Из чего сделать пружину

Пружина — упругий элемент машин и различных механизмов, накапливающий и отдающий, или поглощающий механическую энергию.

Содержание

История [ править | править код ]

Исторически первыми упругими элементами применяемыми человеком считаются различные бытовые пинцеты и прищепки-зажимы, луки и удочки.

Теория [ править | править код ]

С точки зрения классической физики, пружину можно рассматривать как устройство, накапливающее потенциальную энергию путём изменения расстояния между атомами эластичного материала.

В теории упругости законом Гука установлено, что растяжение эластичного стержня пропорционально приложенной к нему силе, направленной вдоль его оси. В реальности этот закон выполняется не точно, а только при малых растяжениях и сжатиях. Если напряжение превышает определённый предел (предел текучести) в материале наступают необратимые нарушения его структуры, и деталь разрушается или получает необратимую деформацию. Следует отметить, что многие реальные материалы не имеют чётко обозначенного предела текучести, и закон Гука к ним неприменим. В таком случае, для материала устанавливается условный предел текучести.

Витые металлические пружины преобразуют деформацию сжатия/растяжения пружины в деформацию кручения материала из которого она изготовлена, и наоборот, деформацию кручения пружины в деформацию растяжения и изгиба металла, многократно усиливая коэффициент упругости за счёт увеличения длины проволоки противостоящей внешнему воздействию. Волновые пружины сжатия подобны множеству последовательно/параллельно соединённых рессор, работающих на изгиб.

Коэффициент жёсткости [ править | править код ]

Витая цилиндрическая пружина сжатия или растяжения, намотанная из цилиндрической проволоки и упруго деформируемая вдоль оси, имеет коэффициент жёсткости

k = G ⋅ d D 4 8 ⋅ d F 3 ⋅ n , <displaystyle k=<frac >^<4>> <8cdot d_<mathrm >^<3>cdot n>>,>

dD — диаметр проволоки; dF — диаметр намотки (измеряемый от оси проволоки); n — число витков; G — модуль сдвига (для обычной стали G ≈ 80 ГПа, для меди

Виды пружин [ править | править код ]

По виду воспринимаемой нагрузки:

  • пружины сжатия;
  • пружины растяжения;
  • пружины кручения;
  • пружины изгиба.

Пружины растяжения — рассчитаны на увеличение длины под нагрузкой. В ненагруженном состоянии обычно имеют сомкнувшиеся витки. На концах для закрепления пружины на конструкции имеются крючки или кольца.

Пружины сжатия — рассчитаны на уменьшение длины под нагрузкой. Витки таких пружин без нагрузки не касаются друг друга. Концевые витки поджимают к соседним и торцы пружины шлифуют. Длинные пружины сжатия, во избежание потери устойчивости, ставят на оправки или стаканы, либо используют менее габаритные волновые пружины.

У пружин растяжения-сжатия под действием постоянной по величине силы витки испытывают напряжения двух видов: изгиба и кручения.

Читайте также:  Как измерить емкость батарейки мультиметром

Пружина изгиба — применяется для передачи упругих деформаций при незначительных изменениях геометрических размеров пружины или пакета пружин (рессоры, тарельчатые пружины).Они имеют разнообразную простую форму ( торсионы, стопорные кольца и шайбы, упругие зажимы, элементы реле и т.п.)

Пружины кручения — могут быть двух видов:

  • торсионные — стержень, работающий на кручение (имеет большую длину, чем витая пружина)
  • витые пружины, работающие на кручение (как в бельевых прищепках, в мышеловках и в канцелярских дыроколах).

В приборостроении известна пружина Бурдона — трубчатая пружина в манометрах для измерения давления, играющая роль чувствительного элемента.

Основные параметры пружин [ править | править код ]

Для витых цилиндрических и конических:

  • количество витков
  • шаг витка
  • диаметр проволоки
  • предельно воспринимаемая нагрузка
  • линейная зависимость между деформацией (осадкой) пружины и нагрузкой, приложенной к ней
  • сечение ленты
  • число витков
  • число волн на виток
  • коэффициент жёсткости
  • предельная нагрузка

также усталостные характеристики материалов.

Материал и технология изготовления [ править | править код ]

Пружина может быть изготовлена из любого материала, имеющего достаточно высокие прочностные и упругие свойства (сталь, пластмасса, дерево, фанера, даже картон).

