в то время как пружина растяжения может быть легко перегружена до точки отказа. Но во многих ситуациях пружины растяжения подходят, потому что сама установка ограничивает диапазон их хода. Рассмотрим множество пружин растяжения, используемых в автомобильных барабанных тормозах, что, безусловно, является критически важным применением.

Пружины сжатия могут быть изготовлены в различных формах помимо стандартной прямой спирали, включая конические, цилиндрические и песочные формы, которые используются в специальных приложениях.Пружины сжатия, хотя обычно изготавливаются из проволоки круглого сечения, также могут быть изготовлены из проволоки квадратного или прямоугольного сечения. Они также могут быть изготовлены не только круглой формы, но и прямоугольной. Пружины растяжения также могут быть выполнены во многих формах, помимо основной спиральной круглой проволоки.

Как для пружин сжатия, так и для пружин растяжения важно учитывать их концы. Винтовые пружины часто используются с седлами, и плоская шлифовка концов позволяет им полностью войти в седло. Это особенно верно в отношении пружин для тяжелых условий эксплуатации, таких как те, которые используются в клапанных механизмах двигателя.Пружины сжатия, используемые для более легких условий эксплуатации, часто просто изготавливаются с одиночными дополнительными петлями на концах, которые лежат плоско по сравнению со спиралями пружины. Пружины растяжения доступны со многими разновидностями крючков и петель на концах, которые служат в качестве крепления к стойкам, отверстиям и т. Д. Часто при перегрузке пружина ломается на крюке, а не на катушке.

Материалы для винтовых пружин варьируются от музыкальной проволоки до любого количества сплавов пружинной стали. Некоторые материалы обладают хорошей коррозионной стойкостью, релаксационной стойкостью, электропроводностью и т. Д.Обычно винтовые пружины снимают напряжение после формования для снятия любых остаточных напряжений, возникающих в процессе производства. Для более полного обсуждения различных материалов, используемых при производстве пружин, см. Соответствующее руководство по типам пружинных материалов.

Пружины кручения похожи на пружины сжатия и растяжения, но вместо приложения силы через продольную ось применяют радиальную силу, противоположную направлению намотки спирали. Применяются те же материальные требования к пружинам сжатия и растяжения.Еще одно соображение — концы, но у торсионных пружин концы обычно выходят из корпуса пружины, где они образуют плечи рычага. Ориентация этих рычагов относительно друг друга является предметом рассмотрения, а другая — ручкой пружины. Торсионные пружины, намотанные в виде концентрических спиралей из плоской заготовки, иногда называют пружинными двигателями из-за их использования в механических часах, заводных игрушках и т. Д.

Тяговое дышло, спиральная часть и подвязки зависят от механизма винтовой пружины.Плоские пружины иногда называют листовыми рессорами и часто изготавливаются по индивидуальному заказу из плоской пружинной стали для определенных целей. Многие грузовики и некоторые автомобили используют в качестве подвески листовые рессоры.

Газовые и пневматические пружины несколько отличаются по способам приведения в действие, чем большинство механических пружин, обсуждаемых здесь. Вместо того, чтобы полагаться на скручивание отрезка прямого или спирального металла, в газовых и пневматических пружинах используется сжатый газ для создания пружинного эффекта.

Производство пружин — это в значительной степени бизнес по индивидуальному заказу, поскольку большинство производителей могут изготавливать любую пружину по вашему желанию в зависимости от ряда спецификаций, включая диаметр проволоки, количество витков, диаметр витка и т. Д.Ряд производителей публикует каталоги своих стандартных пружин, которые охватывают широкий диапазон выбора в дискретном интервале размеров и размеров.

Соображения

Жесткость пружины является основным фактором при выборе пружин сжатия и растяжения. Сокращенно «k» жесткость пружины — это сила сжатия или растяжения на единицу длины. Некоторые производители группируют свои стандартные пружины в соответствии с жесткостью пружины, называя пружины с низкой жесткостью пружины «легкими» или аналогичными, чтобы отразить их приложение к низким усилиям, требуемым приборами и т. Д.Пружины, предназначенные для применения с высокими усилиями, например, в штампах, могут быть сгруппированы как «сверхмощные» или их можно просто назвать пружинами штампа. Чтобы узнать больше о том, как работают пружины, и о физике пружин, см. Соответствующее руководство «Как создаются пружины».

Пружины сжатия часто устанавливаются в отверстия или на валы, или на то и другое, и их размер должен быть таким, чтобы они работали без заедания в таких ситуациях. Пружины растяжения обычно таким образом не ограничиваются.

Пружина сжатия также будет иметь свободную длину и твердую длину в зависимости от количества витков, диаметра проволоки и типа концов.

Пружины растяжения будут иметь свободную длину, измеряемую по размеру витков и концов. Как правило, они рассчитаны на максимальную нагрузку, чтобы избежать чрезмерного растяжения и, как следствие, поломки.

Торсионные пружины определяют ориентацию двух опор, и они обычно доступны с шагом 90 градусов углового разделения. Рука является критическим фактором, так как торсионная пружина должна закручиваться под действием нагрузки.

Важные атрибуты

Пружина

Жесткость пружины обычно постоянна для стандартных винтовых пружин и представляет собой силу, которую пружина будет прилагать для каждого приращения длины сжатия (или растяжения), и обычно указывается в фунтах.на дюйм. Регулировка пружины может быть изменена с помощью специальных конструкций.

Пружинные концы Тип

Пружины сжатия могут быть оставлены открытыми, то есть спираль пружины продолжается до конца витков, но обычно они так или иначе обработаны, чтобы обеспечить полные витки для посадки пружин. У пружин небольшого калибра концы обычно закрыты и не затянуты. Струны более тяжелого калибра обычно закрываются и шлифуются.

