Навивка пружин что это

Расчет оправки для навивки пружины

В этой статье я предлагаю вашему вниманию три методики расчета диаметра оправки для навивки пружины, которые сохранились у меня в старых тетрадях. Это не мои алгоритмы, и, к сожалению, я не могу указать источники информации, так как эти данные в записях не были зафиксированы.

При навивке проволоки на цилиндрическую оправку с винтовой канавкой или без канавки, часть сечения проволоки, расположенная ближе к середине, испытывает упругие деформации, а части, расположенные ближе к наружному и внутреннему диаметрам пружины, испытывают пластические деформации. В результате после окончания навивки при снятии усилия натяжения с проволоки внутренний диаметр пружины увеличивается. Для того чтобы это учесть, оправку необходимо изготовить с диаметром немного меньшим внутреннего диаметра пружины, заданного чертежом. Определением необходимого диаметра оправки мы сейчас и займемся.

Первый самый простой расчет выполняется по элементарным формулам, полученным из практических опытов. Второй расчет определяет диаметр оправки по весьма замысловатым эмпирическим формулам и содержит данные практических испытаний материала. И первый и второй методы предназначены для случаев использования проволоки круглого сечения. По третьему алгоритму рассчитывается диаметр оправки при навивке пружин из проволоки прямоугольного сечения по формулам классического сопромата для материалов, обладающих участком идеальной пластичности.

Все расчеты будем выполнять в программе MS Excel. Расчет в Excel можно заменить расчетом в программе OOo Calc из пакета Open Office.

С правилами форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, можно ознакомиться на странице « О блоге ».

Расчет №1.

Начинаем расчет в Excel и на листе «Расчет №1» составляем простую программу, которая позволит быстро вычислять диаметр оправки и шаг винтовой канавки в зависимости от предела прочности материала круглой проволоки.

Исходные данные:

1. Диаметр проволоки d в мм записываем

2. Внутренний диаметр пружины D₂ в мм вписываем

3. Шаг навивки пружины t в мм вводим

4. Предел прочности материала проволоки [σ_в] в кг/мм 2 заносим

Результаты расчетов:

5. Шаг винтовой канавки оправки t_о в мм определяем

в ячейке D8: =D5*1,065 =7,988

Шаг навивки пружины принимается увеличенным на 6,5% относительно заданного шага пружины из-за осадки, которая возникает после испытаний.

6. Коэффициент, корректирующий диаметр оправки относительно внутреннего диаметра пружины k вычисляем

в ячейке D9: =1,652-0,1455*LN (D6) =0,914

7. Диаметр оправки D_о в мм рассчитываем

в ячейке D10: =D9*D4 =20,555

Расчет №2.

На листе «Расчет №2» составляем программу, которая вычислит диаметр оправки, учитывая реальные (измеренные) прочностные свойства материала круглой проволоки.

Исходные данные:

1-3. Заполняем ячейки D3…D5 теми же данными, что и в предыдущем расчете.

4. Модуль упругости (модуль Юнга) материала проволоки E в н/мм2 заносим

в ячейку D6: =215000

5. Предел прочности материала проволоки из таблицы соответствующего ГОСТа или ТУ [σ_в] в н/мм 2 вводим

6. Относительное удлинение при разрыве материала проволоки по ГОСТ или ТУ ε_в в % записываем

7. Истинное (измеренное при реальных испытаниях) напряжение при разрыве проволоки σ₀ в н/мм 2 вписываем

Результаты расчетов:

9. Средний диаметр пружины D в мм определяем

в ячейке D12: =D3+D4 =25,000

10. Индекс пружины i вычисляем

в ячейке D13: =D12/D3 =10,000

Внимание! Важно чтобы выполнялось условие 4 ≤ i ≤ 12.

11. Угол подъема витка пружины α в радианах рассчитываем

в ячейке D14: =ATAN (D5/(ПИ()*D12)) =0,095

12. Коэффициент η вычисляем

в ячейке D15: =(D9/D7-1)/(D10-D8) =0,063

13. Параметр ξ вычисляем

в ячейке D16: =1/6+(COS (D14))^2*D15/(10*D13) =0,167

14. Диаметр оправки D_о в мм рассчитываем

в ячейке D18: = D4-32*(1- (D5/(ПИ()*D12))^2)*D7*D13*D12* D16/(ПИ()*D6) =19,359

15. Коэффициент, уточняющий диаметр оправки относительно внутреннего диаметра пружины k вычисляем

в ячейке D17: =D18/D4 =0,860

Расчет №3.

