Пружины сжатия. Конструкции | Студия аппаратного педикюра
Студия аппаратного педикюра

Пружины сжатия. Конструкции

Для правильной работы пружин сжатия большое значение имеет конструкция конечных витков. Форма конечных витков должна отвечать следующим условиям:

— поверхность контакта между конечными витками и опорными деталями должна быть плоской и перпендикулярной к оси пружины во избежание точечного приложения нагрузки;

— площадка контакта должна по возможности представлять собой полное кольцо во избежание внецентренного приложения нагрузки;

— конструкция конечных витков должна обеспечивать правильное центрирование пружины и опорных деталях.

На рис. 858, I показана ошибочная заправка конца пружины путем простой обрубки витка. При этой форме получается точечное и внецентренное приложение силы; пружина испытывает изгиб, перекашивается или односторонне выпучивается (в зависимости от взаимного углового расположения обрубленных концов на обеих сторонах пружины). Центрирование пружины затруднено.

Неправильна и конструкция на рис. 858, II, где выступающий конец купить пружину сжатия сошлифован на плоскость. Площадка контакта ограничена; ее протяженность зависит от угла наклона витков пружины в случае, изображенном на рисунке, угол контакта равен 180°). Приложение силы эксцентричное; висящий тонкий «ус» витка подвержен излому.

Способы заправки концов пружин

В конструкции из рис. 858, III крайний виток отогнут на плоскость. На первый взгляд конструкция приближается к условию создания плоского контакта большой угловой протяженности. Ошибочность конструкции выясняется, если учесть условия работы пружины под нагрузкой. С приложением нагрузки угол наклона витков уменьшается, в результате чего обрубленный конец (а) пружины приподнимается над плоскостью контакта, нагрузка сосредоточивается в одной точке; участок витка, расположенный под обрубленным концом, работает на изгиб.

В конструкции на рис. 858, IV конечные витки пружины осажены до соприкосновения друг с другом, торец пружины сошлифован на плоскость. Протяженность площадки контакта в этом случае ограниченная; ее величина зависит от угла наклона витков и резко уменьшается с увеличением этого угла.

Создать контакт по полной окружности можно только в том случае, если придать осаженным виткам уклон, отличный от уклона рабочих витков пружины, определяемый из условия

Prujyny sjatija konstr 2

(D — средний диаметр пружины; d — диаметр проволоки). Иначе говоря, в продольном сечении по осаженным виткам ось витков с одной стороны сечения должна находиться против точки соприкосновения витков по другой стороне сечения.

На рис. 858, V показан случай, когда осаженный виток сошлифован наполовину диаметра (считая от точки соприкосновения с ближайшим рабочим витком пружины). Поверхность контакта получается замкнутой; она проходит, с одной стороны, по осаженному витку (заштрихованное поле на нижней проекции), а с другой стороны, захватывает рабочий виток (светлое поле на нижней проекции). Таким образом, рабочий виток в данном случае оказывается сильно ослабленным.

Во избежание ослабления рабочего витка нужно осадить по крайней мере один полный виток (рис. 858, VI). Тогда площадка контакта располагается целиком на осаженном витке (заштрихованное поле на виде сверху); ближайший рабочий виток работает полным сечением. Ослабление осаженного витка не имеет значения, так как он опирается по всей длине на близлежащий рабочий виток.

Тонкий «ус» (а) осаженного витка (рис. 858, VI, нижняя проекция) нежелателен, так как он может сломаться при работе. На практике его всегда удаляют на дуге 90° от конца витка (рис. 859), несмотря на возникающий при этом некоторый эксцентриситет опорной поверхности.

Обрубка тонкого конца последнего витка пружины

Минимальная высота осаженного витка (в месте обрубки) получается равной 0,25d. Обрубленный конец закругляют со всех сторон.

Осаженные витки практически не участвуют в работе пружины и не влияют на упругие характеристики пружины. Их называют нерабочими (или опорными) витками в отличие от рабочих витков, подвергающихся деформации под нагрузкой.