Концы пружин растяжения более разнообразны.Наиболее распространенной является, вероятно, перекрестная петля, образованная путем зацикливания концов катушки с одной стороны спирали поперек средней линии пружины к противоположной стороне или рядом с ней. Концы станков — вариант с более выраженными углами выхода из спирали. Боковые петли похожи на петли кроссовера, но исходят из стороны катушки, а не из середины. Удлиненные круглые крючки покидают спираль с участком прямой проволоки перед формированием петель. Удлиненные квадратные крючки делают то же самое, но заканчиваются квадратными крючками, а не петлями.Опять же, это основные варианты, но дизайнов концов огромное множество. Хотя это не относится к этому атрибуту, концы пружины также могут быть на одной линии, как показано в верхнем левом углу, или напротив, как показано в верхнем правом углу. Вы можете узнать больше об этих вариантах концов пружины в нашем соответствующем руководстве по типам концов пружин растяжения.

Торсионные пружины могут быть в равной степени разнообразны, наиболее популярными из которых являются короткий крюк, петля, прямое смещение и прямое кручение. Названия этих концов могут отличаться от производителя к производителю, но обычно они содержат иллюстрации, помогающие при выборе.

Категории связанных продуктов

Пружинные шайбы — это части систем крепления или центровки, которые прилагают предварительно измеренные силы и могут служить стопорными шайбами или пружинами.

Ресурсы

Прочие изделия Springs

Прочие «виды» изделий

Больше от Machinery, Tools & Supplies

Как работают пружины? | Как пружины хранят энергию?

Как работают пружины? | Как пружины хранят энергию? Реклама

Криса Вудфорда.Последнее изменение: 26 ноября 2020 г.

Если ты такой же, как я, и любишь разбирать вещи на части, пружины — ваш враг. Попробуйте собрать гаджет или машину снова позже, и именно источники часто побеждают вас: где именно они уходят, и как, черт возьми, они снова вписываются? В их большинстве привычной формы, пружины — это закаленные витки металла, которые помогают вещам вернуться в определенное положение, но их также можно использовать для поглощения энергия (как в подвеске автомобиля) или хранить ее в течение длительного времени (как в часах и часах).Вы можете найти пружины во всем, начиная с автоматические дверцы к шариковым ручкам. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Натянутые винтовые пружины из нержавеющей стали на настольной лампе. Винтовые пружины имеют одинаковую базовую форму спирали, но бывают всех размеров, от крошечных, которые вы можете найти в шариковых ручках, до огромных, которые охватывают амортизаторы на автомобилях.

Что такое пружина?

Фотография. Сделайте пружину из бумаги, нарисовав спираль на бумаге или карточке.Затем просто обрежьте линию ножницами. Вы удивитесь, насколько пружинистая эта весна!

Типичная пружина представляет собой туго намотанную катушку или металлическую спираль, которая растягивается, когда вы его тянете (прикладываете силу), и возвращается к своему исходную форму, когда вы отпустите ее снова (уберите силу). В другом Словом, пружина упругая. Я не имею в виду, что он сделан из резины; Я имею ввиду, что у него эластичность : он удлиняется при воздействии стресса, но (при условии вы не растягиваете слишком сильно) возвращается точно к исходной длине когда снимается этот стресс.В зависимости от того, как изготовлена пружина, она может работать и наоборот: если сжать, он сжимает но возвращается к своей исходной длине при снятии толкающей силы.

Пружину можно сделать почти из чего угодно — даже из бумага или апельсиновая корка! Но те пружины, которые мы используем в машинах, работают эффективно только в том случае, если они достаточно жесткие, чтобы выдерживать тянущее усилие, и прочные Достаточно много раз растягивать, не ломаясь. Обычно это означает, что они должны быть изготовлены из таких материалов, как нержавеющая сталь или прочные сплавы, такие как бронза.Некоторые сплавы обладают свойством, называемым памятью формы, что означает, что они естественно упругий. Оправы для очков часто изготавливают из никелевого сплава. титановый сплав с памятью формы под названием нитинол, продается под торговыми марками, такими как Flexon®.

Как работает пружина?

Представьте, что у вас есть кусок прямой стальной проволоки длиной около 10 см (4 дюйма). длинный — что-то вроде развернутой вами длинной скрепки. Если вы потянете это пальцами растянуть его крайне сложно. Свернуть это вокруг карандаша и, приложив немного усилий, вы можете сделать себе небольшой, но идеальный функционирующая пружина.Теперь потяните или надавите на него пальцами, и вы обнаружите, что вы можете растягивать и сжимать его довольно легко.

Фото: Из скрепки легко сделать простую цилиндрическую пружину.

Почему этот некогда упрямый кусок металла внезапно стал настолько отзывчивым? Почему пружина действительно легко растягивается и сжимается, когда один и тот же кусок металл в форме проволоки с самого начала так не хотел менять форму?

Рекламные ссылки

Когда материал находится в исходной форме, растягивая его вовлекает вытягивание атомов из их положения в кристалле металла решетка — а это относительно сложно сделать.Когда вы делаете пружину (как вы обнаружите, если попытаетесь согнуть скрепку), вам нужно работать немного, чтобы придать форму металлу, но это далеко не так сложно. Когда вы сгибаете провод, вы расходуете энергию, и часть этой энергии накапливается в весна; Другими словами, оно предварительно напряжено. Как только пружина сформирована, ее форму легко изменить. немного больше: чем больше витков металла у пружины, тем легче это растягивать или сжимать его. Вам нужно только сдвинуть каждый атом в спиральная пружина на небольшую величину, и вся пружина может растягиваться или выжать на удивительную величину.

