Пружины - это механические устройства, которые накапливают и отдают энергию благодаря своей упругости. Они используются в самых разных областях, от промышленного оборудования до бытовых предметов. В этом руководстве рассматриваются различные типы пружин, материалы для их изготовления и области применения.
Пружины различаются по материалу, форме и назначению, поэтому их применение также разнообразно. Существует три основных типа пружин, каждый из которых можно разделить на различные подкатегории.
Пружины сжатияПри сжатии спиральные пружины с открытыми витками, называемые пружинами сжатия, создают силу реакции. Расстояние между витками неуклонно уменьшается по мере увеличения нагрузки, пока не будет достигнута максимальная длина сжатия пружины, при которой витки вступают в контакт друг с другом. Концы пружины могут быть открытыми или закрытыми; закрытый конец формируется путем плоского прижатия последнего витка к соседнему витку. Другой способ придать им форму квадрата - отшлифовать концы.
Применение: Когда требуется сила реакции между компонентами, часто используются пружины сжатия. Обычно они используются следующим образом:
Амортизация - это свойство автомобильных подвесок, которое повышает комфорт езды.
Шариковые ручки: Пружины сжатия выталкивают наконечник при отпускании ручки, после того как они сжимаются при сжатии наконечника.
Механическое оборудование: Для предотвращения повреждений от нагрузок и вибрации обеспечьте амортизацию и поглощение ударов.
Натяжные пружиныПри растяжении пружины удлинения, также называемые пружинами растяжения, создают силу реакции. Хотя они могут быть изменены по желанию заказчика, они обычно имеют петли или крюки на концах. Их использование ограничено некритическими приложениями из-за их способности растягиваться до предела.
Применение: Пружины растяжения находят широкое применение в различных механизмах и приспособлениях. Как правило, они используются следующим образом:
Пружины растяжения придают батутам упругость и силу отскока.
Гаражные ворота: Системы балансировки гаражных ворот облегчают подъем и опускание дверей.
Игрушки: Движущая сила в игрушках с часовым механизмом обеспечивается пружинами растяжения.
Пружины крученияДля приложения или сопротивления крутящим нагрузкам используются пружины кручения. Они относятся к двум типам пружин: спиральные пружины кручения и неспиральные пружины кручения. Спиральные пружины кручения оказывают усилие в радиальном, а не в осевом направлении, что делает их сравнимыми с пружинами сжатия и растяжения. Спиральные пружины кручения чаще всего используются в устройствах управления движением во многих видах техники. Они изготавливаются из плоского или прямоугольного материала, скрученного в концентрические спирали.
Применение: В производстве торсионные пружины часто используются в качестве компонентов управления движением.
Дверные петли: Обеспечивают автоматические механизмы закрывания и регулируют усилие, используемое для открытия и закрытия дверей.
Торсионные пружины обеспечивают силу захвата в мышеловках.
Механические устройства: К ним относятся блоки управления движением в промышленных машинах, прищепки, ремни безопасности в автомобилях, часы и кресла с регулируемым углом наклона.
Пружины постоянного усилияВ часах и часовых игрушках часто используются пружины постоянного усилия. Они представляют собой плотно скрученные стальные полосы, напоминающие рулоны ленты. Полоса растягивается при приложении нагрузки, и ее внутреннее напряжение постоянно противодействует силе нагрузки.
Применение: Пружины постоянного усилия полезны в различных ситуациях, когда требуется постоянное усилие. Примерами таких ситуаций являются следующие:
Часы: Обеспечивают стабильную силу, гарантирующую точное времяисчисление.
Заводные игрушки: Пружины постоянной силы обеспечивают движущую силу для непрерывного движения.
Рулонные шторы: Для поддержания натянутых и прочных штор на месте используйте пружины постоянного натяжения.
Выше представлен обзор пружин сжатия, растяжения, кручения и постоянного усилия, а также их различных применений. Эти пружины необходимы для многих бытовых и промышленных целей.
Монолистовые рессоры, также известные как однолистовые рессоры, состоят из одного слоя металла. Этот слой обычно сужается с каждого конца, чтобы обеспечить более равномерный изгиб.
Приложения:
Легкие автомобили: Из-за простой конструкции и ограниченной несущей способности монолистовые рессоры обычно используются в легких транспортных средствах, таких как небольшие автомобили и прицепы.
Мотоциклы: В некоторых системах подвески мотоциклов.
Многолистовые пружины состоят из нескольких металлических слоев, или "листьев", уложенных друг на друга. Листья имеют разную длину: самый длинный, так называемый основной лист, находится сверху, а под ним располагаются более короткие листья. Такие рессоры более прочные и могут выдерживать большие нагрузки по сравнению с однолистовыми.
