1.5 Конические пружины

Конические пружины применяют в тех случаях, когда необходимо получить криволинейную характеристику пружины с жесткостью, возрастающей по мере сжатия.

Основные параметры конических пружин — угол 6 наклона центровой линии сечений витков к оси пружины (рис. 886) и закон изменения шага витков вдоль оси пружины. При постоянном шаге I проекция осевой линии витков на плоскость, перпендикулярную к оси пружины, представляет собой спираль Архимеда, уравнение которой в полярных координатах имеет вид:

R=α*φ

где φ — текущий угол полярных координат; α— постоянная

При переменном шаге уравнение проекции витков приобретает более сложный вид.

Увеличение жесткости пружины при сжатии объясняется неодинаковой податливостью витков, зависящей от их диаметра. С приложением нагрузки прежде всего деформируются витки наибольшего диаметра. Первый, опорный виток ложится на опорную плоскость, затем на него ложится следующий виток и т. д. Сомкнувшиеся витки выключаются из работы. Жесткость пружины непрерывно возрастает по мере сжатия как вследствие уменьшения числа свободных витков, так и постепенного уменьшения их диаметра.

Условие сохранения прямолинейности характеристики состоит в пропорциональности шага t витков деформациям λ витков: t~λ.

Практически чаще всего применяют пружины с постоянным шагом (I), у которых угол подъема витков обратно пропорционален расстоянию от вершины конуса, а также пружины с постоянным углом подъема витков (II), у которых шаг уменьшается прямо пропорционально расстоянию от вершины конуса. И те и другие пружины обладают криволинейными характеристиками. У пружин с постоянным шагом характеристика крутая, у пружин с постоянным углом подъема — более пологая.

Возможны и другие закономерности изменения шага и угла подъема витков, обеспечивающие различные виды характеристики.

Центрирование конических пружин затруднительнее, чем цилиндрических, вследствие спиральной формы витков (в плане). В целях правильного центрирования конечные витки расправляют по окружности, причем технологически должна быть обеспечена концентричность окружностей опорных витков относительно оси пружины.

1.6 Призматические пружины

Для специальных условий работы применяют призматические спиральные пружины прямоугольной формы (I), навиваемые на оправках соответствующего профиля. Такие пружины используют, например, в патронных магазинах стрелкового оружия. Призматические пружины отличаются неустойчивостью, легко искривляются и скручиваются под нагрузкой. По этой причине их устанавливают всегда в жестких внутренних или наружных направляющих, по форме соответствующих форме пружины в плане. Иногда такие пружины выполняют в виде набора упругих пластинок (II).

2. Изображение на чертежах пружин растяжения

Пружины растяжения навивают почти всегда вплотную или даже с натягом между витками, достигаемым смещением 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 состоянии, 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.

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.

Наиболее простые способы изготовления зацепов — отгибание половины витка (I, II), целого витка (III,IV) или полутора — двух витков (V) — применяют для неответственных, слабонагруженных пружин, так как зацепы такого вида подвержены изгибу. Также подвержены изгибу и петлевые зацепы (VI — VIII), кроме того, их изготовление значительно сложнее. Несколько прочнее зацепы с концами, заведенными в спираль пружины ( IX, X).

Легкие пружины из проволоки малого диаметра крепят в пластинках с отверстиями под витки (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 (XIV— XVI) с фиксацией конечных витков завальцовкой (XV) или расклепыванием ниток пробки (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.

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.

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.