Поскольку число рабочих витков определяет упругую характеристику пружины, важно четко разграничить рабочие и опорные витки. Отличительный признак опорных витков состоит в том, что опорные витки не совершают перемещений относительно поверхностей, на которые опирается пружина. Опорные витки свободного конца пружины перемещаются вместе с опорной тарелкой, опорные витки неподвижного конца пружины неподвижны. Границей между рабочими и опорными витками принято считать точку (а), т. е. точку начала соприкосновения витков в свободном состоянии пружины (рис. 860).

К определению границы между рабочими и опорными витками

Числом опорных витков iоп принято считать число осаженных витков, начиная с точки (а) и кончая точкой, где последний виток сходит на нет, выходя на шлифованный торец пружины; обрубаемый ус последнего витка включают в число опорных витков.

Разграничение это носит довольно условный и не вполне определенный характер, во-первых, потому, что уловить точку начала соприкосновения витков (а) довольно затруднительно в силу незначительности угла ϕ расхождения осаженного и рабочего витков; во-вторых, потому, что точка (а) при сжатии пружины перемещается в сторону рабочих витков. Вследствие этого фактическое число опорных витков по мере сжатия пружины увеличивается, а число рабочих витков соответственно уменьшается.

Правильнее было бы определять число опорных витков в состоянии пружины под рабочей нагрузкой. Однако это затруднительно, и на практике довольствуются приведенным выше условным разграничением.

В случае, изображенном на рис. 860, число опорных витков согласно изложенному выше правилу равно 1,5 для каждого конца пружины или 3 для всей пружины. Число рабочих витков пружины равно 7. Общее число витков — 10.

Число опорных витков, как было указано выше, не может быть меньше 1, если желательно избежать ослабления ближайшего рабочего витка. На практике чаще всего делают 1,5 опорных витка на каждую сторону пружины. У длинных пружин и у пружин, подверженных действию циклических нагрузок, число опорных витков доводят до 2—2,5.

Отношение числа рабочих витков пружины к общему числу опорных витков не должно быть меньше 3.

Ключ к определению числа опорных витков пружины

На рис. 861, I—V показан ключ к определению числа опорных витков пружины. На рис. 862 изображены пружины в продольном сечении при различном числе опорных витков, при целом числе рабочих витков (рис. 862, I, II, III) и кратном 0,5 (рис. 862, IV—VI).

Изображение пружин

Интересно отметить, что при целом числе рабочих витков изображение сечений конечных витков пружины получается симметричным относительно поперечного сечения пружины. При числе рабочих витков, кратном 0,5, одинаковые сечения располагаются крест-накрест.

На практике с целью сокращения чертежной работы сечения пружин независимо от числа опорных витков вычерчивают упрощенно по схеме рис. 863, I, соответствующей числу опорных витков, равному 1, или, еще проще, по схеме рис. 863, II, соответствующей числу опорных витков 0,5. Действительное число опорных витков указывают в табличных данных чертежа.

Упрощенные способы изображения пружин

Осаживание опорных витков производят разными приемами. У пружин холодной навивки опорные витки осаживают после навивки вручную или в приспособлениях, состоящих из оправки со спиральной нарезкой с шагом, равным шагу рабочих витков, ввертываемой в центральную часть пружины так, что подлежащие осадке витки остаются свободными.

Обеспечить плотное смыкание опорных витков при этом способе трудно вследствие упругой отдачи витков после осадки. На практике осадка считается удовлетворительной, если просвет (s) между опорными витками не превышает 0,25 зазора (s0) между рабочими витками (рис. 864).

К определению зазора между опорными витками

Совершеннее, но технологически более сложен способ навивки с переменным шагом. На рабочем участке пружины шаг навивки делается равным шагу рабочих витков, к концам пружины шаг плавно уменьшается до величины, равной диаметру проволоки. При этом способе можно достичь плотного смыкания опорных витков и даже создать натяг между витками.