Приложения:
Тяжелые грузовики: Используются в системах подвески грузовиков и коммерческих автомобилей благодаря своей высокой несущей способности.
Автобусы: Обычно используется в системах подвески автобусов.
Внедорожники: Используется во внедорожниках для повышения прочности и выдерживания нагрузки.
Полуэллиптические рессоры - один из самых распространенных типов рессор. Они имеют характерную полуэллиптическую форму, где листья расположены по дуге. Такая конструкция позволяет эффективно распределять нагрузку и улучшать качество езды.
Приложения:
Легковые автомобили: Используется в системах задней подвески многих легковых автомобилей.
Легкие коммерческие автомобили: Используется в легких коммерческих автомобилях для улучшения управляемости и поддержки груза.
Четвертьэллиптические рессоры - это, по сути, половина полуэллиптической рессоры. Они крепятся одним концом к раме автомобиля, а другим - к оси.
Приложения:
Старинные автомобили: Часто встречается в старинных и классических автомобилях.
Для заказных и модифицированных автомобилей: Используется в заказных и модифицированных автомобилях для уникальных настроек подвески.
Трехчетвертные эллиптические рессоры представляют собой комбинацию полуэллиптических и четвертьэллиптических рессор. Они обеспечивают больший диапазон движения и гибкость системы подвески.
Применение:Тяжелые и специальные автомобили: Используется в некоторых тяжелых и специальных автомобилях для улучшения возможностей подвески.
Поперечные рессоры устанавливаются не продольно, а горизонтально поперек шасси автомобиля. Такая установка встречается реже, но обеспечивает уникальные характеристики подвески.
Приложения:
Спортивные автомобили: Используется в некоторых спортивных автомобилях, например, в старых моделях Chevrolet Corvette.
Классические автомобили: Встречается в некоторых классических и старинных автомобилях.
Параболические рессоры имеют листья, зауженные по параболической кривой, а не по линейной. Такая конструкция снижает межлистовое трение, обеспечивая более плавный ход и улучшенную гибкость.
Приложения:
Современные грузовики: Используется в подвесках современных грузовиков для лучшего распределения нагрузки и качества езды.
Автобусы и коммерческий транспорт: Применяется в автобусах и коммерческих автомобилях для повышения комфорта и долговечности.
Стандартные тарельчатые пружины представляют собой конические шайбы, которые прогибаются под нагрузкой, обеспечивая точную и высокую мощность. Обычно они используются по отдельности, но могут быть соединены последовательно или параллельно для достижения различных характеристик нагрузки и прогиба.
Приложения
Промышленное оборудование: Используется в муфтах, тормозах и других компонентах, испытывающих высокие нагрузки.
Аэрокосмическая промышленность: Используется в узлах самолетов для демпфирования вибраций и распределения нагрузки.
Автомобильная промышленность: Используется в системах подвески, амортизаторах и в качестве шайб преднатяга.
Изогнутые тарельчатые пружины имеют слегка изогнутую форму, что обеспечивает меньшее усилие, но больший диапазон прогиба по сравнению со стандартными тарельчатыми пружинами. Они часто используются в приложениях, требующих меньшего, более постоянного усилия.
Приложения
Электрические контакты: Используются для поддержания постоянного контактного давления.
Уплотнения и прокладки: Используются для поддержания целостности уплотнения при различных условиях давления.
Легкие сборки: Идеально подходят для применения в условиях ограниченного пространства и веса.
Волновые пружины - это дисковые пружины с волнообразной структурой, позволяющие создавать усилие, аналогичное стандартным дисковым пружинам, но с меньшей высотой. Они идеально подходят для приложений, требующих компактного форм-фактора.
Приложения
Предварительный натяг подшипника: Используется для поддержания постоянной нагрузки на подшипник и снижения вибрации.
Компоненты клапанов: Используются в узлах клапанов для обеспечения постоянного усилия.
Компактные механизмы: Идеально подходят для использования в ограниченном пространстве, где традиционные пружины не помещаются.
В тарельчатых пружинах с прорезями прорезаны радиальные пазы, что снижает коэффициент упругости и позволяет увеличить прогиб. Эти пружины обеспечивают более гибкий отклик по сравнению со сплошными дисковыми пружинами.
Приложения
Распределение нагрузки: Используется для равномерного распределения нагрузки в механических узлах.
Компенсация теплового расширения: Используется в системах, где тепловое расширение требует гибких компонентов.
Виброизоляция: Эффективна для изоляции вибраций в чувствительном оборудовании.
Вложенные дисковые пружины - это несколько дисковых пружин, уложенных в гнездо, где каждая пружина помещается внутри другой. Такая конфигурация увеличивает грузоподъемность при сохранении компактной высоты.
