Выбор вариантов конструкции спиральной пружины

Для обеспечения оптимальной производительности винтовые пружины и пружины сжатия зависят от правильного выбора проволоки пружинной. Вот некоторые важные соображения по выбору пружины.

При разработке спиральных пружин или пружин сжатия вы столкнетесь с рядом проблем и найдете компромисс, особенно когда дело доходит до получения максимальной производительности от проволоки пружинной. Вы захотите использовать материал с умом, выбрав правильное количество активной длины и диаметра провода, чтобы удовлетворить существенные требования к нагрузке, сделав конструкцию экономически и механически жизнеспособной для производства.

Диаметр проволоки пружинной - важный параметр в наиболее важных концепциях проектирования пружин. В этой статье будут представлены некоторые из наиболее важных соображений, которые необходимо учитывать инженерам при проектировании винтовых пружин, и будет описано, как диаметр проволоки пружинной может повлиять на эти решения.

При выборе материала проволоки пружинной учитывайте условия эксплуатации

Рабочая среда пружины будет влиять на ее дизайн так же сильно, как и все, что указано в чертеже. Некоторые материалы обладают свойствами, которые делают их критически необходимыми или недопустимыми, в зависимости от того, где будет использоваться пружина. Во многих случаях будет достаточно углеродистой пружинной стали или музыкальной проволоки  пружинной. В других средах будут особые требования к материалам. Например, пружина, используемая во влажной среде, вероятно, потребует нержавеющей стали или никеля для их антикоррозионных свойств. Нержавеющая сталь также является отличным выбором для медицинских устройств, но пружины для инвазивных медицинских применений не могут быть изготовлены из токсинов. Таким образом, титан или эльгилой могут быть лучшим выбором. В условиях сильного нагрева, например, в авиационной промышленности, могут потребоваться специальные сплавы.

Пружины, используемые в различных средах, будут определять выбор материала. В влажных средах может потребоваться проволока пружинная купить, в то время как для токсичных медицинских целей может потребоваться титан или элгилой.

С этого момента дизайнер пружины может подумать о требованиях к характеристикам пружины и различных компромиссах, связанных с выбором материала. Еще одно важное соображение - это усталостная жизнь. Возможно, пружине требуется непрерывный цикл между двумя или тремя точками в течение бесконечного периода времени. Или, в статическом приложении, требуется сидеть на определенной высоте или положении, ожидая, чтобы дать немного энергии только один раз, что типично для системы доставки лекарств.

После этих и других определений разработчик может выбрать размер проволока пружинная, который будет использоваться, а также соответствующий диаметр проволока пружинная. Это решение сводится к тому, сколько площади доступно на весну. Напряжение - враг пружины, поэтому, если больший объем проволока пружинная может поместиться в доступное пространство при одинаковой нагрузке, пружина будет иметь более высокий усталостный ресурс.

Стресс и усталость - важные факторы, влияющие на эффективность вашей пружины. Есть еще три концепции, которые должны понять дизайнеры, и каждая из них напрямую зависит от диаметра проволоки пружинной.

Обычно используемые материалы для пружинной проволоки, включая их характеристики, рабочие температуры, основные области применения и особые свойства. Справочник по конструкции пружин Института производителей пружин (SMI) публикует обширный список материалов для пружин, который включает в себя множество проволок пружинных специального назначения, жаропрочных и цветных сплавов. Обязательно обратитесь к производителю пружины, чтобы выбрать оптимальный материал пружинной проволоки для вашей конструкции.

Знайте свой индекс пружины, норму пружины и толерантность
Никакое обсуждение конструкции пружины не будет полным без обзора индекса пружины, жесткости пружины и допуска.

Весенний индекс. Средний диаметр пружины, деленный на диаметр проволоки пружинной. Он показывает, насколько сложно изготовить и сформировать проволоку пружинную, допуски проволоки и, следовательно, сколько будет стоить изготовление пружины.

Весенняя ставка. Фунты силы, необходимые для сжатия пружины на один дюйм. Сила пружины зависит от объема проволоки пружинной в пружине, который определяется диаметром и длиной проволоки пружинной. Примечание. В формуле жесткости пружины диаметр проволоки пружинной изменяется в четвертой степени экспоненциально.

Толерантность. Допустимый диапазон силы на дюйм в зависимости от жесткости пружины, который может применяться при изготовлении пружины. Этот диапазон обычно составляет ± 10% от жесткости пружины.