Продолжаем расчет в Excel и на листе «Расчет №3» составляем еще одну программу, с помощью которой будем вычислять диаметр оправки для навивки пружины из проволоки прямоугольного сечения.

Исходные данные:

1. Ширина проволоки b в мм записываем

2. Высота проволоки h в мм записываем

3. Внутренний диаметр пружины D₂ в мм вписываем

4. Модуль упругости (модуль Юнга) материала проволоки E в кг/мм2 заносим

5. Предел текучести материала проволоки [σ_т] в кг/мм 2 вводим

Результаты расчетов:

6. Средний радиус пружины R в мм определяем

в ячейке D9: =(D4+D5)/2 =12,500

7. Изгибающий момент M в кг*мм будем считывать

в ячейке D10: пока оставляем ячейку пустой

8. Параметр р будем вычислять

в ячейке D11: =(1/D9+12*D10/(D3*(D4^3)*D6))^2*(¼-D10/(D3*(D4^2)*D7)) — (1/3*(D7/(D6*D4))^2)

Для дальнейшей корректной работы необходимо настроить программу Excel.

Выбираем: «Сервис» – «Параметры…» — «Вычисления».

Устанавливаем в открывшемся окне «Параметры» на закладке «Вычисления»:

Предельное число итераций: 10000

Относительная погрешность: 0,000000001

Для расчета изгибающего момента M воспользуемся сервисом «Подбор параметра…». Значение момента M определяется из представленного выше уравнения при p =0.

Выбираем: «Сервис» – «Подбор параметра…».

В выпавшем окне «Подбор параметра» заполняем окошки так, как на скриншоте слева.

Выпадает окно «Результат подбора параметра». Если оно выглядит так, как на скриншоте слева, то жмем ОК и считываем значение изгибающего момента M в кг*мм

в ячейке D10: =468,335

Более подробно о примененном способе решения громоздкого нелинейного уравнения можно прочитать в статье «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!».

9. Средний радиус навивки R_н в мм вычисляем

в ячейке D12: =((¼-D10/(D3*D4^2*D7))/(1/3*(D7/(D6*D4))^2))^0,5 =11,536

10. Диаметр оправки D_o в мм вычисляем

в ячейке D14: =(D12-D4/2)*2 =20,573

11. Коэффициент, определяющий диаметр оправки относительно внутреннего диаметра пружины k вычисляем

в ячейке D13: =D14/D5 =0,914

Заключение.

Навивка пружины не такое простое дело, как кажется на первый взгляд! Но теперь у вас «на вооружении» есть три аналитических метода расчета диаметра оправки при навивке пружины, хотя практика потребует к ним корректив.

Я во всех трех рассмотренных расчетах в качестве примера брал одну и ту же (или очень близкую) пружину.

Коэффициент уменьшения диаметра оправки относительно внутреннего диаметра пружины получился при расчетах по разным методикам: k₁= 0,914; k₂= 0,860; k₃= 0,914.

Среднее значение для круглой проволоки: k_ср= 0,887±3%. Погрешность очень незначительная!

В завершении статьи хочу сказать о том, что немного измененную расчетную методику №3 мне доводилось использовать на практике для определения изгибающего момента при рулонировании карт вертикальных цилиндрических стальных резервуаров, где так же, как и проволока при навивке пружины, упругопластическому изгибу подвергается сечение стенки.

О том, как быстро и просто выполнить силовой и геометрический расчет пружины прочитайте в статье: «Расчет пружины сжатия».

Подписывайтесь на анонсы статей в окне, расположенном в конце каждой статьи или в окне вверху страницы.

Не забывайте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (может прийти в папку «Спам»).

Смелее оставляйте ваши комментарии, уважаемые читатели! Ваш опыт и мнение будут интересны и полезны коллегам.

Источник

Навивка пружин в СПБ

На нашем сайте можно заказать навивку пружин по лучшим ценам в Санкт Петербурге.

Заключаем двусторонний договор, Выполняем его условия в любых ситуациях.

Исполнители – высококвалифицированные мастера с опытом работы в сфере металлообработки от 10 лет.

Изготавливаем разные виды деталей: шпильки, шайбы, гайки, в том числе правую, левую навивку пружин горячим, холодным способами на современных станках.

