С давних времён люди заметили, что некоторые тела обладают упругими свойствами, которые можно применить для различных целей. Древние охотники изобрели лук, используя упругость материалов, из которого он изготавливался. Потом, это изобретение начали очень эффективно применять в военном деле, для поражения живой силы противника. Были в древности и другие способы применения упругости различных тел, но только в средние века и в эпоху Возрождения, упругие деформации тел стали применять в инженерном деле, при создании различных механизмов.
При воздействии внешних сил, в упругих телах возникают упругие деформации, которые появляются при таких внешних воздействиях, как растягивание, сжатие, изгиб, кручение или сдвиг, а также, в большинстве случаев, при совместном приложении этих видов усилий. Как следствие этих воздействий, увеличивается внутренняя энергия тела.
Что же такое пружина и как она работает?
Пружина представляет собой устройство в виде спирали из нескольких витков, изготовленной из упругой проволоки.
В самом общем случае, деформация при растяжении или сжатии цилиндрической пружины, является её кручением, что видно при рассмотрении двух, рядом расположенных сечений проволоки, из которой изготовлена пружина. При приложении внешней силы одно сечение проволоки поворачивается по часовой стрелке, а другое сечение, против часовой, т.е., мы наблюдаем процесс кручения. Угол кручения увеличивается, при увеличении внешних сил, т.е. вращающих моментов, а если вращающий момент принять за константу, то угол кручения, т.е. деформации, зависит от материала, из которого изготовлена пружина, а также размеров и формы проволоки.
При расчетах пружин задаются допускаемым напряжением, степенью ответственности при эксплуатации, условиями работы пружины, условиями окружающей среды и, в зависимости от этих параметров, выбирают конструкцию пружины. Пружины могут быть различной формы (цилиндрические, конические, фасонные), по разному изменять форму при нагрузке (растягиваться, сжиматься, сворачиваться). Их изготавливают из проволоки различного сечения (круглая, квадратная, прямоугольная), они применяются при разных способах нагрузки (статическая, переменная с различной частотой).
Иногда выбор пружин осуществляют по таблицам и заказывают их в соответствии с параметрами указанными в этих таблицах.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ.
Изготовление пружин осуществляют на специальных станках при массовом производстве, или, в мелкосерийном производстве вручную, навивкой на токарном станке или при помощи малых средств механизации. Навивка осуществляется в горячем или холодном состоянии проволоки.
После навивки пружины необходимо провести операции термообработки, шлифования торцов, нанести покрытие для защиты материала пружины, провести технический контроль, осуществить обжим и заневоливание.
Необходимость термообработки пружин после навивки, возникает вследствие появления внутренних напряжений пластической деформации проволоки. Термообработкой снимают эти внутренние напряжения. Для этого пружину сначала нагревают до определённой температуры, выдерживают при ней определённое время и охлаждают на воздухе. В процессе термообработки улучшаются такие качества как упругость и вязкость, что обеспечивает качество и высокую надёжность изделия.
Шлифовка торцов пружины необходима для того, чтобы придать пружине необходимые геометрические размеры, улучшить контакт с деталями передающими усилие пружине. Для шлифовки применяют шлифовальные круги с абразивным материалом, типа сплава оксида алюминия.
Нанесение защитных покрытий на пружины осуществляют, как правило, электролитическим способом, что способствует предохранению поверхности изделия от коррозии, увеличивая его срок службы.
Проверку параметров пружин осуществляют с помощью измерительных инструментов для выбраковки изделий не соответствующих заданным характеристикам. Если нужны качественные измерительные инструменты, большой выбор представлен на сайте https://toolsua.com.ua/catalog/glubinomery/dd6c628f9e9f11e7/, где вы найдете глубиномеры, микрометры, угломеры, штангенциркули, угольники.
Обжим и заневоливание применяются на последнем этапе изготовления пружин. Процесс заневоливания пружин сжатия производят сжатием пружины до контактировния витков, а пружины растяжения растягивают до 2-3 раз, от первоначальной длины, предельной нагрузкой. Время заневоливания составляет до 2-х суток, при 60ОС, а нагрузка превышает предел упругости материала пружины. В этом процессе пружина подвергается пластическим деформациям и в ней появляются остаточные напряжения, которые по направлению противоположны рабочим напряжениям, что повышает рабочую нагрузку пружины. После заневоливания пружина становится немного короче по высоте, при этом величина осадки тем больше, чем больше приложенное усилие и меньше диаметр проволоки пружины.ъ
ПРИМЕНЕНИЕ.
Пружины растяжения и сжатия, а также другие виды пружин , широко применяются во всех отраслях.
Металлургия и химия. Дробилки, грохоты, вибросита, виброплощадки, виброплатформы.
Транспорт. Железнодорожные и автомобильные амортизаторы.
Сельское хозяйство. Все виды сельскохозяйственных машин.
Машиностроение. Точные приборы, весовые устройства, часы, различные станки для обработки материалов, различные механизмы.
Оборона. Различные виды вооружений всех родов войск.
Применение различных пружин в механизмах и устройствах стало всеобъемлющим и, во многом, незаменимым в современной технике.