Фото. Попробуйте согнуть пружину, изменив ее форму — и вы почувствуете, как силу, которую вы должны использовать, чтобы удержать ее там. Требуется энергия, чтобы деформировать пружину (изменить ее форму): эта энергия сохраняется. весной, и вы сможете использовать его позже.

Пружины

отлично подходят для хранения или поглощения энергии. Когда вы используете толкающая или тянущая сила, чтобы растянуть пружину, вы используете сила на расстоянии, поэтому, с точки зрения физики, вы выполняете работу , и используя энергию. Чем плотнее пружина, тем труднее ее деформировать, больше работы вам нужно сделать, и тем больше энергии вам нужно.Энергия вы не теряете: большая часть хранится в виде потенциальной энергии в весна. Освободите растянутую пружину, и вы сможете использовать ее для работы на ты. Заводя механические часы или часы, вы накапливаете энергию. затягивая пружину. По мере того, как пружина ослабляется, энергия медленно отпущен, чтобы привести в действие шестерни внутри и повернуть руки вокруг циферблат на день и более. Катапульты и арбалеты работают в аналогичным образом, за исключением того, что они используют скрученные резинки для своих пружин вместо катушек и спиралей из металла.

«Зацепился» на рессорах

Работа: Обложка книги Роберта Гука 1678 года «Lectures de Potentia Restitutiva, или весны, объясняющая силу пружинящих тел».

Чем больше вы растягиваете пружину, тем длиннее она становится, тем больше работы вы делаете и тем больше энергии она накапливает.

Если вы потянете обычную пружину вдвое сильнее (с удвоенной силой), она растянется вдвое больше, но только до точки, известной как предел упругости.

В физике это простое описание упругости (как вещи stretch) известен как закон Гука для человека, который его открыл, английского ученого Роберт Гук (1635–1703).

Закон Гука

Вот диаграмма, показывающая закон Гука в действии. Вы можете видеть, что чем больше «нагрузка» вы прикладываете к пружине (чем больше сила, которую вы прикладываете, показано на вертикальной оси), тем больше пружина «расширяется» (показано на горизонтальной оси). Закон Гука гласит, что растяжение (растяжение) пропорционально нагрузке, поэтому нижняя (красная) часть графика представляет собой прямую линию. В этой области пружина эластична: она возвращается в исходное положение. исходный размер, когда вы отпустите.

Однако вы можете видеть, что на графике есть нечто большее, чем это. Если вы продолжаете выходить за пределы синей точки (предел упругости), вы растянете пружину настолько, что она не вернется к своей исходной длине. В этом части графика (показаны желтым и красным), даже небольшое дополнительное усилие может заставить пружину растянуться на много — это почти как лакрица или жевательная резинка. В этой области пружина перестает быть эластичной, а «пластик» (необратимо деформируется).

Подробнее Hooke

Гук был идеальным эрудитом: если не считать его закона упругости, который он Открытый в 1660 году и опубликованный в 1678 году, он больше всего известен как один из главных пионеров микроскопии, но он активно участвовал во многих других областях, от архитектуры и астрономии до изучения памяти и окаменелостей.

Типы пружин

Фото: Листовые рессоры обеспечивают грубую подвеску этого старого вагончика.

Вы можете подумать, что пружина — это пружина, это пружина, но вы бы неправильно! Есть несколько совершенно разных видов. Самый знакомый из них винтовые пружины (например, те, что вы найдете в ручках и тот, который мы сделали выше из скрепки): цилиндры из проволочной обмотки по кругу фиксированного радиуса. Спираль пружины похожи, но спираль становится все меньше по мере того, как вы достигаете центр; наша бумажная пружина является примером.Нежная пружина для волос, которая помогает держать время в часы — еще один пример такой пружины. Пружины кручения работают как резинка в катапульте или резинка, многократно перекрученная между пальцами: правильные сделаны из жестких металлических частей, которые вращаются вокруг своей оси. Листовые пружины представляют собой стопки изогнутых металлических стержней. которые поддерживают колеса легкового или железнодорожного грузовика и наклоняются вверх и вниз, чтобы сгладить неровности и неровности.

Пружины

также различаются по способу противодействия силам или аккумулирования энергии.Некоторые из них предназначены для поглощения энергии и силы, когда вы их сжимаете; их катушки начинаются слегка вытянутыми и сжимаются вместе когда вы прикладываете силу, они называются пружинами сжатия . Обратное происходит с пружинами растяжения (иногда называемыми пружинами растяжения): они начинают сжать и противостоять силам, которые пытаются их растянуть. Торсионные пружины имеют горизонтальные стержни на обоих концах, поэтому они могут противостоять скручиванию. или вращающийся.

Анимация: Пружины сжатия предназначены для поглощения сил за счет сжатия.Пружины растяжения работают противоположным образом, растягиваясь при приложении силы. Пружины кручения имеют на концах параллельные стержни, которые останавливают вращение чего-либо (или возвращают его в исходное положение, если это происходит).

Не все пружины растягивают и сжимают куски металла, пластика или другого материала. твердый материал. Совершенно другая конструкция предполагает использование поршня, который движется назад. и далее в цилиндре с жидкостью (газом, жидкостью, а иногда и тем, и другим), что-то вроде велосипедного насоса, который очень тяжело вдвигаться и выдвигаться.Подробнее об этом читайте в нашей статье о газовые пружины.

Для чего используются пружины?

Фото: Боевая пружина заводной игрушки. Когда вы сворачиваете игрушку, вы сжимаете пружину в гораздо более узкое пространство для хранения энергии, которая отпускается, когда игрушка начинает двигаться.