Материал различных резин имеет упругие свойства не требующие придания ей особой формы и часто применяется в прямом виде, однако из-за менее определённых характеристик в точных машинах используется реже.

Стальные пружины общего назначения изготавливают из высокоуглеродистых сталей (У9А-У12А, 65, 70), легированных марганцем, кремнием, ванадием (65Г, 60С2А, 65С2ВА). Для пружин, работающих в агрессивных средах, применяют нержавеющую сталь (12Х18Н10Т), бериллиевую бронзу (БрБ-2), кремнемарганцевую бронзу (БрКМц3-1), оловянноцинковую бронзу (БрОЦ-4-3), титановые (ВТ-16) и никелевые сплавы (A-286, INCONEL, ELGILOY).

Небольшие пружины можно навивать из готовой проволоки, в то время как мощные изготавливаются из отожжённой стали и закаляются уже после формовки.

Применение пружин [ править | править код ]

Пружина — один из самых широко применяемых элементов механизмов, конструкций, приборов. Используется для компенсации размерных неточностей, износа, снятия вибраций, как накопитель энергии, для простого измерения давления, веса, усилий и ускорений; предохранения от ударов и перегрузок.

В канцелярских товарах [ править | править код ]

  • скрепки и канцелярские прищепки
  • авторучки и механические карандаши
  • степлеры и дыроколы

В строительстве [ править | править код ]

  • Простейшие доводчикибез гасителей для калиток и дверей интенсивного пользования, в холодном климате для тамбуров.
  • В возвратных механизмах ручных жалюзи, роликовых ставен и тяжелых секционных ворот.
  • В клапанах направления движения в общественных местах.
  • В лифтовых буферах.
  • В строениях и конструкциях на неустойчивых грунтах, в геологически активных местностях, как гаситель сейсмических волн.

В пресс-формах и штампах [ править | править код ]

В пресс-формах и штампах применяются пружины сжатия с прямоугольным сечением проволоки, они называются инструментальными пружинами. Благодаря прямоугольному сечению проволоки, пружина имеет более жесткие пружинные свойства при относительно небольших размерах, что очень удобно для размещения их в пресс-формы и штампы.

В огнестрельном оружии [ править | править код ]

  • Боевая пружина, возвратная пружина, пружина магазина
  • В симуляции оружия, оружие для страйкбола — пружина обычно используется для выталкивания снаряда в пружинно-поршневых винтовках.
Читайте также:  Насосы для перекачки дизельного топлива 12 вольт

В механизмах постоянной силы [ править | править код ]

Конструкция механизма или самой пружины обеспечивает постоянное усилие на грузонесущем элементе в определенном диапазоне перемещения.

  • Опоры постоянного усилия для трубопроводов
  • Роликовые пружины постоянного усилия или момента
  • Уплотнения трубопроводной арматуры
  • Заданная нагрузка для плавающих подшипников

Пружины очень часто используются при создании различных механизмов и конструкций. Их изготовлением занимаются специальные производства, поскольку только соблюдение всех технологических процессов может обеспечить нормальное функционирование пружины.

Тем не менее, изготовление пружин возможно и в домашних условиях. Для этого понадобиться изготовить несложное приспособление и подобрать правильный материал.

Чтобы пружин отвечала необходимым требованиям, необходимо правильно выбрать материал. На производстве обычно используют сплавы цветных металлов, а также специальную легированную проволоку. Можно сделать маленькую пружину из другой пружинки, имеющей большей диаметр и размер.

Кроме того, необходимо подготовить оборудование и инструменты:

  • газовая горелка для разогрева проволоки перед намоткой и последующего нагрева перед закалкой. В домашних условиях можно воспользоваться обычной газовой плитой, если снять с нее конфорки;
  • тиски для фиксации оправки и слесарный инструмент;
  • печь, пригодная для термической обработки пружины.

Если вы хотите изготовить пружину из проволоки, толщина которой менее 2 мм, то можно обойтись и без термической обработки. Скрутить пружину из более толстой проволоки без нагрева будет достаточно сложно.

Процесс изготовления

Чтобы изготовить проволоку нужного диаметра, потребуется взять оправку чуть меньшего размера. Это связано с тем, что после снятия пружины, она немного увеличивается в диаметре.