Приложения
Тяжелое оборудование: Используется в тяжелых условиях эксплуатации, требующих высокой грузоподъемности.
Строительное оборудование: Используется в строительной технике для изготовления несущих элементов.
Поглощение энергии: Идеально подходит для применений, требующих высокого поглощения энергии в ограниченном пространстве.
Сегментированные тарельчатые пружины разделены на сегменты, что снижает общее напряжение и обеспечивает более равномерное распределение усилия. Они обеспечивают повышенную долговечность и производительность в условиях высоких нагрузок.
Приложения
Среды с высокой нагрузкой: Используются в условиях, где стандартные тарельчатые пружины могут выйти из строя из-за высокой нагрузки.
Амортизаторы: Используется в амортизаторах для повышения прочности.
Балансировка нагрузки: Идеально подходит для приложений, требующих точной балансировки нагрузки.
Контактные тарельчатые пружины имеют специальные контактные площадки для улучшения электропроводности и снижения контактного сопротивления. Они часто используются в электрических и электронных приложениях.
Приложения
Электрические разъемы: Используются для обеспечения надежных электрических соединений.
Автоматические выключатели: Используется в автоматических выключателях для поддержания постоянного контактного давления.
Контакты для аккумуляторов: Идеально подходят для обеспечения надежных соединений в аккумуляторных сборках.
Пружины могут быть изготовлены из различных материалов, каждый из которых обладает своими свойствами и подходит для различных областей применения. Некоторые распространенные материалы, используемые для изготовления пружин, включают:
1. Сталь: Это один из наиболее широко используемых материалов для изготовления пружин. Она обладает хорошей прочностью, долговечностью и упругостью. Применяются различные виды стали, такие как углеродистая, легированная и нержавеющая. Углеродистая сталь экономична и подходит для многих применений общего назначения. Легированная сталь обеспечивает повышенную прочность и производительность в более сложных условиях. Нержавеющая сталь выбирается за ее коррозионную стойкость.
- Например, в автомобильных системах подвески часто используются пружины из высокопрочной легированной стали, которые выдерживают постоянное напряжение и переменные нагрузки.
2. Музыкальная проволока: Также известная как проволока для фортепиано, это проволока из высокоуглеродистой стали с превосходной прочностью на разрыв и усталостной прочностью. Она широко используется в небольших прецизионных пружинах.
- Для маленьких пружинок в механических часах часто используется музыкальная проволока, которая отличается точностью и надежностью.
3. Бронза: обладает хорошей коррозионной стойкостью и электропроводностью. Бронзовые пружины используются в тех случаях, когда эти свойства важны, например, в электрических контактах или в морской среде.
4. Латунь: Подобно бронзе, латунь обладает хорошей коррозионной стойкостью и иногда используется в пружинах, где предпочтительнее использовать цветной материал.
5. Титан: Известные своим легким весом и высоким соотношением прочности к весу, титановые пружины используются в аэрокосмической промышленности и высокопроизводительных системах, где снижение веса имеет решающее значение.
- В некоторых передовых аэрокосмических компонентах титановые пружины помогают минимизировать общий вес системы без ущерба для производительности.
6. Никелевые сплавы: Эти сплавы обеспечивают превосходную устойчивость к высоким температурам и коррозии, что делает их подходящими для пружин, используемых в экстремальных условиях.
7. Пластмассы и композиты: в некоторых случаях пружины могут быть изготовлены из специализированных пластмасс или композитных материалов. Они обладают такими преимуществами, как легкость, химическая стойкость и электроизоляция. Они часто используются в легких и неметаллических изделиях.
- Например, в некоторых медицинских приборах или бытовой электронике, где требуются непроводящие и легкие пружины, пластиковые пружины могут быть подходящим выбором.
8. Эластомеры: Такие материалы, как резина или силикон, могут использоваться для создания пружиноподобных компонентов, обеспечивающих гибкость и амортизацию.
- В амортизаторах для мелкой бытовой техники или игрушек пружины на основе эластомеров могут стать простым и экономичным решением.
Другие вещества, которые могут быть использованы для изготовления пружин. К ним относятся различные неметаллические материалы, например керамика, которая обеспечивает превосходную термостойкость и твердость в специфических высокотемпературных или абразивных средах. Композитные материалы, армированные стекловолокном, могут обеспечить сочетание прочности и легкости для специальных применений. Некоторые редкие металлы и их сплавы также могут применяться в очень специфических случаях, когда необходимы уникальные свойства, такие как чрезвычайная твердость или устойчивость к определенным химическим веществам. Выбор этих менее распространенных материалов зависит от узкоспециализированных и часто нишевых требований конкретного применения пружин.