Откройте шариковую ручку (одну из тех, на которых вы нажимаете кнопку чтобы втянуть мяч), и вы найдете внутри пружину. Посмотрите под автомобиль и там тоже есть пружины, помогающие амортизаторам сгладить неровности дороги.В часах пружины и часы, как мы уже видели. И в машине есть пружина спидометр (по крайней мере, один из старомодных механических). Как только вы начнете отмечать весенние пятна, вы обнаружите, что можете видеть источники везде!

Из каких материалов сделаны пружины?

Фото: Когда весна — это не весна? Многим повседневным вещам нужна «пружина», даже если они не пружины. Например, пластиковый зажим на лацкане этой перьевой ручки может (до некоторой степени) изгибаться, поэтому она надежно лежит в вашем кармане.Это не пружина как таковая, но она была тщательно продумана точно так же.

Пружины обычно изготавливаются из пружинных сталей , которые представляют собой сплавы на основе железо, с небольшое количество углерода (около 0,6–0,7 процента), кремния (0,2–0,8 процента), марганца (0,6–1 процент) и хром (0,5–0,8%). Точный состав пружинной стали зависит от желаемых свойств, которые включают: нагрузки, которые он должен выдержать, сколько циклов напряжений и деформаций он будет выдерживать, температуры, при которых он должен работать, должен ли он выдерживать нагрев или коррозию, насколько хорошо он должен проводить электричество, насколько «пластичным» (легко придавать форму) он должен быть во время первоначального изготовления и формования и так далее.Как правило, пружины изготавливаются из сталей со средним или высоким содержанием углерода (что означает небольшое количество углерода в общей смеси, но больше, чем в других видах стали). Обычно их подвергают термообработке, например, отпуску, чтобы убедиться, что они прочные и выдерживают множество циклов напряжений и деформаций — другими словами, так что вы можете растягивать или сжимать их много раз, не ломая их. Пружины обычно выходят из строя из-за усталости металла , что означает, что они внезапно трескаются после многократного перемещения вперед и назад.На микроскопическом уровне никакая пружина не является по-настоящему эластичной: каждый раз, когда она проходит цикл растяжения (растяжение или сжатие с последующим возвращением к исходному размеру), ее внутренняя структура изменяется очень незначительно, и внутри могут образовываться и расти крошечные «микротрещины». Это. В какой-то момент в будущем она точно выйдет из строя: пружина сломается, когда трещина станет достаточно большой. Материаловедение учит нас, что способ изготовления пружин очень важен для их долговечности. Например, если вы не используете правильную температуру закалки при производстве стали, вы получите более слабую сталь — и более слабую пружину, которая, вероятно, быстрее сломается.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

Книги

Для младших читателей

Изготовление машин с пружинами Криса Окслейда. Raintree, 2015. 32-страничное практическое введение для учащихся 2–4 классов и детей в возрасте 7–9 лет.
Магниты и пружины Кэрол Баллард. Hachette, 2014. 32-страничное руководство (2–4 классы, 7–9 лет). Вы можете задаться вопросом, почему магниты и пружины закрыты вместе; именно так этому учат некоторые научные программы.
Спрингс Анджелы Ройстон. Heinemann / Raintree, 2003. Для младших читателей (2–4 классы, 7–9 лет).

Для читателей постарше

Материалы для пружин Ямада. Springer, 2007. Описывает качества, необходимые для различных типов пружин и различных металлов, сплавов и других материалов (пластмасс, композитов, керамики и т. Д.), Используемых для их изготовления. Для профессиональных инженеров и студентов инженерных специальностей.
«Выбор материалов в механическом проектировании» Майкла Ф.Эшби. Баттерворт-Хайнеманн, 2016. Хорошее введение в идею использования материаловедения в инженерии.

Патенты

Патент США 3 468 527: Винтовая пружина Гленна Мэзера, North American Rockwell / Boeing, 1968. Интересное техническое понимание того, как устроены винтовые пружины.
Патент США 3 062 526: Подвеска на листовых рессорах, автор John A. Roehrig, 1962. Типичная рессорная подвеска, которая автоматически регулируется в зависимости от веса транспортного средства.
Патент США 3468527: Боковая пружина для часов A.N. Gauthier, 1894. Описывает механизм накопления энергии заводной часовой пружиной.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Flexon является зарегистрированным товарным знаком компании Marchon Eyewear, Inc.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис. (2010/2020) Пружины. Получено с https: // www.exploainthatstuff.com/how-springs-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Источники и круговорот воды

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о подземных водах • Темы о поверхностных водах • Круговорот воды •

Компоненты круговорота воды »Атмосфера · Конденсация · Испарение · Эвапотранспирация · Пресноводные озера и реки · Поток подземных вод · Накопление подземных вод · Проникновение Океаны · Осадки · Таяние снегов · Источники · Ручьи · Сублимация · Поверхностный сток

Что такое пружина?

Родник — это водный ресурс, образующийся, когда склон холма, дно долины или другой выемки пересекает текущий объем грунтовых вод на уровне или ниже местного уровня грунтовых вод, ниже которого подземный материал насыщен водой.Источник является результатом заполнения водоносного горизонта до такой степени, что вода перетекает на поверхность земли. Их размер варьируется от прерывистых просачиваний, которые вытекают только после сильного дождя, до огромных бассейнов, текущих ежедневно в сотни миллионов галлонов.

