Все про пружины растяжения
Подробности
Категория: Пружины
Просмотров: 5296
Пружины растяжения навивают почти всегда вплотную или даже с натягом между витками, достигаемым смешением проволокопитателя навивочного автомата по отношению к навиваемым виткам (пружины с межвитковым давлением).
Концы пружин снабжают зацепами, с помощью которых ее соединяют со стягиваемыми деталями. В отличие от пружин сжатия, нуждающихся в жестком направлении торцов, пружины растяжения работают в свободном состояния, центрируясь только точками опоры (завеса). Крепление зацепами обладает шарнирным свойством, благодаря чему пружина может при растяжении менять пространственное положение в значительных пределах. Это делает пружины растяжения особенно удобными для соединения деталей, угловое положение которых изменяется при работе, например, для завеса рычагов (рис. 891, I, II).
Однако крепление зацепами обладает недостатками. Габаритная длина пружины растяжения за счет зацепов всегда больше, чем пружин сжатия одинаковой гибкости. Зацепами трудно обеспечить центральное приложение нагрузки; пружина подвергается дополнительным изгибающим нагрузкам, а в самих зацепах возникают высокие напряжения изгиба, которые могут привести со временем к появлению остаточных деформаций. Вследствие деформации зацепов и участков перехода зацепов в спираль пружина вытягивается и теряет упругие характеристики. Пружины растяжения могут работать без потери упругих свойств только при пониженных расчетных напряжениях.
По этим причинам пружины растяжения почти никогда не применяют в ответственных силовых механизмах (циклического действия). Пружины сжатия в этих условиях обеспечивают и меньшие габариты, и большую надежность работы.
В случаях, когда по условиям работы упругий элемент должен растягиваться с изменением своего пространственного положения, нередко применяют установку пружин сжатия с реверсорами (рис. 892, I, II, III). Пружины такого типа, однако, малопригодны для механизмов высокочастотного циклического действия, так как масса реверсоров вызывает дополнительные инерционные нагрузки.
Применяемые конструкции зацепов показаны на рис. 893. Наиболее простые способы изготовления зацепов — отгибание половины витка (рис. 893, I, II), целого витка (рис. 893, III, IV) или полутора—двух витков (рис. 893, V) — применяют для неответственных, слабонагруженных пружин, так как зацепы такого вида подвержены изгибу. Также подвержены изгибу и петлевые зацепы (рис. 893, VI—VIII), кроме того, их изготовление значительно сложнее. Несколько прочнее зацепы с концами, заведенными в спираль пружины (рис. 893, IX, X).
Легкие пружины из проволоки малого диаметра крепят в пластинках с отверстиями под витки (рис. 893, XI—XIII). В зацепах этого типа необходимо устранить самовыворачивание пружины из отверстий, а также смещение пластинки с плоскости симметрии пружины, что конструктивно не так просто выполнить.
Иногда пружины устанавливают на ввертных резьбовых пробках (рис. 893, XIV—XVI) с фиксацией конечных витков завальцовкой (рис. 893, XV) или расклепыванием ниток пробки (рис. 893, XVI). В конструкциях этого типа крайне неблагоприятны условия работы витка, сходящего с последней нитки резьбовой пробки; виток работает на излом и избежать этого явления невозможно, если даже свести последнюю нитку на нет или заправить резьбу на конус.
Аналогичное явление происходит в конструкции с закладной пробкой, передающей силу на последний виток пружины, свернутый в кольцо малого диаметра (рис. 893, XVII).
Наиболее равномерную передачу сил на витки обеспечивает заправка конечных витков на конус с отгибом последнего витка на зацеп (рис. 893, XVIII, XIX) или с применением закладных зацепов (рис. 893, ХX—XXII). Изготовление таких пружин, однако, затруднительно, особенно при закладных зацепах, когда навивка конусного конца пружины должна производиться при заранее установленном в пружине зацепе.