Стоимость навивки пружин

В таблице представлены средние цены на изготовление различных пружин. Точная цена зависит от времени, сложности работ и используемого оборудования.

Примеры навивки пружин

Оперативный расчет стоимости

в виде файлов AutoCad, КОМПАС и других, в виде чертежа, в виде рисунка, в виде образца, в виде письменного технического задания, в виде устного технического задания.

Приложите файлы и мы бесплатно просчитаем стоимость выполнения работы.

Что представляет собой навивка пружин?

Пружина – упругий элемент, входящий в состав многих механизмов и конструкций. В процессе использования на пружину воздействуют растяжением, сжатием, кручением, изгибом.

Она растягивается или сжимается, скручивается, накапливая при этом энергию. После завершения воздействия — возвращается в исходное состояние.

Изготовление пружин происходит в несколько этапов.

1.Первым по счету и очень важным в процессе навивки пружин является этап планирования, проектирования и расчета пружины.

На этом этапе определяют габариты изделия, диаметр навивки, толщину прута или проволоки, шаг витка, количество витков и основные эксплуатационные характеристики, подбирают материал.

2.Навивка пружин осуществляется на современном высокоточном пружинно-навивочном оборудовании с числовым программным управлением.

Навивка пружин производится в горячем или холодном состоянии. При толщине прута до 10 мм. навивка осуществляется исключительно в холодном состоянии.

Холодная навивка возможна только для металлических прутов и проволоки диаметром до 16 мм, проволока и пруты большего диаметра должна быть подвергнуты нагреву, чтобы избежать риска появления внутренних и внешних дефектов, таких как трещины и т. п.

Холодная навивка пружины начинается с подготовки торцевого края проволоки, его поверхность стачивают или сплющивают для закрепления в направляющем валу. Когда торец прута надежно закреплен, второй вал начинает вращательное движение и накручивает на себя прут. Скорость движения вала определяет шаг витка будущей пружины.

Навив необходимое число оборотов, проволоку обрезают. Далее следует механическая обработка торцов изделия, придание им нужной формы.

Горячая навивка пружины отличается тем, что проволоку нагревают до мягкого состояния.

Навивка раскаленной проволоки или прута производится на всю их длину, а обрезается в размер уже после снятия с вала.

3.Завершает процесс создания изделия — термообработка. Отпуск производится при температуре от 200 до 500 градусов по Цельсию в течение нескольких часов.

С помощью отпуска удаётся избавиться от внутреннего напряжения, полученного в процессе навивки.

4.Далее, следует механическая очистка, шлифовка и нанесение внешнего покрытия для транспортировки или защиты детали в процессе эксплуатации.

Источник

Навивка пружины на токарном станке

Особенности технологии

Технологический процесс изготовления упругих элементов зависит от технических требований, предъявляемых к конструкции. Сделать пружину не так просто, как обычную деталь, которая не должна обладать особыми упругими свойствами. Для этого требуется специальное оборудование и оснастка.

Навивка пружин с круглым сечением витка проводится следующими методами:

Технология навивки пружины

После навивки упругие элементы подвергают различным видам термообработки. В ее ходе изделие приобретает заданные свойства.

Горячий метод изготовления

Навивки пружин на токарных станках таким методом доступны для изготовления изделий из пруткового материала диаметром 10 мм и более. Технологический процесс при этом состоит из ряда этапов:

Нагрев заготовки выполняется в короткое время, при этом должно выполниться обязательное условие – равномерный по всему объему прогрев. Для горячей навивки требуется инструмент и оснастка (оправка, молотки, клещи, клинья и т. д.). Все перечисленное навивщику нужно иметь под рукой при выполнении работ по изготовлению пружин. Оправка нужна для навивки пружин на токарных станках, а с помощью клина крепится заготовка на ней. Клещи имеют форму губок обеспечивающих удержание, установку и поворот детали.

В процессе работы нужно руководствоваться технологическими инструкциями, которые обеспечат получение качественных изделий. С целью снижения отходов при изготовлении коротких изделий на оправку укладывается длинная спираль, т. е. делается заготовка на несколько деталей. Процесс навивки пружин на токарных станках большого размера включает практически те же этапы операции, что применяют для средних и мелких заготовок.

Как сделать пружину своими руками

Пружину, которая будет долго служить и максимально эффективно выполнять свои задачи, можно изготовить не только на производстве.