Выбор материала для пружины зависит от таких факторов, как требуемая грузоподъемность, условия эксплуатации, ограничения по размерам и стоимость.
Многочисленные покрытия пружин и обработка металлических поверхностей доступны с различными целями, включая износостойкость, предотвращение коррозии, улучшение характеристик пружин и все вышеперечисленное. Ниже описаны различные виды отделки пружин:
Электрополировка
Хотя заготовка и осаждаемый материал (в данном случае пикап) имеют одинаковую полярность, метод электрополировки работает по принципу, аналогичному гальванике. Это означает, что металл пикапа выступает в качестве катода, а заготовка - в качестве анода для завершения электрической цепи через электролит.
Быстрое удаление материала с рельефной и шероховатой поверхности заготовки, или, как в данном случае, снятие покрытия с пружины, приводит к получению очень гладкой и полированной поверхности. Электрополировка позволяет получить зеркальную поверхность с шероховатостью менее 0,05 м, если исходная шероховатость поверхности составляет менее 0,18-0,20 м (микрометров).
Кувыркание
Контейнер для галтовки, в котором хранятся пластиковые полигранулы различной зернистости, может вращаться или вибрировать, обеспечивая галтовку. Эти зерна соответствуют четырем стадиям галтовки: шлифование, сглаживание, полировка и блеск.
Мы заполняем контейнер для галтовки деталями, например пружинами, и покрываем его полигранулами, которые также называются средой. Когда носитель используется, он соприкасается с деталями и с помощью трения полирует основной материал.
Дробеструйное упрочнение
В процессе холодной обработки, известном как дробеструйное упрочнение, высокоскоростная струя пуль направляется на поверхность металла в строго регламентированных условиях. В результате обнаженные слои металлических изделий испытывают давление сжатия, что значительно снижает растягивающие напряжения материала и повышает его прочность на разрыв.
Иногда люди путают дробеструйное упрочнение с пескоструйной очисткой, поскольку эти два процесса похожи, и дробеструйное упрочнение также очищает поверхность. Однако основная цель упрочнения - повысить усталостную прочность материала. В качестве упрочняющего материала может использоваться железная, стальная, стеклянная дробь, измельченная сталь или проволока из нержавеющей стали.
Гальваническое покрытие
Гальваника использует электрический ток для введения ионов материала покрытия в подложку, которая представляет собой пружину. Ванна с электролитом используется для хранения материала для нанесения покрытия, который крепится к аноду, и части, которую необходимо покрыть, которая крепится к катоду. Под действием тока электролита ионы гальванического материала проникают в подложку, нанося тонкий слой гальванического материала на деталь.
Углеродистые и легированные стали с благородными или некорродирующими металлами - наиболее часто встречающиеся типы материалов для гальванического покрытия. Пока слой покрытия не поврежден, гальваническое покрытие из благородных металлов обеспечивает превосходную защиту от коррозии. Некоррозионные металлы, такие как олово, никель и хром, часто наносятся на сталь для защиты от коррозии. Однако этот тип покрытия редко покрывает части, погруженные в воду, подвергающиеся воздействию окружающей среды или попадающие в другой электролит.
Вместо этого люди часто используют менее благородные материалы, такие как цинк или кадмий, в качестве жертвенного анода, который будет окисляться вместо подложки.
Безэлектродное покрытие
Безэлектродное покрытие - это метод, при котором никель наносится на подложку без использования электричества. Здесь нет анода; вместо этого подложка выступает в роли катализатора, запускающего химическую реакцию, которая уменьшает количество ионов никеля в растворе электролита и осаждает их на подложку. Помимо каталитической роли, никелевое покрытие обеспечивает непрерывность реакции до выхода подложки из ванны с электролитом.
Это позволяет получить относительно толстое покрытие толщиной от 20 до 50 м. Кроме того, в отличие от гальванического покрытия, пластина из безникелевого сплава абсолютно однородна и вписывается во все закоулки. Хотя гальваническому покрытию могут подвергаться и другие металлы, наиболее часто используются никель и его сплавы.
Химические покрытия
Химическая обработка металлов, например, промывка фосфорной кислотой, обычно подвергает сталь ограниченной и кратковременной защите от окисления. Лакокрасочные покрытия могут обеспечивать защиту от коррозии в течение длительного периода времени. Самый недорогой способ создать барьер, противостоящий коррозии на стальных, нержавеющих или медных поверхностях, - это нанесение черного оксида. В некоторых случаях они также отлично устраняют световые блики.
Richconn является производителем пружин с передовым оборудованием из Китая.
Авторское право 2024 Ричконн Спринг. Все права защищены.
Russian 
English 
German 
French 
Japanese 
Chinese 
Portuguese 
Italian 
Malay 
Polish 
Korean 
Indonesian