Из представленных на рис. 893 конструкций наибольшей прочностью отличается конструкция с коническим зацепом (рис. 893, XXXII). Конус зацепа следует (с учетом упругих деформаций конечных витков) делать несколько более пологим, чем внутренний конус витков.
Пружины растяжения рассчитывают по тем же формулам, что и пружины сжатия. Наличие изгибающих напряжений в зацепах и витках пружины (при внецентренном приложении нагрузки) учитывают снижением расчетных напряжений в 1,2—1,5 раза по сравнению с напряжениями, допускаемыми для пружин сжатия центрального нагружения.
На рис. 894 изображена характеристика пружины растяжения. На рис. 895 показана характеристика пружины с начальным натяжением (пружины с межвитковым давлением).
Длина рабочей части пружины растяжения определяется из выражения
где i — число рабочих витков.
Длина рабочей части пружины в растянутом состоянии
где λ — упругое перемещение пружины.
Длина развертки пружины
где α — угол подъема витков
Lз — развернутая длина зацепов. Приближенно можно считать, что
Пружины растяжения обычно устанавливают с предварительным натягом, обеспечивающим замыкание стягиваемых деталей на упор в начальном положении. Сила предварительного натяга определяется условиями работы механизма. Шаг витков в состоянии предварительного натяга делают не меньше 1,5—2 диаметров проволоки с учетом возможности вытяжки зацепов в эксплуатации.
При растяжении диаметр пружины несколько уменьшается вследствие увеличения угла наклона витков.
Источник
2018-12-29
Что за пружины в секционных воротах и зачем они нужны?
Пружины – это важная составляющая конструкции секционных ворот, служащая для балансировки полотна и более удобного его открывания. Потому в случае, если при составлении расчётов ворота позволяют выбрать из двух вариантов, нужно понимать, как сделать выбор и почему именно он будет правильным. Для этого необходимо знать особенности каждого вида пружин, их преимущества и недостатки.
Пружины бывают двух видов – растяжения и торсионные. Что выбрать для ваших ворот, решать вам, а мы поможем разобраться в выборе.
Система балансировки, в которой задействованы исследуемые нами детали, нужна воротам потому, что весят они прилично – около 90 кг; а промышленные и того больше – их вес может достигать 300 кг. Такую тяжесть поднимать вручную невозможно, да и зачем? На помощь человеку всегда приходит наука. Для того, чтобы легко поднимать и опускать полотно, ему нужен противовес. В секционных воротах эту задачу выполняют пружины. Они сжимаются и растягиваются, приводя в движение роллеты.
Попробуем выяснить, какой вид больше подходит вам.
Пружина – пример физики на службе человечества
Пружины растяжения: характеристики и особенности
Пружины растяжения работают за счёт растягивания и сокращения. Они устанавливаются парами по обеим сторонам полотна вертикально. Когда ворота опускаются вниз, механизм балансировки приводится в состояние накопления энергии – пружины растягиваются и готовы в любой момент сократиться, поднимая полотно вверх. Работают пружины независимо друг от друга, соединяясь с конструкцией ворот каждая своим тросиком. В случае если одна из пружин приходит в негодность, ворота продолжают функционировать, но нуждаются в ремонте, так как нагрузка перераспределяется на оставшиеся в рабочем состоянии детали.
Пружина растяжения
Недостаток пружин растяжения в том, что при закрытии ворот нужно приложить определённое усилие, чтобы растянуть их. Чем массивнее ворота, тем большая жёсткость будет у пружин, либо увеличится их число. В любом случае, объём усилий, прилагаемых для закрывания ворот, растёт с их массой. Так что, выходит, пружины растяжения подойдут для обычных гаражных ворот, но не подойдут для промышленных. Кроме того, они не слишком любят частое использование, потому специалисты рекомендуют применять их для ворот с частотой не более 5 циклов открытия/закрытия в день.