Да, там есть возможность полностью соблюсти весь производственный процесс, все его параметры, правильно выбрать характеристики всех технологических процессов (например, температуру закалки).

Однако простую пружину для механизма, который работает в щадящем режиме, можно сделать и своими руками.

Для этого понадобятся следующие материалы:

Что такое коническая пружина?

Структура аксессуара такова, что у основания витки его больше, чем у вершины. При этом размеры и плотность витков могут отличаться. Существуют и такие нестандартные решения, у которых наиболее широкая точка находится в центре, а к краям она сужается.

Еще одно уникальное свойство, которым обладает изделие, — легкость сжатия при достаточно крупных витках. Это обуславливает сферы применения приспособления. Ведь оно дает точную и достаточно широкую возможность регулирования сопротивления при сжатии.

Следующая важная характеристика детали – повышенная устойчивость на боковых изгибах. Она необходима, так как изделия нередко используются в ситуациях, требующих предельного сжатия. При этом гильзы или удерживающие стержни типа шпилек ГОСТ 22034 применять нельзя.

Для размещения заявки свяжитесь с нами по телефону: (383) 284 44 40

Технология холодной навивки без закалки

Сначала необходимо сделать подготовительные операции. Перед тем, как из проволоки навивать заготовку, ее подвергают процедуре патентирования. Она заключается в нагреве материала до температуры пластичности. Такая операция готовит проволоку к предстоящему изменению формы.

В ходе операции навивки должны быть выдержаны следующие параметры:

Холодная навивка без отпуска

Далее проводится стачивание концевых витков до плоского состояния. Это необходимо сделать для обеспечения качественного упора в другие детали конструкции, предотвращения их разрушения и выскальзывания пружины.

Следующий этап технологического процесса — термообработка. Холодная навивка пружин предусматривает только отпуск при низких температурах. Он позволяет усилить упругость и снять механические напряжения, возникшие в ходе навивки.

После термообработки необходимо сделать испытательные и контрольные операции.

Далее по необходимости могут наноситься защитные покрытия, предотвращающие коррозию. Если они наносились гальваническим методом, изделия подвергаются повторному нагреву для снижения содержания водорода в приповерхностном слое.

Горячий метод изготовления

Навивки пружин на токарных станках таким методом доступны для изготовления изделий из пруткового материала диаметром 10 мм и более. Технологический процесс при этом состоит из ряда этапов:

Нагрев заготовки выполняется в короткое время, при этом должно выполниться обязательное условие – равномерный по всему объему прогрев. Для горячей навивки требуется инструмент и оснастка (оправка, молотки, клещи, клинья и т. д.). Все перечисленное навивщику нужно иметь под рукой при выполнении работ по изготовлению пружин. Оправка нужна для навивки пружин на токарных станках, а с помощью клина крепится заготовка на ней. Клещи имеют форму губок обеспечивающих удержание, установку и поворот детали.

В процессе работы нужно руководствоваться технологическими инструкциями, которые обеспечат получение качественных изделий. С целью снижения отходов при изготовлении коротких изделий на оправку укладывается длинная спираль, т. е. делается заготовка на несколько деталей. Процесс навивки пружин на токарных станках большого размера включает практически те же этапы операции, что применяют для средних и мелких заготовок.

ПРУЖИНУ — НА ТОКАРНОМ?

Основная деталь приспособления — труба с продольным пазом. Она крепится в задней бабке станка или в кронштейне, установленном на станине, оборудованной передней бабкой и снабженной двигателем.

В продольный паз трубы-направляющей вставлен челнок со втулкой, диаметр которой чуть меньше внутреннего диаметра трубы. Это позволяет челноку свободно перемещаться вдоль паза. Сквозь челнок под углом к осевой его втулки пропущена подающая трубка, через которую и пропускается проволока. А навивается она на стержень-оправку, проходящую внутри трубы через втулку челнока. В зависимости от желаемого диаметра изготовляемой пружины стержень может использоваться тоже разного диаметра. Одним концом он крепится во втулке, установленной подвижно, на подшипнике, в торце трубы. А другим зажимается вместе с концом проволоки в цанговом патроне передней бабки станка. Цанги тоже могут заменяться в зависимости от выбираемого диаметра стержня-оправки.

