Пружины. Конструкции, материалы, расчет.

Пружина — упругий элемент, предназначенный для накапливания или поглощения механической энергии. Пружина может быть изготовлена из любого материала, имеющего достаточно высокие прочностные и упругие свойства (сталь, пластмасса, дерево, фанера, даже картон) Пружины благодаря своим упругим свойствам получили широкое применение в различных машинах и приборах. Они предназначены для

· создания достоянной силы нажатия и натяжения между деталями машин или прибора (во фрикционных передачах, муфтах, тормозах и т. п.);

· виброизоляции и амортизации ударов (амортизаторы, буферы, рессоры и т. п.);

· аккумулирования энергии с последующим использованием пружины как двигателя (часовые и прочие пружины);

· измерения сил (в динамометрах и других измерительных приборах).

По конструкции различают, пружины:

· винтовые — цилиндрические одножильные, многожильные и составные, конические и фасонные;

· тарельчатые;

· плоские спиральные;

· листовые рессоры.

Винтовые пружины изготовляют из проволоки в большинстве случаев круглого, а иногда прямоугольного сечения. Материал проволоки для пружин — стали (ГОСТ 14959-69): высокоуглеродистые 65, 70, 75, марганцовистые 65Г, 55ГС, кремнистые 55С2, 60С2, 60С2А, 70СЗА, хромомарганцовистая 50ХГ, хромованадиевая 50ХФА, кремневольфрамистая 65С2ВА и кремнийникелевая 60С2Н2А. Для пружин, работающих в химически активной среде, применяют проволоку из бронз БрКМцЗ-1, БрОЦ4-3 и др.

Винтовые цилиндрические одножильные пружины (рис. 1) широко применяют в общем машиностроении, так как они просты по конструкции и удобны при установке их на рабочее место. Чаще других применяют пружины из проволоки круглого сечения, так как напряжения и деформации в них распределяются более равномерно и стоимость их по сравнению с другими пружинами наименьшая. Пружины из проволоки квадратного или прямоугольного сечения применяют лишь при больших сжимающих нагрузках. Назначение винтовых цилиндрических пружин различное. Винтовые многожильные (рис. 2, а) и составные (концентрические) пружины (рис. 2, б) применяют при больших нагрузках в целях уменьшения габаритных размеров, а винтовые конические (рис. 2, в) и фасонные — при необходимости иметь переменную жесткость. Тарельчатые пружины (рис. 2, г) составляют из конусных дисков (тарелок). Применяют при больших нагрузках и относительно малых габаритных размерах, например в качестве буферов в различных амортизаторах. Тарельчатое пружины нормализованы ГОСТ 3057—79. Материал пружин — кремнистая сталь 60С2А. Плоские спиральные пружины (рис. 2, д) изготовляют из тонкой высококачественной углеродистой стальной ленты. Применяют в качестве заводных для аккумулирования энергии завода, которая используется в часовых механизмах, автоматическом оружии и т. д. Листовые рессоры (рис. 2, е) для повышения демпфирующей способности составляют из стальных листов различной длины. Применяют для упругой подвески автомобилей, железнодорожных вагонов и других транспортных средств. Рессоры изготовляют из кремнистой стали 60С2 и 60С2А.

Так как в общем машиностроении наиболее распространены винтовые цилиндрические пружины из проволоки круглого сечения, то подробно рассмотрим только эти пружины. В зависимости от вида воспринимаемой нагрузки различают винтовые цилиндрические пружины сжатия (см. рис. 1, а), растяжения (см. рис. 1, б) и кручения (см. рис. 1, в). Пружины сжатия навивают с просветом между витками (см. рис. 1, а). Для улучшения работы крайние витки пружины поджимают к соседним виткам и сошлифовывают. Пружины растяжения навивают без просвета между витками с предварительным натяжением, равным ¼...⅓ от предельной нагрузки. Для соединения с соответствующими деталями машин на концах этих пружин предусматривают прицепы в виде изогнутых витков (см. рис. 1, б) или отдельных деталей требуемой формы, соединяемых с концами пружин. Пружины кручения навивают с просветом между витками, на концах они имеют прицепы (см. рис. 1, в) для соединения с соответствующими деталями машин. Форма прицепов определяется назначением пружины. Разновидности по классам и разрядам винтовых цилиндрических пружин сжатия и растяжения из стали круглого сечения, а также основные параметры и методика определения размеров этих пружин нормализованы ГОСТ 13764-68...13776-68.