Пружинам растяжения в процессе эксплуатации нужна регулировка натяжения, так как со временем они растягиваются и теряют упругость. Делать это нужно не часто – около одного раза в 2 года. Это помогает компенсировать растяжение, возникающее со временем. Регулировку стоит проводить аккуратно, очень важно не переусердствовать, так как чрезмерное усилие может привести к поломке, в результате которой полотно рискует упасть на автомобиль или человека.
Этот вид пружин подойдёт для гаражных проёмов высотой от 2 метров. На более низкие проёмы устанавливаются только торсионы, так как конструкция с пружинами растяжения захватывает часть расстояния от притолоки вниз – это место занимают направляющие.
Пружина растяжения в конструкции ворот
Преимущество пружин растяжения состоит в том, что при установке ворот с ними потребуется относительно небольшое место над проёмом для монтажа – всего 100 мм и 125 мм для ручного и электропривода соответственно
Что такое торсионные пружины и как они работают?
Торсионная пружина – это механизм, работающий за счёт скручивания. В отличие от предыдущего варианта, они устанавливаются непосредственно на валу. Когда вал приводится в движение приводом и крутится, пружина начинает раскручиваться и накапливает энергию. Если отпустить ручку ворот, они автоматически откроются, так как торсион будет стремиться вернуться в состояние покоя.
Торсионная пружина
Торсионный привод достаточно мощный и надёжный, потому используется для оснащения тяжёлых ворот, но может быть установлен и на небольшое полотно.
Преимущество торсионных пружин в том, что они легко справляются с тяжеловесными воротами – с калиткой, промышленные и т. п.
Ресурс торсионов такой же, как и у пружин растяжения, но при этом они более выносливые по поднимаемому весу. Однако регулярное обслуживание требуется даже таким выносливым механизмам. Торсионные пружины нужно подтягивать, чтобы избежать заклинивания или падения створки. Тут стоит отметить ещё одно преимущество – даже в случае неисправности сработает механизм предотвращения падения. Храповая муфта заблокирует движение полотна, и ни машина, ни человек не получат травм.
Торсион в конструкции секционных ворот
Устанавливать ворота с торсионами можно на проёмы с высотой 210 мм и более (в домашнем гараже) и 400 мм и более (в промышленном). Если такой возможности нет, можно рассмотреть вариант установки ворот внутри помещения, на внутренней части притолоки, но это повысит стоимость конструкции и монтажа.
Как сделать правильный выбор между торсионными и пружинами растяжения?
Стоит оценить оба варианта по ключевым моментам:
- Ресурс работы
- Сложность монтажа и регулировки
- Безопасность эксплуатации
- Стоимость
Ресурс работы
Ресурс работы, как мы уже говорили, примерно одинаков. Завод заявляет официальные цифры – 25 000 циклов подъёма/опускания. Но при этом торсионы могут поднимать больший вес. Если установить ворота с разными вариантами балансировки полотна правильно, соблюдая все технические требования, они прослужат одинаково долго, и спустя 5 и более лет будут исправно работать. Конечно же, нужно помнить о том, что за механизмом нужно ухаживать, вовремя подтягивать пружины и не перегружать их больше, чем предполагается конструкцией.
Торсионные пружины выигрывают здесь по одной простой причине – они более универсальны, и могут устанавливаться как на бытовых, так и на промышленных воротах.
Сложность монтажа и регулировки
Установка торсионов проходит сложнее, так как требуется предварительно обеспечить их натяжение. Установить их на стену с заметной кривизной поверхности не получится – иначе они будут давать сбой, а полотно будет клинить. А вот если вы сделаете всё как надо, ворота будут работать без сбоев, тихо и плавно.
Пружины растяжения не требуют щепетильного подхода. Их легко установить, но шуму от них будет больше, даже при правильном закреплении.
Подтянуть торсионы можно всегда, и после этого они будут как новые. Пружины растяжения чаще всего нужно просто заменять на новые. К счастью, они и стоят дешевле.
