Типы пружин: применение и руководство по выбору

Пружины — механические компоненты огромного значения для создания движения, улучшения амортизации и др. во многих изделиях. Иными словами, услуги быстрого прототипирования: 3D-печать, ЧПУ-обработка могут изготавливать разные типы пружин, применяемых в часах, мобильных телефонах и др.

Некоторые из самых широко используемых продуктов включают пружины в дизайне. Это создает необходимость знаний и выбора, что порождает потребность понять пружины и их применения. Статья рассказывает о пружинах, их преимуществах и недостатках, разных типах пружин и их применениях.

Принцип работы пружины

Начнем с основ. Пружина — устройство, накапливающее энергию при приложении силы (от нагрузки) и возвращающее энергию после снятия нагрузки. В нормальных условиях, независимо от типа пружины в изделии, пружина возвращается в исходную форму после снятия нагрузки.

Использование пружин в любом изделие основано на законе Гука. Закон Гука демонстрирует связь между «силой», приложенной к пружине, и ее эластичностью. Простыми терминами: сила, нужная для сжатия и растяжения пружины, прямо пропорциональна смещению.

Математически закон Гука: F = -kX,

F = сила, приложенная к пружине

X = смещение пружины (отрицательное значение указывает, что восстанавливающая сила направлена противоположно смещению)

k = жесткость пружины. Зависит от типа пружины и показывает жесткость.

Разные типы пружин и их применения

Пружины делаются из разных материалов, форм, функций — что требует различных применений. Пружины делятся на три главные категории, каждая с подкатегориями.

Категория 1: Спиральные пружины (Helical Springs)

Самые частые пружины в производстве. Проволока, намотанная в спираль (отсюда название) с разными поперечными сечениями, образует спиральные пружины. Виды под категории 1:

1. Пружины сжатия (Compression Springs)

Пружины сжатия — открытые спиральные пружины с постоянным диаметром витков и переменной формой, сопротивляющиеся осевому сжатию.

Простейший пример — шариковая ручка, где пружина создает «щелкающий» эффект. Также применяются в клапанах и подвесках.

2. Пружины растяжения (Extension Springs)

В отличие от пружин сжатия, пружины растяжения — закрытые спиральные пружины. Подходят для создания натяжения, накопления энергии и использования энергии для возврата пружины в исходную форму.

Простой пример — гаражные двери. Другие: тяговые рычаги, плоскогубцы, весы.

3. Пружины кручения (Torsion Springs)

Пружина кручения крепится к двум разным компонентам своими двумя концами. Это удерживает компоненты разделенными под определенным углом. Используют радиальное направление при действии силы радиально из-за вращения. Более того, ЧПУ-возможности производят кастомные двухтеловые пружины кручения в больших объемах.

4. Спиральные пружины (Spiral Springs)

Спиральные пружины изготавливаются намоткой прямоугольных металлических полос в плоские спирали. При активации накапливают разумное количество энергии и могут выпускать ее с постоянной скоростью. Постоянный выпуск делает их подходящими для механических часов, игрушек, наклоняющихся спинок сидений.

Категория 2: Листовые пружины (Leaf Springs)

Листовые пружины — пружины из прямоугольных металлических пластин, также называемых листьями. Прямоугольные пластины обычно закрепляются болтами и зажимами, основное применение — в тяжелых транспортных средствах. Разные типы листовых пружин и применения:

1. Эллиптическая листовая пружина

Соединением двух полуэллиптических пружин в противоположных направлениях образуется эллиптическая листовая пружина. Формирует эллиптическую форму. Ось и рама крепят эллиптические листовые пружины. Пружинные шаклы не нужны, так как две полуэллиптические пружины удлиняются одинаково при сжатии. Эллиптические листовые пружины применялись только в старых автомобилях, сейчас — нет.

2. Полуэллиптическая листовая пружина

Самые популярные листовые пружины в автомобилях. Из стальных листов разной длины, но одинаковой ширины и толщины. Верхний/самый длинный лист по краям — главный лист. Расположение стальных листов напоминает полуэллиптическую форму.

Один конец жестко закреплен на раме авто, другой — на шакле. Это позволяет варьировать длины и амортизировать удары на неровностях. Полуэллиптические листовые пружины требуют мало обслуживания, легко ремонтируются, долговечны.

3. Четверть эллиптической листовая пружина

Также известна как консольного типа листовая пружина, тоже старый тип. Один конец закреплен на боковом элементе рамы с помощью У-образного зажима или I-болта. Другой свободно соединен с передней осью. Когда передняя ось подвергается удару, листья выпрямляются, гася удар.

4. Три четверти эллиптической листовой пружины

Простой пример — дверная петля. При открывании двери пружина накапляет вращательную энергию; при отпускании использует накопленную энергию для возврата двери в исходное положение. Вращательный момент зависит от вращения пружины.

Эта листовая пружина — комбинация четверти эллиптической и полуэллиптической. Один конец полуэллиптической части к раме, другой — к четверти эллиптической. Другой конец четверти эллиптической к раме и голове I-болтом.

5. Поперечная листовая пружина

Поперечная листовая пружина получается поперечным монтированием полуэллиптической пружины вдоль ширины автомобиля. Расположение: самый длинный лист внизу, средняя часть закреплена на раме У-болтом. Используют две шакли. Но могут вызывать крен, делая непригодными для автомобилей.