Все работы можно разделить на несколько этапов:

  1. Подготовка проволоки к намотке. Для получения лучшего результата, проволоку необходимо прокалить в печи. Металл должен раскалиться до красна, не вынимайте его до полного остывания.
  2. Проволоку необходимо намотать на оправку. Витки должны плотно прилегать друг к другу.
  3. Чтобы пружина сохранила форму, ее следует закалить. Для этого ее нагревают до светло-красного цвета, а затем опускают в техническое масло. Можно использовать трансформаторное или веретенное масло.
  4. После проведения закалки пружину нужно зафиксировать в сжатом положении и оставить ее на один или два дня.

У готовой пружины следует обточить концы на точильном круге, после этого работы по изготовлению пружины можно считать законченными.

Если у вас возникла необходимость в небольшой пружине, то ее можно изготовить самостоятельно. Но более крупные экземпляры лучше приобретать в специализированных магазинах.

Как Сделать Пружину Своими Руками из Проволоки смотрим в видео:

При создании различных устройств очень полезно иметь под рукой пружины. Само собой возникает вопрос: сколько, какого типа и размера могут понадобиться в следующий раз и как сделать пружину своими руками?

При этом иногда возникает ситуация, когда сложно найти пружину, которая идеально соответствует твоим требованиям. Так почему бы не сделать свою собственную?

Создание пружин может показаться пугающим, но при помощи базового инструмента и с простой инструкцией каждый из вас сможет создать ее.

В этой статье я покажу вам, как сделать некоторые из них, сначала самые простые, а затем я перейду к некоторым «продвинутым» инструментам, но это не добавит процессу создания сложности.

Читайте также:  Требования к газосварочному оборудованию

Шаг 1: Типы

Вот несколько из множества типов пружин, которые мы научимся делать. Слева направо:

Шаг 2: Начнём работу при помощи базовых инструментов

Вы сможете начать создавать множество разных типов при помощи инструментов, обозначенных в списке:

  • штырь диаметром 1.4 см
  • струна для пианино или проволока
  • плоскогубцы с кусачками
  • пила
  • зажимы
  • беспроводная дрель

Шаг 3: Обрежем штырь

Сначала возьмите деревянный штырь и обрежьте его до длины примерно 12 см. Затем прорежьте в одном из его концов паз, он будет предназначаться для струны. Штырь диаметром примерно 1.4 см подойдёт лучше всего потому, что он хорошо крепится в патроне дрели.

Шаг 4: Создание натяжной пружины

Беспроводные дрели хороши тем, что можно настраивать скорость их вращения. Для безопасности всегда пользуйтесь плоскогубцами — если провод соскочит, то он может порезать вам руки.

Закрепите дрель на столе при помощи зажимов. Одна рука лежит на кнопке включения дрели, а вторая зажимает плоскогубцы. Проворачивайте дрель столько, сколько вам нужно, пока не добьётесь необходимого количества витков. Во время намотки удерживайте шнур под напряжением, и пружина будет поворачиваться лучше.

Шаг 5: Сгибание струны

После намотки, я согнул плоскогубцами оставшиеся кончики и получил натяжную пружину. Экспериментируя, вы можете добиться различных размеров петелек.

Шаг 6: Сжимающая

Для нее потребуется более длинный штырь, в котором также будет вырезан паз. Во время намотки, отмеряйте расстояние между витками на глаз. Это потребует от вас практики, но занятие на самом деле очень занимательное.

Когда пружина была готова, я провел тест (см. последнюю фотографию). Я поместил ее на штырь, придавил её сверху небольшим деревянным бруском и быстро отпустил — брусок выстрелил до потолка.

Шаг 7: Коническая

Коническая делается при помощи дрели и ленточной шлифовальной машины.

Используя ту же технику намотки, я посадил струну в пазик на штыре. Когда пружина была полностью намотана, я обрезал её концы, и коническая пружина была готова. Ее я сделал дважды, и второй вариант вышел более хорошим.

Шаг 8: Торсионная

Для изготовления торсионной я использовал латунный стержень, так как деревянный штырь не выдерживал нагрузки и ломался. Чтобы создать пружину, сделайте несколько витков и оставьте прямой участок струны с обоих концов. Изогнув концы струны, вы создадите хорошую торсионную пружину.

Шаг 9: Заключение

На фотографиях вы видите сжимающую и набор различных пружин, которые я сделал в домашних условиях.

Я надеюсь, изготовление окажется для вас простым занятием и поможет вам сделать множество интересных проектов. Если вы используете их постоянно, то это также сэкономит вам деньги.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.