Безопасность эксплуатации
Секционные ворота весят не так уж мало, чтобы полотно, падающее из-за сломавшейся пружины, показалось пустяком. Оно может упасть на вас или ваш автомобиль, и причинить вред. Потому в воротах обычно предусмотрен механизм безопасности.
В пружине растяжения есть ещё одна, поменьше. Она находится внутри и, в случае отказа внешней, выступает в роли подстраховки. Это называется «пружина в пружине». У торсионов такую страховочную роль играет храповый механизм.
Оба вида пружин делают ворота достаточно безопасными для эксплуатации
Стоимость
Первыми в конструкции секционных ворот появились торсионы. Пружины растяжения стали использовать позже для удешевления и упрощения конструкции. Такие ворота будут легче, проще в установке и дешевле.
Итак, подведём итоги. Какой же сделать выбор – торсионные или пружины растяжения? Для домашних гаражных ворот оба варианта конструкции равны по безопасности, надёжности и техническому ресурсу. При этом пружины растяжения дешевле и легче в установке. Однако они позволяют поднимать полотно только строго вертикально, в то время как торсионы подойдут для установки и на гильотинных, и на наклонных воротах.
Для промышленных ворот подойдут только торсионы, так как пружины растяжения, из-за их низкой «грузоподъёмности» на такие конструкции не устанавливаются.
Источник
Выбор пружины для определенного механизма или узла должен базироваться на четких требованиях – тип пружины, ее геометрические параметры, материал для изготовления, упругость и другие характеристики. Также все эти параметры должны быть учтены, если вы хотите приобрести пружины растяжения на заказ в Санкт-Петербурге – производство нетиповой продукции требует четкого технического задания. Чтобы иметь представление об общих характеристиках пружин растяжения, предлагаем ознакомиться с материалом статьи.
Параметры пружин растяжения
Данная деталь рассчитана на восприятие продольно-осевой нагрузки, вследствие чего происходит растяжение. После того, как нагрузка прекращается, пружина должна принять свои первоначальные размеры. Витки, в основном, деформируются кручением.
«Сланцевский завод пружин» в Санкт-Петербурге осуществляет производство пружин различных размеров:
- крупные (Ø проволоки – от 12 мм);
- средние (Ø 1,5-12 мм);
- мелкие (Ø 0,15-1,5 мм).
По форме изделия могут быть цилиндрическими, коническими или бочкообразными.
Геометрические параметры пружин растяжения следующие:
- диаметр проволоки;
- диаметр изделия;
- шаг витка;
- количество рабочих витков;
- общее количество витков;
- кривизна витка (индекс пружины).
Данные детали могут иметь два направления навивки – правое или левое. Изготавливают изделия с зацепами различных конфигураций, при этом крепление может располагаться в центре (это так называемые английские или немецкие разновидности), или быть в произвольном месте с углом отгиба в 45º.
Торцевая обработка также отличается по размеру петли зацепа. Стандартное крепление обычно небольшого размера, поэтому при установке такой пружины требуется использование специальных приспособлений, иначе придется приложить немало усилий. Также есть пружины с удлиненным зацепом – их устанавливать гораздо удобнее. Некоторые изделия оснащены усиленной замкнутой петлей – это делается для того, чтобы к пружине можно было прикладывать максимальные нагрузки. Следующая разновидность крепления – это вкручивающаяся шпилька с резьбой. Наше предприятие осуществляет продажу пружин с различными типами зацепов – подробнее с продукцией можно ознакомиться в наших каталогах.
Также пружины дополнительно подвергаются разным типам обработки в зависимости от того, какими характеристиками должно обладать готовое изделие. Так, продукция может шлифоваться, на нее наносят специальные покрытия, обрабатывают с использованием высоких температур и т.д.
Материал для изготовления пружин
Пружины растяжения принято разделять на несколько категорий в зависимости от того, из чего они произведены. Материалом для пружин служат:
- стали пружинные,
- стали непружинные,
- различные сплавы.
