3.6. Пружины

Пружины в машинах и механизмах выполняют роль упругих элементов – деталей, которые под воздействием нагрузки изменяют свою форму, а после ее снятия возвращаются в исходное состояние.

По назначению пружины подразделяются:

- на измерительные – с упругим моментом, уравновешивающим измеряемый параметр, преобразованный в момент сил (в динамометрах, манометрах, термометрах и др.);

- силовые – используемые как аккумуляторы энергии для силового замыкания кинематической цепи, создания силового натяга и т.п.;

- упругие – предназначенные для замены ими жесткой связи между деталями, а также для поглощения ударных нагрузок, смягчения толчков и т.п.

По форме пружины подразделяются на винтовые цилиндрические, винтовые конические, тарельчатые, пластинчатые и спиральные.

По форме поперечного сечения витков пружины разделяют на круглые, квадратные и прямоугольные.

По виду деформации и условиям работы различают пружины: сжатия, растяжения, кручения и изгиба.

В зависимости от конструктивного назначения используются пружины с правой и левой навивкой.

Материалы, из которых изготавливают пружины, должны иметь хорошие упругие свойства, однородную по химическому составу структуру, быть восприимчивыми к термической обработке и стойкими к коррозии. Выбор материала для пружин должен производиться с учетом их вида и условий эксплуатации.

В основном для их изготовления применяют проволоку I, II и III классов (ГОСТ 9389–75*) из качественных углеродистых сталей марок 65, 60Г, 65Г, кремнистых сталей 60С2А, 60С2ВА, хромомарганцевых сталей 50ХГ, 50ХФА и др.

Правила изображения пружин

На чертежах пружины изображают условно (ГОСТ 2.401–68):

- витки винтовых пружин на виде и в разрезе выполняют прямыми линиями, соединяющими соответствующие участки их контуров (рис. 3.28, а, б);

Рис. 3.28

- при числе витков винтовой пружины более четырех показывают с каждого ее конца по одному-два витка, кроме опорных. Остальные витки не изображают, а проводят осевые линии через центры их сечений по всей длине пружины. При этом допускается уменьшенное ее изображение по длине;

- при толщине сечения материала 2 мм и менее пружину изображают схематично линиями толщиной 0,6...1,5 мм (рис. 3.28, в).

Основные правила оформления рабочих чертежей пружин следующие (ГОСТ 2.401–68):

- пружины всегда изображают в свободном состоянии;

- винтовые пружины всегда изображают горизонтально и только с правой навивкой. Действительное направление навивки указывают в технических требованиях;

- обязательно помещают диаграмму испытаний пружины – график зависимости деформации от нагрузки. На диаграмме указывают длину пружины в свободном состоянии Н₀ и под действием предварительной нагрузки Р₁(Н₁), наибольшей рабочей нагрузки Р₂(Н₂) и максимальной нагрузки Р₃(Н₃). Если для характеристики пружины достаточно задать только один исходный и один зависимый от него параметр, то диаграмму не строят, а эти значения указывают в технических требованиях;

- основные технические требования включают в себя: модуль сдвига G; модуль упругости d; твердость HRC; максимальное напряжение при изгибе ₃; максимальное касательное напряжение при кручении ₃; длину развернутой пружины L; число рабочих витков n; число витков полное n₁; направление навивки; диаметр контрольной гильзы D_г или диаметр контрольного стержня D_с. Причем параметры G, d, ₃,₃ указывают только для нестандартизованных и ненормализованных пружин;

- сортамент материала пружины, полностью определяющий размеры и предельные отклонения ее поперечного сечения, указывают в графе "Материал" основной надписи чертежа.

Пример выполнения рабочего чертежа пружины сжатия приведен на рис. 3.29. Винтовые пружины растяжения отличаются от пружин сжатия тем, что в свободном состоянии их витки плотно прилегают друг к другу (так, что их шаг t равен диаметру проволоки d).

Рис. 3.29

Для повышения надежности работы на концах пружин сжатия выполняют опорные поверхности, поджимая крайние витки на целый виток или 3/4 витка и зашлифовывая их на 3/4 дуги окружности. Поджатые витки пружины не несут нагрузок, поэтому рабочее число витков пружины (n) меньше полного числа витков (n₁).