Спиральная пружина

Механическое устройство, которое хранит энергию

Спиральная пружина — это механическое устройство, которое обычно используется для хранения энергии и ее последующего высвобождения, для поглощения удара или для поддержания силы между контактирующими поверхностями. Они сделаны из эластичного материала, сформированного в форме спирали , которая возвращается к своей естественной длине при снятии нагрузки.

При растяжении или сжатии материал (проволока) спиральной пружины подвергается кручению. Поэтому характеристики пружины зависят от модуля сдвига .

Спиральная пружина может также использоваться как пружина кручения : в этом случае пружина в целом подвергается кручению вокруг своей винтовой оси. Материал пружины, таким образом, подвергается изгибающему моменту , либо уменьшая, либо увеличивая радиус спирали. В этом режиме именно модуль Юнга материала определяет характеристики пружины.

Коэффициент пружины

Жесткость пружины — это измерение того, сколько может удерживать спиральная пружина, пока она не сожмется на 1 дюйм (2,54 см). Жесткость пружины обычно указывается производителем. Если жесткость пружины равна 100, то пружина сожмется на 1 дюйм при нагрузке в 100 фунтов (45 кг). ^[1]

Варианты

Типы спиральных пружин:

Спиральные пружины растяжения/расширения, разработанные для сопротивления растяжению. Обычно они имеют форму крючка или проушины на каждом конце для крепления.
Спиральные пружины сжатия, разработанные для сопротивления сжатию. Типичное применение спиральных пружин сжатия — в системах подвески автомобиля .
- Спиральные пружины используются в качестве пружин сжатия большой нагрузки. Полоса пластины сворачивается в форму как спирали, так и спирали. При сжатии полоса становится жестче на ребре, чем проволочная катушка, но спиральное расположение позволяет виткам перекрываться, а не упираться друг в друга.
- Дуговые пружины (дуговые пружины) — это особая форма спиральной пружины, которая изначально была разработана для использования в двухмассовом маховике трансмиссии двигателя внутреннего сгорания . Сила прикладывается через концы пружины. Крутящий момент может передаваться вокруг оси посредством силы, направленной вдоль этой винтовой оси, и плеча рычага к центральной точке системы . $M=F\cdot r$ $F$ $r$
Пружины кручения, разработанные для сопротивления скручивающим воздействиям. Часто ассоциируются с прищепками или подъемно-поворотными гаражными воротами.

Приложения

Спиральные пружины имеют множество применений; наиболее примечательными из них являются:

Винтовые пружины обычно используются в подвеске транспортных средств . Эти пружины являются пружинами сжатия и могут сильно различаться по прочности и размеру в зависимости от применения. Подвеска с винтовой пружиной может быть жесткой или мягкой в зависимости от транспортного средства, на котором она используется. Винтовая пружина может быть установлена либо с амортизатором, либо отдельно. Винтовые пружины в грузовиках позволяют им плавно ездить без нагрузки, а после нагрузки пружина сжимается и становится жесткой. Это позволяет транспортному средству меньше подпрыгивать при нагрузке. Подвеска с винтовой пружиной также используется в автомобилях с высокими эксплуатационными характеристиками, чтобы автомобиль мог поглощать удары и иметь низкий крен кузова. Во внедорожных транспортных средствах они используются из-за своего диапазона хода, который они допускают на колесе.

Винтовые пружины, используемые в двигателе, являются пружинами сжатия и играют важную роль в закрытии клапанов, которые подают воздух и выпускают выхлопные газы из камеры сгорания. Пружина прикреплена к коромыслу, которое соединено с клапаном.

Пружины растяжения и растяжения из заданного материала, диаметра проволоки и диаметра витка при полной нагрузке оказывают одинаковое усилие; увеличение числа витков просто (линейно) увеличивает свободную длину и сжатую/растянутую длину.

Производство

Металлические пружины изготавливаются путем намотки проволоки на формовочную оправку – для изготовления цилиндрических пружин используется цилиндр.

Спиральные пружины для транспортных средств обычно изготавливаются из закаленной стали . Машина, называемая автонавивочным станком, берет пружинную проволоку, которая была нагрета, чтобы ее можно было легко формировать. Затем она подается на токарный станок, который имеет металлический стержень с желаемым размером спиральной пружины. Машина берет проволоку и направляет ее на прядильный стержень, а также проталкивает ее через стержень, чтобы сформировать несколько витков. Затем пружина выталкивается из станка, и оператор помещает ее в масло для охлаждения. Затем пружина закаляется, чтобы потерять хрупкость от охлаждения. Размер и прочность витка можно контролировать размером стержня токарного станка и используемым материалом. Различные сплавы используются для получения определенных характеристик пружины, таких как жесткость, демпфирование и прочность ^[2]

Смотрите также

Ссылки

^ "Street Performance & Racing Spring Rate Tech". QA1 . Получено 19 апреля 2018 г. .
^ "Как делают пружины". Томас . Получено 19 апреля 2018 г.

Внешние ссылки

Винтовая пружина Шандора Кабая в рамках демонстрационного проекта Wolfram .
Институт пружинных технологий
Институт производителей пружин Архивировано 28.09.2020 на Wayback Machine
[1], руководство Дэйва Зильберштейна.
«Ты пружинишь с утра до ночи», апрель 1949 г., научно-популярная статья об основах производства стальных пружин.

[1] "Street Performance & Racing Spring Rate Tech". QA1 . Получено 19 апреля 2018 г. .

[2] "Как делают пружины". Томас . Получено 19 апреля 2018 г.