Работает приспособление следующим образом. Рукояткой патрона разводятся цанги, и в них зажимается оправка с концом проволоки, пропущенной через челнок. При включении двигателя через редуктор, обеспечивающий на шпинделе 530, 760, 990 и 1420 об/мин, проволока начинает наматываться на оправку, причем каждый новый виток упирается во втулку челнока, перемещая его вдоль трубы и тем самым обеспечивая равномерную навивку новых витков.

Приспособление для навивки пружин:

1 — станина, 2 — задняя бабка, 3 — торцевая втулка, 4 — стержень-оправка, 5 — навиваемая пружина, 6 — рукоятка цангового патрона, 7 — шпиндель, 8 — редуктор, 9 — рубочное устройство

Стол-тележка с приспособлением:

1 — ручка, 2 — барабан с проволокой, 3 — выдвижной стул.

После проходки челноком всего па-за трубы-направляющей поворотом ручки патрона освобождаются цанги, пружина слегка раскручивается и челноком сдвигается через полый шпиндель, легко сходя с оправки. Затем ручкой патрона снова зажимаются цанги, и цикл повторяется, Благодаря этому длина навиваемой пружины может быть неограниченной При необходимости же имеется возможность отрубить пружину нужной длины — для этого слева от двигателя есть специальное рубочное устройство.

Помимо использования приспособления на токарном станке, возможно и изготовление специального несложного пружинонавивочного стола, оборудованного, кроме всех основных элементов, еще и выдвижным стулом, а также подающим барабаном с проволокой.

Внедрение такого приспособления намного увеличивает производительность труда, повышает качество продукции и дает немалый экономический эффект.

Особенности процесса завивки

Полученные после навивки пружины при эксплуатации, находятся в режиме многочисленных повторяющихся нагрузок. Поэтому они должны иметь высокие характеристики по упругости, в процессе работы выдерживать большое количество повторных загрузок без осадки и поломок. Первое означает, что пружины после нагрузки должны быстро восстанавливать заложенную форму и размеры. Практика показывает, что долговечность продукта, изготовленного на станке, напрямую зависит от качества и чистоты обработки проволоки. На поверхности пружин не должны быть царапины, волосовины, риски и другие дефекты, т. к. они приводят к резкому снижению эксплуатационных качеств изделия.

Важным моментом для навивки пружин считается использование оправок (приспособлений), они предупреждают коробление в момент закалки и при отпуске. Даже если деталь покоробилась при закалке, исправить ситуацию можно насадив ее перед процедурой отпуска на оправку. У пружин большого размера дефект, полученный при закалке трудно исправить, т. к. в этом случае затруднена фиксация на оправке. Чтобы этого не случалось нужно термообработку заготовки проводить уже на ней.

Приспособление для навивки пружин на токарном станке

При любом из двух способов навивки пружин на токарных станках должны обеспечиваться следующие параметры:

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Расчет №2.

На листе «Расчет №2» составляем программу, которая вычислит диаметр оправки, учитывая реальные (измеренные) прочностные свойства материала круглой проволоки.

Исходные данные:

1-3. Заполняем ячейки D3…D5 теми же данными, что и в предыдущем расчете.

4. Модуль упругости (модуль Юнга) материала проволоки E

в ячейку D6: =215000

5. Предел прочности материала проволоки из таблицы соответствующего ГОСТа или ТУ σв

6. Относительное удлинение при разрыве материала проволоки по ГОСТ или ТУ εв

7. Истинное (измеренное при реальных испытаниях) напряжение при разрыве проволоки σ

8. Истинное относительное удлинение при разрыве ε0

Результаты расчетов:

9. Средний диаметр пружины D

в ячейке D12: =D3+D4 =25,000

10. Индекс пружины i

в ячейке D13: =D12/D3 =10,000

Внимание! Важно чтобы выполнялось условие 4≤i≤12.11. Угол подъема витка пружины α

в радианах рассчитываем

в радианах рассчитываем

в ячейке D14: =ATAN (D5/(ПИ()*D12)) =0,095

в ячейке D15: =(D9/D7-1)/(D10-D8) =0,063

необходимо разорвать образец из проволоки в лаборатории и определить реальные значенияσи ε0. Если фактических замеров нет, то для проволоки по ГОСТ9389-75 при теоретических расчетах можно принять:η=0,08.13. Параметр ξ