Однако источники
не ограничиваются поверхностью Земли. Недавно ученые обнаружили горячие источники на глубине до 2,5 км в океанах , как правило, вдоль межокеанских рифтов (раскидистых хребтов). Горячая вода (более 300 градусов по Цельсию), поступающая из этих источников, также богата минералами и серой, что создает уникальную экосистему, в которой, кажется, процветает необычная и экзотическая морская жизнь.
Рейнбоу Спрингс, Флорида, США
Родник — это водный ресурс, образующийся, когда склон холма, дно долины или другой выемки пересекает текущий объем грунтовых вод на уровне или ниже местного уровня грунтовых вод, ниже которого подземный материал насыщен водой. Источник — это результат заполнения водоносного горизонта до такой степени, что вода переливается на поверхность земли. Их размер варьируется от прерывистых просачиваний, которые вытекают только после сильного дождя, до огромных бассейнов, текущих ежедневно в сотни миллионов галлонов.
Кредит: Алан Кресслер, Геологическая служба США. Всеобщее достояние.
Как образуются пружины?
Источники могут быть образованы в любой породе. Маленькие встречаются во многих местах. В Миссури самые большие источники образуются в известняке и доломите в карстовой топографии Озаркса. И доломит, и известняк относительно легко ломаются. Когда слабая углекислота (образованная дождевой водой, просачивающейся через органические вещества в почве) попадает в эти трещины, она растворяет коренные породы. Когда он достигает горизонтальной трещины или слоя не растворяющейся породы, такой как песчаник или сланец, он начинает резать боком.По мере того, как процесс продолжается, вода выдавливает еще больше камней, в конечном итоге открывая воздушное пространство, и в этот момент весенний ручей можно рассматривать как пещеру. Этот процесс часто занимает от десятков до сотен тысяч лет.
Поток воды из источников
Количество воды, вытекающей из источников, зависит от многих факторов, включая размер пещер в скалах, давление воды в водоносном горизонте, размер бассейна источника и количество осадков .Человеческая деятельность также может влиять на объем воды, сбрасываемой из источника — забор грунтовых вод в районе может привести к падению уровня воды в системе водоносного горизонта и, в конечном итоге, к уменьшению стока из источника. Большинство людей, вероятно, думают, что источник похож на бассейн с водой — и обычно это так. Но, как показывает это изображение стены Гранд-Каньона в Аризоне, источники могут возникать, когда геологические, гидрологические или человеческие силы врезаются в подземные слои почвы и горных пород, где движется вода.
Родниковая вода не всегда прозрачная
Вода из источников обычно очень прозрачная. Однако вода из некоторых источников может быть «чайного цвета». На этой фотографии изображен природный источник на юго-западе Колорадо. Его красный цвет железа и обогащение металлов вызваны контактом грунтовых вод с природными минералами, присутствующими в результате древней вулканической активности в этом районе.
Во Флориде многие поверхностные воды содержат природные дубильные кислоты из органических материалов в подземных породах, и цвет этих потоков может проявляться в источниках.Если поверхностная вода попадает в водоносный горизонт рядом с источником, вода может быстро перемещаться через водоносный горизонт и выходить из источника.
Вода холодная и прозрачная. Можно ли пить?
Приток богатых металлами грунтовых вод из природных источников (на переднем плане) в Цемент-Крик, штат Колорадо (на заднем плане).
Кредит: Брайант А. Кимбалл
Качество воды в местной системе подземных вод обычно определяет качество родниковой воды.Качество воды, сбрасываемой родниками, может сильно различаться из-за таких факторов, как качество воды, которая подпитывает водоносный горизонт, и тип горных пород, с которыми контактируют грунтовые воды. Скорость потока и длина пути потока через водоносный горизонт влияет на количество времени, в течение которого вода находится в контакте с породой, и, таким образом, на количество минералов, которые вода может растворить .
Итак, стоит ли вам чувствовать себя уверенно, когда вы достанете флягу и наполните ее прохладной и освежающей родниковой водой? Нет, будьте осторожны.Температура источника Озарк возникает из-за того, что он проходит через скалу при средней годовой температуре 56 градусов по Фаренгейту. Вода грубо фильтруется в скале, и время, проведенное под землей, позволяет мусору и грязи выпасть из взвеси. Если находиться под землей достаточно долго, недостаток солнечного света приводит к гибели большинства водорослей и водных растений. Однако микробы, вирусы и бактерии не умирают только из-за того, что они находятся под землей, и при этом не удаляются какие-либо сельскохозяйственные или промышленные загрязнители. Между прочим, нет, этот соблазнительный источник не напьется этому мужчине.Это гидролог USGS , который отбирает пробы почти кипящей воды из источника в Вайоминге.
Термальные источники
Горячие источники соседствуют с айсбергами в Гренландии
Счастливые гренландцы и туристы наслаждаются уникальным опытом купания в горячих источниках, наслаждаясь дрейфующими айсбергами на острове Уунарток на далекой южной оконечности Гренландии. Эти горячие источники предлагают посетителям идеальную ванну с температурой около 100 ° F.
Кредит: Википедия
Спорим, количество мест, где можно увидеть айсберги, сидя в горячих источниках, очень мало!
Термальные источники — это обычные источники, за исключением того, что вода теплая, а в некоторых местах и горячая, например, в пузырящейся грязи в национальном парке Йеллоустоун, штат Вайоминг. Многие термальные источники встречаются в регионах недавней вулканической активности и питаются водой, нагретой за счет контакта с горячими породами далеко под поверхностью.Даже там, где в последнее время не было вулканической активности, скалы становятся теплее с увеличением глубины. В таких областях вода может медленно мигрировать на значительную глубину, нагреваясь по мере того, как спускается через скалы глубоко в землю. Если затем он достигнет большой расщелины, которая предлагает путь с меньшим сопротивлением, он может подняться быстрее, чем спуститься. Вода, которая не успевает остыть до выхода из воды, образует термальный источник. Знаменитые теплые источники Джорджии и горячие источники Арканзаса относятся к этому типу. И да, теплые источники могут даже сосуществовать с айсбергами , как вам могут сказать эти счастливые гренландцы.
Метод проектирования, исследование характеристик и процесс производства композитных винтовых пружин: обзор
Пружина — это упругое тело, функция которого заключается в накоплении энергии при отклонении под действием силы и возврате эквивалентного количества энергии при высвобождении [1]. В целях экономии энергии и улучшения характеристик системы виброизоляции в современных автомобилях и механических системах широко используются усовершенствованные пружины с малым весом и высокими характеристиками.Благодаря своим выдающимся свойствам, таким как высокая удельная прочность, более эластичная способность аккумулировать энергию деформации и многочисленные возможности интеграции функций, армированные волокном композиты постепенно вытеснили сталь или традиционные металлы и в последнее время стали ключевыми материалами для современных пружин.
