Введение

Пружина – это упругое устройство, которое обладает способностью самостоятельно восстанавливать исходную форму, нарушенную в результате деформации. В качестве пружины могут быть использованы газообразные (как, например, воздух в автомобильных баллонах), жидкие (масло для гидравлических амортизаторов) и твердые (металлические рессоры) вещества и материалы. Однако когда мы говорим о механических пружинах, то подразумеваем пружины, сделанные преимущественно из металла – стали, бронзы, латуни, хотя они изготовляются также и из армированных пластиков, резины и специальных сплавов.

Наибольшее распространение в производстве получило изготовление пружин, называемых витыми, или винтовыми. Также различают следующие виды пружин: спиральные, тарельчатые и плоские, иначе называемые пластинчатыми. Спиральные пружины имеют вид плоской металлической ленты, свернутой в спираль. Они чаще всего используются в часовом производстве в качестве заводной пружины. Плоские, или пластинчатые варианты устройства, применяются в автомобильных подвесках. Из нескольких плоских пружин, скрепленных между собой, собирается листовая рессора. Под тарельчатой пружиной понимают один или несколько металлических дисков, где разнонаправленные силы прилагаются к окружности самой большой тарелки и к ее центру. Всем известный пример тарельчатой пружины – это контрящая шайба. Ее действие основано на том, что она прижимается к деталям крепления и, стремясь распрямиться, не позволяет им сместиться относительно друг друга.

Если давать самое общее определение понятию «пружина», то можно назвать ее устройством, которое подвергается упругой деформации под действием внешних сил и, таким образом, накапливает энергию, которая расходуется во время распрямления.

Функции пружин состоят в передаче движения и в контроле над движением, а также в поддержании заданного расстояния между крепежными деталями. Эти свойства делают изготовление пружин абсолютно необходимым в любой отрасли промышленного производства. Способ действия пружин описан в законе Гука, названного именем английского физика Р. Гука (1635 – 1703). Он гласит, что деформация пружины и сила, ее вызывающая, прямо пропорциональны. То есть, чем больше сила, приложенная к пружине, тем сильнее ее деформация.

Но закон работает только до тех пор, пока не превышен так называемый предел текучести. Этот термин обозначает максимальный уровень напряжения, за которым наступает разрушение молекулярной структуры материала. После этого деформация становится необратимой, и пружина разрушается. Многие материалы, из которых изготовляются пружины, не имеют четко определенного предела текучести, и к ним применяют термин "условный предел текучести".

Технология изготовления пружин

По форме пружины делят на цилиндрические и фасонные, по виду нагрузки на пружины сжатия, растяжения и скручивания. У пружин, работающих на сжатие, витки расположены на некотором расстоянии друг от друга, У пружин, работающих на растяжение, витки прилегают один к другому. Концы пружин, работающих на сжатие, прижимают к смежным виткам, а концы пружин, работающих на растяжение, отгибают на 90° и загибают в виде полуколец и колец. Пружины общего назначения, работающие при относительно низких напряжениях, навивают в холодном состоянии из проволоки углеродистой стали 50 и 50Х. Для пружин точных штампов-автоматов применяют проволоку из качественной углеродистой и легированной сталей 60Г, 55С2, 50ХГ, 50ХФА и др.

Цилиндрические пружины имеют наружный Dнш средний Do и внутренний Dвн диаметры. По наружному диаметру рассчитывают пружины, устанавливаемые в отверстия, по внутреннему — пружины, надеваемые на стержень. В конических пружинах на их широком конце различают наружный Dнш и внутренний Dвн.ш диаметры, а на узком конце — наружный Dнy и вутренний Dвнy. Длину заготовки пружины (мм) определяют по формуле L = пDon, где Do — средний расчетный диаметр пружины, мм; n — число витков пружины. К этой длине следует прибавить длину концов для заправки пружины и колец.

При расчете длины заготовки пружины, помещаемой в отверстие, исходят из наружного диаметра пружины. " Так, если наружный диаметр пружины Dн = 20 мм, диаметр проволоки d = 4 мм и число витков n = 10, то средний диаметр пружины Do = Dн — d = 16 мм; следовательно, длина заготовки L = пDо n = 3,14 • 16 • 10 = 502,4 мм.

Изготовление спиральных пружин состоит из навивки, отделки торцов, термической обработки и технологических испытаний. Пружину, работающую на сжатие, навивают на . токарном станке (рис. 1а). Вначале закрепляют в патроне 4 оправку 6, затем центром 7, вставленным в конус задней бабки, прижимают оправку. Конец отожженной . проволоки вставляют в отверстие 5 оправки и загибают, проволоку укладывают между деревянными прихватами (пластинами) 3 и закрепляют в резцедержателе 2. Затем устанавливают шаг L витка, включают суппорт 1 станка и производят навивку. Навивка пружин на токарном станке наиболее производительна и качественна.

Для навивки вручную пружины 8, работающей на растяжение (рис. 1б), на конце изогнутой оправки 6, диаметр которой несколько меньше внутреннего диаметра пружины, просверливают отверстие, диаметр которого на 0,1—0,2 мм больше диаметра проволоки пружины, или прорезают шлиц на торце оправки. Конец отожженной проволоки вставляют в отверстие или шлиц оправки с помощью плоскогубцев и загибают; оправку со вставленным концом проволоки зажимают в тисках между деревянными (буковыми или дубовыми) прокладками и, придерживая проволоку в натянутом положении, вращают рукоятку отправки 9 и навивают пружину.

На рис. 1в показан способ затачивания (заправки) торца спиральной пружины, установленной на оправке 9, боковой поверхностью абразивного круга 10. В данном случае пружина надета на валик и захватывается с двух сторон так, чтобы руки упирались в боковую поверхность столика 11. Виток затачивается, образуя торец пружины. Затачивание торцов пружин без оправок запрещается.

На рис. 1г представлен способ контроля перпендикулярности заточенных торцов пружины 2, установленных на плите 12 с помощью угольника 18.

Рис. 1. Способы изготовления спиральных пружин: а — механический способ навивки на токарном станке; б — ручные способы навивки пружин, работающих на сжатие и на растяжение; в — затачивание торца пружины; г — проверка перпендикулярности торцов пружины по угольнику после шлифования.