При горячей навивке осаживание производят вгорячую с доведением опорных витков до полного соприкосновения.

Центрирование пружин

При установке пружины должны быть надежно центрированы с обоих торцов (рис. 865).

При установке пружины должны быть надежно центрированы с обоих торцов

Центрирование обычно производят по внутренней поверхности витков (рис. 866, I). Центрирование по наружной поверхности (рис. 866, II) применяют только при расположении пружин в охватывающих деталях — гильзах, стаканах. Высота h центрирующего пояска должна быть равна по меньшей мере d для того, чтобы обеспечить центрирование по полной окружности пружины.

Внутреннее и наружное центрирование пружин

Из-за неточности навивки пружины центрирование делают очень свободным: между центрирующими поясками и витками пружины предусматривают зазор, равный 0,02—0,025 центрирующего диаметра. Делать центрирующие пояски высотой более h = 1,5d не рекомендуется во избежание излишнего трения между витками и центрирующими поверхностями. Зазор между поверхностями деталей, смежными с центрирующими поясками и витками пружины, должен быть не менее 0,3—0,5 мм (рис. 867, II).

Способы центрирования пружин

Особенно это важно при расположении пружин в охватывающих деталях (рис. 868), потому что диаметр пружины при сжатии увеличивается.

Центрирование пружин в охватывающих деталях

Торцы центрирующих деталей должны иметь заходный конус на случай искривления витков или возникновения поперечных колебаний витков.

Правильная заправка торцовых витков пружины включает в себя снятие фаски с внутренней поверхности витков (рис. 869, I) при центрировании пружины по внутреннему диаметру или с наружной поверхности (рис. 869, II) при центрировании по наружному диаметру.

Случаи снятия фаски с конечных витков пружины

Обычно удаляют острые углы, образующиеся при шлифовании конечного витка и ложащиеся на галтель между центрирующей цилиндрической поверхностью опорной детали и ее торцом (рис. 870, II). Катет фаски должен быть больше радиуса галтели, иначе пружина не ляжет всей опорной поверхностью на центрирующую деталь, так как остается зазор (а) (рис. 870, I). В свою очередь, радиус галтели на опорной детали должен быть меньше радиуса проволоки, для того чтобы обеспечить посадку на торец участков витка с полным круглым сечением.

К определению условия плотного прилегания опорной поверхности пружины к тарелке

Фаску снимают коническим абразивным инструментом. Последний, чтобы исключить увод фаски в сторону, центрируют по внутренней (в случае внутреннего центрирования пружины) или по наружной поверхности витков (в случае наружного центрирования).

Крепление пружины в тарелке без осадки конечных витков

На рис. 871, I изображено крепление, обеспечивающее центральное нагружение пружины без осаживания и заправки конечных витков. Первый виток (а) пружины ввертывают в спиральную канавку на опорной шайбе, шаг которой равен шагу пружины. Таким образом, первый виток опирается на шайбу по винтовой линии 360° (в плане) и перемещается при сжатии пружины вместе с опорной шайбой, т. е. приобретает свойства опорного витка. Ближайший виток (б) является рабочим витком; он свободно деформируется при сжатии пружины с соответствующими изменениями шага и угла наклона. На рис. 871, II приведена конструкция, обеспечивающая еще более равномерное нагружение витков. Как и в предыдущем случае, первый виток располагается в спиральной канавке с шагом, равным шагу витков пружины в свободном состоянии. Начиная от последней точки опоры первого витка шаг спиральной канавки увеличивается с таким расчетом, чтобы зазор (s) между последней ниткой спиральной канавки и концом второго витка пружины был равен осадке витка под полной нагрузкой. Таким образом, в начале нагружения сила воспринимается первым витком: по мере осадки пружины постепенно нагружается второй виток, и к концу нагружения сила воспринимается двумя витками.