Винтовая пружина — это надежный упругий элемент, обычно используемый в подвеске автомобиля для поглощения ударов, вызванных неровностями дорожного покрытия, и обеспечения комфортной езды для пассажиров.Некоторые тележки грузовых поездов и пассажирских поездов также выбирают винтовые пружины в качестве упругих компонентов [2], [3], [4]. Эти пружины обычно изготавливаются из стали, которая обладает значительным легковесным потенциалом. Композитные винтовые пружины (или композитные винтовые пружины) представляют собой категорию винтовых пружин, которые изготавливаются из армированного волокном пластика. По крайней мере, 50% -ное снижение веса может быть достигнуто путем замены стальной винтовой пружины на композитную спиральную пружину при сохранении той же функции [5], [6]. Композитные винтовые пружины могут улучшить характеристики пружин подвески за счет снижения веса и улучшения коррозионной стойкости, долговечности и срока службы пружин подвески [7].Другими важными характеристиками композитов, армированных волокном, которые делают их превосходными для пружин, являются: превосходная усталостная прочность, отказоустойчивость, отличная коррозионная стойкость и более высокая собственная частота и т. Д. [8]. Таким образом, характеристики композитной винтовой пружины, очевидно, лучше, чем у стальной винтовой пружины [9], [10], а винтовая пружина из стали может быть заменена композитной винтовой пружиной [11].
Типичная конструкция и условия установки композитных винтовых пружин показаны на рис.1. Хотя многие автомобильные композитные компоненты и детали проектируются и производятся для уменьшения веса транспортного средства, композитные пружины еще не получили широкого распространения в автомобильной промышленности, отчасти из-за отсутствия фундаментального понимания их довольно сложного поведения [12]. . Это явление особенно очевидно для композитных винтовых пружин. Как показано на рис. 1, композитная винтовая пружина применялась в модели Audi A6 и Audi R8. Однако из-за ограничений стоимости или процесса массового производства до сих пор нет авторитетного отчета о массовом производстве композитных винтовых пружин.Более того, в то время как авиационная промышленность будет платить больше за технические усовершенствования, предлагаемые передовыми композитами, производители автомобилей и рельсовых транспортных средств стремятся сократить время жизненного цикла продукта и снизить производственные затраты [13]. Признавая преимущества FRP как альтернативных материалов, производители легковых и железнодорожных транспортных средств с осторожностью относятся к качеству отделки, скорости производства, надежности инженерных решений, проектным данным и безопасности продукции [14]. Поэтому для популяризации и применения композитных винтовых пружин все же необходимо более систематически и глубоко изучать их.В этом обзоре представлены основные результаты исследований в этой области, а именно метод проектирования, исследование характеристик и процесс производства композитных винтовых пружин, а также кратко описаны новые тенденции в этой области.
Анализ призматических пружин некруглой винтовой формы и непризматических пружин круглой винтовой формы аналитическими методами и методами конечных элементов
Основные моменты
•
Аналитические формулы осевого прогиба различных пружин при осевой нагрузке.
•
CAD-моделирование и FEA призматических и непризматических пружин различной формы витков.
•
Сравнение напряжений и прогибов в эквивалентных по массе пружинах различной геометрии.
•
Прибл. аналитическая формулировка для расположения и стоимости макс. напряжение в пружинах.
•
Влияние формы пружины на демпфирование, вибрационные свойства в одномерных системах и изгиб.
Abstract
В данной статье представлена методология проектирования призматических пружин некруглой формы витка и непризматических пружин круговой формы витка с использованием аналитических и численных методов. Для начала были продемонстрированы простые аналитические формулировки для получения осевой деформации пружин при осевой нагрузке. Далее описаны процессы получения CAD-моделей пружин и их последующий анализ методом конечных элементов (FEA) в коммерческих программах.В третьей части различные пружины сравниваются с обычной цилиндрической пружиной и демонстрируются их достоинства по сравнению с обычной пружиной. Затем была продемонстрирована достаточно точная аналитическая формулировка (с максимальной ошибкой ∼7–8%) для получения значения и местоположения максимального напряжения сдвига для всех пружин. Далее, два аспекта непризматических пружин при динамических нагрузках, а именно. Обсуждались демпфирование, вносимое в колеблющуюся систему, и вклад пружины в эквивалентную массу в одномерной системе вибрирующих пружинных масс из-за формы пружины.Последняя часть включает аналитическую формулировку линейного упругого продольного изгиба двух пружин с круговой формой витков. В большинстве работ акцент был сделан на получении и использовании аналитических выражений в замкнутой форме для различных величин, в то время как численные методы, такие как FEA, использовались для их проверки.
Ключевые слова
Призматические пружины некруглой формы витка
Непризматические пружины круглой формы витка
CAD-моделирование и FEA
Дизайн и выбор пружин
Эквивалентное демпфирование
Линейное упругое изгибание пружин
Рекомендуемое статьиЦитирующие статьи (0)
© 2017 Society for Computational Design and Engineering.Издательские услуги Elsevier.
Рекомендуемые статьи
Ссылки на статьи
Пружины сжатия: как рассчитать напряжение пружины
1.При использовании под статической нагрузкой
Статическая нагрузка — это нагрузка, которая практически не изменяется при использовании пружины или примерно в 1000 раз или меньше, даже если она повторяется. В этом случае все в порядке, пока пружина не деформируется или в результате не уменьшается нагрузка, и поэтому допустимое напряжение просто должно быть в пределах упругости материала.
Для пружин сжатия, которые подвергаются статическим нагрузкам, JIS B 2704 определяет критерии допустимого напряжения скручивания, как показано на рисунке 1. Рекомендуется, чтобы нормальное напряжение составляло 80% или меньше. Коэффициент коррекции напряжения не должен учитываться для этого напряжения.
2. при многократной нагрузке
Когда пружина используется при повторяющихся нагрузках, допустимое напряжение определяется с учетом концентрации напряжения, среднего напряжения и амплитуды напряжения, а также состояния поверхности.Диаграмма допустимых напряжений, показанная на рисунке 2, получена при условии, что по результатам многих экспериментов диаграмма предела выносливости представляет собой прямую линию. Следует отметить, что здесь не показан метод учета влияния дробеструйной обработки и т.п.
Для SAE допустимые напряжения пружины сжатия холодной штамповки и пружины сжатия горячей штамповки показаны на рисунках 3 и 4.
Для более точной оценки усталостной прочности необходимо провести испытание на усталостную долговечность.