в ячейке D16: =1/6+(COS (D14))^2*D15/(10*D13) =0,167

14. Диаметр оправки Dо

в ячейке D18: =D4-32*(1- (D5/(ПИ()*D12))^2)*D7*D13*D12* D16/(ПИ()*D6) =19,359

)*[σв]*i*D*ξ/(π*E)15. Коэффициент, уточняющий диаметр оправки относительно внутреннего диаметра пружины k

в ячейке D17: =D18/D4 =0,860

Закалка изделия

Тому, кто интересуется, как сделать пружину самому, опытные мастера советуют также уделить внимание ее закаливанию. Данная процедура заключается в термической обработке изделия с целью придать ему требуемую упругость

Пружина, прошедшая закалку, по сравнению со своим первоначальным состоянием становится гораздо тверже и прочнее. Термообработка выполняется в специальных печах при температуре от 830 до 870 градусов. Справиться с этой работой можно также и в домашних условиях при помощи обычной газовой горелки. Поскольку температурные датчики в таких устройствах обычно отсутствуют, домашнему умельцу контролировать процесс придется визуально. В качестве ориентира можно использовать цвет раскаляемого изделия. Металл при нагреве до 800 градусов становится вишнево-красным. Это значит, что вынимать изделие из печи пока рано. Если пружина достаточно нагрелась (870 градусов), она станет светло-красной. Теперь ее следует охладить. Для этой цели подойдет трансформаторное или веретенное масло. В специальных заводских термических печах металлы подвергаются нагреву до 1050 градусов. Изделия при таком температурном режиме приобретают оранжевые оттенки.

Требования к материалу

Прочностные параметры и отказоустойчивость изделия во многом определяются материалом, из которого его решили сделать. Металлурги выделяют в классификации сталей специальные рессорно-пружинные стали. Они обладают специфической кристаллической структурой, определяемой как химическим составом, так и проводимой термической обработкой изделий. Высоколегированные сплавы повышенной чистоты и высокого металлургического качества обеспечивают высокую упругость и пластичность, способны сохранять свои физико-механические свойства после многократных деформаций.

Популярность среди конструкторов механизмов приобрели пружинные сплавы 60С2А, 50ХФА и нержавейка 12Х18Н10Т

Используемое оборудование и оснастка

Чтобы сделать упругий элемент, требуется специализированное оборудование. Это навивочные станки. Сделать деталь можно и на обычном токарном станке, но потребуется его дооборудование специальной оснасткой. Средние и крупные серии изготавливают на полуавтоматических установках, работающих с минимальным вмешательством оператора. Сделать пружину из проволоки можно и вручную. Для этого также потребуется специальная оснастка.

На следующем этапе механической обработки торцы шлифуются на торцешлифовочных станках. При единичном производстве или малых сериях это можно сделать шлифовальном круге.

Термообработка проводится с применением оправок, предотвращающих деформацию изделия, в специализированных печах для закалки и отпуска. Обе операции можно сделать и в универсальной печи.

Используемое оборудование и оснастка

Для контроля качества используются нагрузочные установки и измерительные комплексы. При единичном производстве измерения можно сделать и универсальным инструментом.

Завершающий этап

После процедуры закаливания пружину следует сжать и оставить в таком положении на двое суток. Затем, используя точильный станок, обрабатываются ее концы. Это придаст кустарному изделию требуемый размер. После выполнения всех вышеперечисленных действий пружина считается готовой к эксплуатации. Как утверждают специалисты, кустарные самоделки не сравнить с аналогичными изделиями заводского производства.

Тем не менее нестандартные пружины широко используются в различных механизмах. Если их эксплуатировать в щадящем режиме, то пружины прослужат достаточно долго.

Пружины – упругие элементы конструкций, служащие для накопления или рассеяния механической энергии. Они окружают нас со всех сторон — под клавишами клавиатуры компьютера, в подвеске автомобиля и в подъемном механизме дивана. Наиболее распространены витые пружины сжатия. Существует несколько способов сделать их.

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:

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:

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

Расчет №3.

Продолжаем расчет в Excel и на листе «Расчет №3» составляем еще одну программу, с помощью которой будем вычислять диаметр оправки для навивки пружины из проволоки прямоугольного сечения.

