Общие сведения

Пружины и упругие элементы широко используются в конструкциях в качестве:

– силовых элементов, обеспечивающих действие определённых усилий на заданном участке пути;

– амортизаторов, воспринимающих мгновенную энергию удара и преобразующих её в энергию упругих колебаний;

– двигателей – источников энергии движения механизмов (пружины часовых механизмов);

– чувствительных элементов измерительных приборов для измерения сил.

Пружины классифицируются:

– по форме и конструкции: цилиндрические, конические, тарельчатые, кольцевые, стержневые и др.;

– по виду нагружения: растяжения, сжатия, кручения (рис. 48).и изгиба (рис. 49).

Наибольшее распространение получили цилиндрические винтовые пружины растяжения-сжатия. Благодаря простоте изготовления, компактной конструкции и хорошим рабочим качествам они нашли широкое применение в механизмах и приборах. При работе этих пружин в материалах возникают деформации и напряжения кручения. На конструкцию пружин растяжения и сжатия оказывает влияние направление действия осевой силы F. Пружины сжатия (рис. 48 б) должны иметь в ненагруженном состоянии зазор между витками, которые сближаются под действием приложенной силы F. Этот зазор должен на 10…20% превышать осевые упругие перемещения каждого витка при наибольшей внешней нагрузке. Пружину растяжения можно делать без таких зазоров. Более того, при навивке пружин растяжения на станках проволоку можно дополнительно деформировать растягивающим усилием или крутящим моментом, в результате чего витки готовой пружины растяжения плотно прижимаются друг к другу, что компенсирует частично внешнюю нагрузку. Компенсирующее усилие обычно составляет (0,25…0,3) F_пр (F_пр – предельное растягивающее усилие, при котором полностью исчерпываются упругие свойства материала пружин). Различие винтовых пружин сжатия и растяжения состоит также в конструкции концов. У пружин растяжения концы оформляют в виде зацепов, которые часто являются наиболее слабым местом пружин. Технологически прост зацеп, получаемый отгибом последних одного – двух витков пружины (рис. 48 а), однако, он значительно деформируется при нагружении и вызывает перекос пружины вследствие появляющегося эксцентриситета нагрузки.

Пружины сжатия не имеют зацепов (рис. 48 б). Их концевые витки прижимают к соседним рабочим виткам, а их опорные поверхности обрабатывают так, чтобы они составляли с осью пружины прямой угол. Прижатые друг к другу торцевые витки в работе не участвуют, поэтому они называются нерабочими, или «мёртвыми». Изготовленные таким способом пружины сжатия легко центрируются на плоскости. При правильной конструкции такие пружины не чувствительны к перегрузкам, так как при максимальной нагрузке витки смыкаются, и пружина принимает вид жёсткого цилиндра.

Пружины кручения (рис. 48 в) навивают обычно с малым углом подъёма и небольшими зазорами между витками (0,5 мм). Внешнюю нагрузку они воспринимают с помощью зацепов, образуемых отгибом концевых витков.

Плоские пружины (рис. 49), работают на изгиб. Их выполняют из упругих лент (стальных, бронзовых). Продольные оси этих пружин при всех схемах нагружения остаются плоскими кривыми. Они отличаются простотой конструкции, компактностью и в зависимости от формы и размеров могут обладать достаточной жёсткостью и высокой чувствительностью.