Кроме того, в JIS B 2704 можно найти «диаграмму усталостной прочности при скручивании». Однако она не раскрывает диаграмму предела долговечности для сталей, таких как нержавеющая сталь и жаропрочная сталь.
3. Условия, касающиеся механических свойств пружин сжатия
3-1 Предел прочности на разрыв
Прочность на растяжение — это величина, полученная путем деления максимальной нагрузки между началом испытания на растяжение и разрушением на площадь поперечного сечения образца.Испытание на растяжение проводят путем приложения непрерывно возрастающей растягивающей нагрузки F к образцу для испытания на растяжение с начальной площадью поперечного сечения A0 и начальной расчетной длиной L0. Текущая длина L или удлинение L-L0 измеряется вместе с нагрузкой. Диаграмма нагрузка (сила) — удлинение, показанная на рис. 1, или, используя выражения (1) и (2), из этих непрерывных данных можно получить кривую напряжения-деформации. Номинальное напряжение σ = W / A0 (1) Номинальное напряжение ε = (L-L0) / L0 (2)
3-2 Материал пружины
Отношение между нагрузкой и удлинением для испытуемого образца пропорционально, пока не будет приложена определенная нагрузка, но после превышения предела текучести или предела текучести образец подвергается пластической деформации, и напряжение, необходимое для его дальнейшей деформации, увеличивается.Напряжение в конечном итоге достигает максимального номинального значения напряжения (точка B). Это максимальное значение σB называется пределом прочности при растяжении. Материал между контрольными точками образца деформируется почти равномерно до точки B, то есть до достижения максимальной нагрузки. Однако, когда точка максимальной нагрузки пройдена, деформация концентрируется в одной части образца, вызывая образование шейки на его внешнем виде и в конечном итоге приводя к разрыву в точке F. В это время предел прочности при растяжении может быть получен с помощью выражения (3 ) Прочность на разрыв (Н / мм2) = Максимальная нагрузка во время испытания (Н) / Начальная площадь поперечного сечения (мм2) (3)
3-3 Удлинение
В отношении прочности на разрыв удлинение — это разница между расчетной длиной L во время разрыва образца и расчетной длиной L0 перед испытанием.Обычно эта разница выражается в процентах от начальной измерительной длины L0. (δ) Относительное удлинение = Калибровочная длина после испытания L — Начальная измерительная длина L0 / Начальная измерительная длина L0 × 100 (%) (4)
3-4 Уменьшение площади
При испытании на растяжение отношение наиболее уменьшенной площади поперечного сечения в непосредственной близости от части разрыва к начальной площади поперечного сечения Уменьшение площади (φ) = Начальная площадь поперечного сечения (A0) -Уменьшенная площадь поперечного сечения ( A) / Начальная площадь поперечного сечения (A0) × 100 (%) (5)
3-5 Предел текучести
Если материал демонстрирует явное явление текучести, как показано на рис.1 предел текучести используется в качестве предела текучести. Когда верхний и нижний пределы текучести ясны, как в случае мягкой стали, верхний предел текучести σyu часто рассматривается как предел текучести. Однако, поскольку жесткость, скорость растяжения и другие характеристики испытательного устройства могут вызывать небольшие ошибки при определении значения σyu, стабильное значение нижнего предела текучести σy1 также может быть принято в качестве предела текучести.
3-6 Предел текучести
Если материал не имеет четкого предела текучести, как показано на рис.1, номинальное напряжение σ 0,2, которое вызывает постоянную остаточную деформацию (обычно 0,2% остаточной деформации), определяется методом смещения и рассматривается как предел текучести. Этот предел текучести называется пределом текучести.
3-7 Предел пропорциональности и предел упругости
Если линейная зависимость между напряжением и деформацией или диапазон применимости закона Гука ограничен точкой P, показанной на рис. 1 номинальное напряжение σP в точке P называется пределом пропорциональности.Однако измерить этот предел очень сложно. Напряжение σE в точке E, где материал испытывает небольшую остаточную деформацию (0,02% или 0,05%), называется пределом упругости. Поскольку значения предела пропорциональности и предела упругости существенно зависят от точности измерения, на практике предел текучести или предел текучести часто используются в качестве целей оценки.
3-8 Жесткость
Твердость можно рассматривать как меру устойчивости материала к деформации.Поскольку существует множество различных физических определений твердости, ее часто рассматривают не как неотъемлемое физическое свойство материала, а как промышленное значение, полученное соответствующими методами измерения. Методы измерения твердости включают в себя методы измерения твердости при вдавливании (твердость по Виккерсу, твердость по Роквеллу, твердость по Бринеллю и т. Д.), Динамической твердости (твердость по Шору и т. Д.), Твердости при царапинах (твердость по Моосу) и другие методы измерения твердости.
3-9 Модуль продольной упругости (модуль Юнга)
В области ниже точки P на рис.1a и 1b, существует пропорциональная зависимость между напряжением σ и деформацией ε (закон Гука). Пропорциональный коэффициент этой зависимости называется модулем продольной упругости E (модулем Юнга). Также существуют модуль поперечной упругости G (модуль сдвига, жесткость), модуль объемной упругости K и коэффициент Пуассона ν.
3-10 Модуль поперечной упругости (модуль упругости)
Модуль продольной упругости — это модуль упругости по отношению к напряжению, вызванному растяжением, сжатием, изгибом и т. Д.Однако, когда сила прилагается в направлении скручивания объекта, существуют различные силы, вызывающие угловую деформацию объекта без изменения его длины. Эти силы называются напряжением сдвига. Эти силы вызывают напряжение сдвига τ и деформацию сдвига γ. Ниже предела пропорциональности в направлении сдвига существует пропорциональная зависимость между напряжением сдвига и деформацией сдвига. Пропорциональный коэффициент этой зависимости называется модулем поперечной упругости и обозначается как G.Для изотропного упругого объекта модуль поперечной упругости можно рассчитать по выражению (6), если известны его модуль продольной упругости и коэффициент Пуассона. G = E / 2 (1 + ν) (6) Поскольку для многих изотропных металлов коэффициент Пуассона почти всегда равен 0,3, выражение (6) становится E = 2,6 G. Поскольку напряжение в пружине сжатия представляет собой напряжение сдвига, модуль упругости поперечной упругости используется в конструкции пружины.
3-11 Коэффициент Пуассона
При растяжении круглого стержня его длина увеличивается в пределах диапазона упругости, а диаметр уменьшается.Удлинение и уменьшение диаметра определяются веществом, и их соотношение называется коэффициентом Пуассона. Для материала с начальной длиной L и диаметром d, удлинением ΔL и уменьшением диаметра Δd коэффициент Пуассона можно получить по выражению (7). ν = (Δd / d) / (ΔL / L) (7)
3-12 Предел пружины
Максимальное поверхностное напряжение, которое вызывает заданный постоянный прогиб (0,075 мм или 0,10 мм), когда к материалу прилагается повторяющаяся изгибающая сила.