Категория 3: Дисковые пружины (Disk Springs)

Дисковые пружины — одиночные или множественные пружины, сложенные в последовательные или параллельные пакеты. Эта конструкция позволяет поглощать высокую нагрузку в тесных пространствах. Типы дисковых пружин:

1. Пружина Бельвилля (Belleville Disk Spring)

Также известна как коническая дисковая пружина, имеет чашеобразную конструкцию. Не лежат плоско. Принимают каноническую форму, сжимаясь, позволяя выдерживать тяжелые нагрузки.

2. Изогнутая дисковая пружина (Curved Disk Spring)

Также полумесяцевидные шайбы. Создают легкое давление на сопряженную часть для сопротивления ослаблению от вибрации. Подходят для равномерного распределения нагрузок резьбовых болтов, винтов, гайк в машинах с постоянной вибрацией.

3. Щелевая дисковая пружина (Slotted Disk Spring)

Щели на внешнем и внутреннем диаметре дисковой пружины образуют щелевую дисковую пружину. Результат — рычаг, снижающий нагрузку пружины и увеличивающий дефлексию. Широкое применение в автоматических трансмиссиях, сцеплениях, перегрузочных муфтах.

4. Волноваые дисковые пружины (Wave Disk Springs)

Волновые дисковые пружины имеют множественные волны на виток и подходят для точной и предсказуемой нагрузки. Действуют как амортизатор, поглощая напряжение от осевого сжатия.

Хотите делать on-demand продукты с пружинами? RapidDirect дает one-stop solution от закупки нужных пружин, производства деталей, сборки ваших продуктов, до отправки обратно к вам в течение 3 дней на ранней стадии.

Материалы для изготовления пружин

Вопреки обычному предположению, что пружины из железа, важно знать: пружины делают из разных материалов. Типы материалов определяют свойства, типы пружин и применения. Основные материалы:

· Бериллиево-медный сплав

Пружины из этого сплава: высокая прочность, низкий ползучесть, отличная проводимость. Подходят для формирования сложных форм. Хорошо использовать медный сплав для пружин в музыкальных инструментах, измерительных приборах, пулях.

· Керамика

Керамический материал подходит для пружин при очень высоких температурах. Устойчив к абразии, воде, очень тверд. Низкий коэффициент трения и плотность.

· Одномерные стекловолоконные композитные материалы

Одномерное стекловолоконное композитное материал — армированное стекловолокно с мощной прочностью. Производители рассматривают как потенциальный материал для всех пружин.

· Резина/Уретан

Подходят для пружин с цилиндрической/неспиральной конструкцией. Безопасны и надежны, благодаря непроводящим свойствам применяются в изделиях, где всегда проблемы с магнетизмом, коррозией, вибрацией.

· Стальные сплавы

Стальная пружина — самый популярный тип. Могут усиливаться другими материалами, но в любом случае имеют отличную прочность и долговечность.

Преимущества и недостатки пружин

У пружин приятные преимущества как одной из важнейших частей многих широко используемых продуктов, но есть и недостатки. Рассмотрим по очереди.

Преимущества пружин

· Лучшая амортизация

Пружины широко применяются во многих изделиях, так как снижают эффект удара, поглощая его. При ударе пружина сжимается и расслабляется, гася его. Следовательно, пружины — важные части транспортных средств.

· Накопление энергии

Спиральная пружина — пример пружины, служащей альтернативой батарее. При приложении силы пружина генерирует энергию и выпускает ее постоянно. Это делает ее важным компонентом механических часов.

· Механизм соединения

Использование пружины может соединять две части изделия. Пример: пружины в гараже, двери, весах для соединения двух частей для функционирования.

· Стабильность изделия

За счет амортизации пружины обеспечивают стабильность изделий, использующих их. Стабильность также форма трения и снижения вибрации деталей.

Недостатки пружин

· Дорого

Добавление пружины может быть дорогим в некоторых машинах. Из-за разных типов пружин, легкости изготовления, доступности правильного материала и дизайна продукта.

· Теряют эффект со временем

Пружины теряют эффект со временем из-за одновременного сжатия и расслабления. Зависит от материала. В конечном счете перестают подчиняться закону Гука — не возвращаются в исходную форму при деформации.

Заключение

Пружины — важная часть любого изделия, подвергающегося движению. При сжатии и расширении накапливают и выпускают энергию. Выбор правильной пружины идет знанием современных типов пружин. У каждой пружины свои особенности и характеристики в зависимости от материалов, дизайна, производственного процесса. Поэтому при выборе пружины для изделия лучше учитывать вышеуказанные факторы.

RapidDirect — кастомные услуги прототипирования и производства

Есть продукт, беспокоитесь о функциональности? Почему не связаться с RapidDirect сегодня. RapidDirect предоставляет кастомные онлайн-услуги прототипирования и производства по конкурентоспособной цене. Наша команда имеет широкие знания типов быстрого прототипирования. Получите мгновенную котировку, загрузив файлы.

FAQ

Какие 3 типа пружин?

Три главных типа пружин: спиральные, дисковые и листовые. У каждого основного типа разные подтипы. Например, спиральные включают пружины кручения, растяжения, спиральные, сжатия.

Какие типы спиральных пружин?

Спиральные пружины состоят из 4 разных типов, каждый с применением. Четыре: пружина кручения, растяжения, спиральная, сжатия.

Какой самый частый тип пружины?

Самый частый тип — пружина кручения. Два конца креплены к разным компонентам для удержания их разделенными под определенным углом. Пример — дверная петля. При открывании пружина накапляет вращательную энергию; при отпускании использует накопленную энергию для возврата двери в исходное положение.