На Сланцевском заводе изделия изготавливают из стали марки 65Г (в соответствии с ГОСТом), а также из различных видов легированных сталей. Широко применяется нержавеющая проволока. Сплавы, которые используются на производстве, служат для изготовления коррозионностойких, жаропрочных, легких пружин.
Если вам необходима продукция с какими-либо определенными параметрами, то лучше заказать изготовление пружин растяжения по индивидуальным чертежам. Сотрудники нашего предприятия помогут вам рассчитать пружины, при необходимости подскажут все дополнительные параметры, чтобы готовое изделие полностью соответствовало вашим требованиям.
Источник
Главная
Онлайн учебники
База репетиторов России
Тренажеры по физике
Подготовка к ЕГЭ 2017 онлайн
Глава 1. Механика
Силы в природе
1.12. Сила упругости. Закон Гука
При деформации тела возникает сила, которая стремится восстановить прежние размеры и форму тела. Эта сила возникает вследствие электромагнитного взаимодействия между атомами и молекулами вещества. Ее называют силой упругости.
Простейшим видом деформации являются деформации растяжения и сжатия (рис. 1.12.1).
| Рисунок 1.12.1. Деформация растяжения ( x > 0 ) и сжатия ( x < 0 ). Внешняя сила |
При малых деформациях (|x| << l) сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации:
Это соотношение выражает экспериментально установленный закон Гука. Коэффициент k называется жесткостью тела. В системе СИ жесткость измеряется в ньютонах на метр (Н/м). Коэффициент жесткости зависит от формы и размеров тела, а также от материала. В физике закон Гука для деформации растяжения или сжатия принято записывать в другой форме. Отношение ε = x / l называется относительной деформацией, а отношение σ = F / S = –Fупр / S, где S – площадь поперечного сечения деформированного тела, называется напряжением. Тогда закон Гука можно сформулировать так: относительная деформация ε пропорциональна напряжению σ:
Коэффициент E в этой формуле называется модулем Юнга. Модуль Юнга зависит только от свойств материала и не зависит от размеров и формы тела. Модуль Юнга различных материалов меняется в широких пределах. Для стали, например, E ≈ 2·1011 Н/м2, а для резины E ≈ 2·106 Н/м2, т. е. на пять порядков меньше.
Закон Гука может быть обобщен и на случай более сложных деформаций. Например, при деформации изгиба упругая сила пропорциональна прогибу стержня, концы которого лежат на двух опорах (рис. 1.12.2).
| Рисунок 1.12.2. Деформация изгиба. |
Упругую силу действующую на тело со стороны опоры (или подвеса), называют силой реакции опоры. При соприкосновении тел сила реакции опоры направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения. Поэтому ее часто называют силой нормального давления. Если тело лежит на горизонтальном неподвижном столе, сила реакции опоры направлена вертикально вверх и уравновешивает силу тяжести: Сила с которой тело действует на стол, называется весом тела.
В технике часто применяются спиралеобразные пружины (рис. 1.12.3). При растяжении или сжатии пружин возникают упругие силы, которые также подчиняются закону Гука. Коэффициент k называют жесткостью пружины. В пределах применимости закона Гука пружины способны сильно изменять свою длину. Поэтому их часто используют для измерения сил. Пружину, растяжение которой проградуировано в единицах силы, называют динамометром. Следует иметь в виду, что при растяжении или сжатии пружины в ее витках возникают сложные деформации кручения и изгиба.
В отличие от пружин и некоторых эластичных материалов (резина) деформация растяжения или сжатия упругих стержней (или проволок) подчиняются линейному закону Гука в очень узких пределах. Для металлов относительная деформация ε = x / l не должна превышать 1 %. При больших деформациях возникают необратимые явления (текучесть) и разрушение материала.
 |
Модель. |
Источник