Апрель 2024
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
1	2	3	4	5	6	7
8	9	10	11	12	13	14
15	16	17	18	19	20	21
22	23	24	25	26	27	28
29	30

Технология изготовления пружин

Способ получения пружины из никелида титана

Технология изготовления пружин и требования к ним

Витые пружины сжатия: особенности конструкции и эксплуатации

Требования к пружинам

Требования к материалу

Особенности технологии

Технология холодной навивки пружин без закалки

Технология холодной навивки пружин с закалкой и отпуском

Технология горячей навивки пружин с закалкой и отпуском

Используемое оборудование и оснастка

Термическая обработка пружин для защиты от коррозии

Виды пружин

Какие качества требуются от пружин

Важные характеристики упругих элементов:

Используемые материалы

Виды термической обработки

Физические основы термообработки

Особенности применения видов термообработки

Защита от коррозии

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРУЖИНЫ ИЗ НИКЕЛИДА ТИТАНА

Способ изготовления плоской ленточной пружины из бериллиевой бронзы

Taylor Guitars: революция в креплении гитарных пружин

V-образное крепление пружин

Новое изобретение для решения старой проблемы

Громче звук

Дольше сустейн

Лучше интонация

Развитие и защита источника

Рекомендации по весеннему развитию

Подготовка к весеннему развитию

Spring Development

Процедуры весеннего освоения: сконцентрированные источники

Шаги по созданию концентрированного источника

Концентрированные источники в равнинных районах

Процедуры весенней разработки: источники водоотвода

Этапы создания водоотводящего источника (подробности см. На Рисунке 3)

Процедуры разработки пружины: рекомендации по пружинной коробке

Правильное обращение с пружинами

Удаление источников загрязнения

Проверка и дезинфекция воды

Питьевая вода из придорожных источников

Дополнительная информация

Типы пружин — Руководство по покупке Thomas

Различные типы пружин и их характеристики

Пружины сжатия

Пружины растяжения

Пружины кручения

Пружины постоянного усилия

Бельвиль-Спрингс

Пружины дышла

Спиральная пружина

Пружины с подвязками

Плоские пружины

Газовые пружины

Пневматические рессоры

Другие пружины

Приложения и отрасли

Соображения

Важные атрибуты

Пружина

Пружинные концы Тип

Категории связанных продуктов

Ресурсы

Прочие изделия Springs

Прочие «виды» изделий

Больше от Machinery, Tools & Supplies

Как работают пружины? | Как пружины хранят энергию?

Что такое пружина?

Как работает пружина?

«Зацепился» на рессорах

Закон Гука

Подробнее Hooke

Типы пружин

Для чего используются пружины?

Из каких материалов сделаны пружины?

Узнать больше

На этом сайте

Книги