Исходные данные:

1. Ширина проволоки b в мм записываем

2. Высота проволоки h в мм записываем

3. Внутренний диаметр пружины D₂ в мм вписываем

4. Модуль упругости (модуль Юнга) материала проволоки E в кг/мм2 заносим

5. Предел текучести материала проволоки σ_т в кг/мм2 вводим

Результаты расчетов:

6. Средний радиус пружины R в мм определяем

в ячейке D9: =(D4+D5)/2 =12,500

7. Изгибающий момент M в кг*мм будем считывать

в ячейке D10: пока оставляем ячейку пустой

8. Параметр р будем вычислять

в ячейке D11: =(1/D9+12*D10/(D3*(D4^3)*D6))^2*(¼-D10/(D3*(D4^2)*D7)) — (1/3*(D7/(D6*D4))^2)

Для дальнейшей корректной работы необходимо настроить программу Excel.

Выбираем: «Сервис» – «Параметры…» — «Вычисления».

Устанавливаем в открывшемся окне «Параметры» на закладке «Вычисления»:

Предельное число итераций: 10000

Относительная погрешность: 0,000000001

Для расчета изгибающего момента Mвоспользуемся сервисом «Подбор параметра…». Значение момента M определяется из представленного выше уравнения при p=0.

Выбираем: «Сервис» – «Подбор параметра…».

В выпавшем окне «Подбор параметра» заполняем окошки так, как на скриншоте слева.

Выпадает окно «Результат подбора параметра». Если оно выглядит так, как на скриншоте слева, то жмем ОК и считываем значение изгибающего момента M в кг*мм

в ячейке D10: =468,335

Параметр р, который должен быть равен 0, вычислен

Более подробно о примененном способе решения громоздкого нелинейного уравнения можно прочитать в статье «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!».

9. Средний радиус навивки R_н в мм вычисляем

в ячейке D12: =((¼-D10/(D3*D4^2*D7))/(1/3*(D7/(D6*D4))^2))^0,5 =11,536

10. Диаметр оправки D_o в мм вычисляем

в ячейке D14: =(D12-D4/2)*2 =20,573

11. Коэффициент, определяющий диаметр оправки относительно внутреннего диаметра пружины k вычисляем

в ячейке D13: =D14/D5 =0,914

Изготовление пружин и рессор

В тракторах и сельскохозяйственных машинах широко применяются цилиндрические винтовые пружины сжатия и растяжения из проволоки круглого сечения (рис. 24). Обычно пружины изготовляются из проволоки диаметром от 1,5 до 10 мм. По точности изготовления пружины делятся на три группы. К первой группе относятся пружины с допускаемыми отклонениями по силам и упругим перемещениям ± 5 %, ко второй группе – ± 10 % и к третьей группе – ± 20 %. В сельскохозяйственных машинах, как правило, применяются пружины 3 группы точности. Пружины клапанов двигателей, регуляторов топливных насосов, перепускных клапанов гидросистем тракторов изготовляются по 1 и 2 группам точности.

Рис. 24. Типы пружин:

а – сжатия; б – растяжения

Пружины сжатия навиваются открытой навивкой с шагом, обеспечивающим просвет между витками на 10…20 % больше расчетных осевых упругих перемещений каждого витка. Расчетное осевое упругое перемещение витка определяется при максимальной рабочей нагрузке. Концевые витки поджимаются к соседним виткам, а торцевые поверхности пружины шлифуются перпендикулярно ее оси. Этим достигается передача нагрузки на пружину вдоль ее оси.

Пружины растяжения снабжаются прицепами для передачи усилия на пружины. Часто прицепы выполняются в виде отогнутых витков. Пружины растяжения навиваются закрытой навивкой таким образом, чтобы было обеспечено начальное натяжение (давление между витками). Это натяжение выбирается равным 1/4…1/3 от предельной силы, при которой испытывается пружина.

Во избежание искривления оси пружины сжатия под нагрузкой (потеря продольной устойчивости) длина пружины обычно не превышает 4…6 наружных диаметров Длина пружины растяжения конструктивно не ограничивается.

Пружины изготовляются из высокоуглеродистых сталей 65 и 70 и легированных сталей 65Г, 60С2А, 50ХФА и др. Холоднотянутые углеродистые стали 65 и 70 обладают в состоянии поставки механическими свойствами, позволяющими применять их без закалки (твердость 255…285 НВ). После изготовления пружины из этих сталей подвергаются только отпуску для снятия напряжений, возникающих в процессе волочения и навивки в холодном состоянии. Пружины, изготовленные из горячекатаных и отожженных сталей, подвергаются закалке и отпуску до твердости 40…50 HRC.

Источник