Формулы для расчета индекса пружины, жесткости пружины, а также нагрузки и хода пружины.

Производственные соображения

Фактический порядковый номер пружины может иметь множество значений. Индекс пружины от 3 до 20 считается хорошим, потому что пружины в этом диапазоне, вероятно, будут проще и дешевле в производстве, а индексное число 7 было традиционным практическим правилом, поскольку это достижимый баланс прочности пружины и технологичности. Пружины могут быть изготовлены с индексами за пределами этого диапазона, но это может вызвать потенциальные трудности.

Например, большой средний диаметр проволоки пружинной по сравнению с диаметром проволоки пружинной может дать большой индекс и мягкую пружину, которая не сможет удерживать желаемую нагрузку. На нижнем уровне индекс пружины ниже 3 может добавить напряжения к инструментам, что усложнит производство. Чтобы достичь идеального индекса пружины для производства, разработчик должен увеличить или уменьшить средний диаметр проволоки пружинной или фактический диаметр проволоки пружинной.

Однако контроль диаметра пружин с большим индексом сопряжен с другой проблемой: отдачей. После того, как пружина намотана, проволока пружинная сразу же расширяется при снятии натяжения. Меньшие индексы дают меньшую отдачу, что делает допуск более контролируемым.

Еще раз, допуск - это переменный диапазон ± 10% от жесткости пружины. Поскольку диаметр проволоки пружинной влияет на жесткость пружины, он также влияет на допуск, который представляет собой процент от нагрузки - количество веса, которое пружина способна поглотить при отклонении на заданное расстояние. Этот диапазон (выраженный в фунтах на дюйм) увеличивается и уменьшается вместе с размером пружины.

Если пружина имеет высокую жесткость пружины, допустимый диапазон ее усилия также будет высоким. Низкая жесткость пружины означает, что фунты силы, попадающие в этот допустимый диапазон, также будут небольшими. Следовательно, конструкция с меньшим диаметром проволоки пружинной означает, что пружина будет меньше и будет иметь меньший допуск по нагрузке. И наоборот, чем больше диаметр проволоки пружинной, тем больше пружина и ее допуск по нагрузке (как показано в Таблице 2.1 ).

Размер допуска может повлиять на способ изготовления пружины, тем самым влияя на время производства проволоки пружинной и затраты. На допуски пружины по нагрузке влияют несколько проектных переменных, поэтому обязательно работайте с производителем пружины, у которого есть ресурсы, чтобы помочь вам в достижении оптимальных результатов, особенно если они выходят за пределы допуска ± 10%. А если у вас слишком большой диаметр проволоки пружинной, она может не поместиться в предназначенное для нее устройство.

Институт производителей пружин (SMI) публикует таблицы с допусками на основные размеры пружин, основанные на обычных производственных вариациях, которые служат в качестве руководства при установлении допусков, в частности, чтобы помочь оценить, могут ли требования к применению повлиять на стоимость пружины. Приведенные здесь таблицы SMI представляют диаметр витка и допуски нормальной нагрузки для пружин сжатия (и пружин растяжения, если указано). При принятии проектных решений на основе таблиц допусков проконсультируйтесь с производителем пружины.

Убедитесь, что ваша пружина выдержит нагрузку

Собираясь разработать пружину, вы, очевидно, хотите знать, как она будет работать при рабочей нагрузке. Если жесткость пружины слишком мала, пружина не будет передавать требуемую нагрузку. Слишком большое напряжение снижает усталостную долговечность пружины, в результате чего она быстрее выходит из строя. Проще говоря, лучший способ снизить нагрузку на пружину - увеличить ее прочность.

При обсуждении пружин следует помнить о трех вещах: индекс пружины, жесткость пружины и допуск.

Как уже упоминалось, прочность проволоки пружинной зависит от объема проволоки пружинной в пружине, который определяется диаметром и длиной проволоки пружинной. Чем выше объем проволочного материала для пружины, тем больше она выдерживает нагрузку и снижает нагрузки на пружину, тем самым оптимизируя ее усталостный ресурс. Это может быть важно, например, в автомобильной пружине, которая может выдержать миллионы циклов.

Подумайте о выборе материала проволоки пружинной, который имеет больший объем, что уменьшает количество проволоки пружинной в пружине и позволяет избежать нагрузки, превышающей необходимую. Возможно, вам даже понадобится добавить проволоку, чтобы уменьшить жесткость пружины, если жесткость пружины слишком высока. Нормальные допуски на нагрузку для пружин сжатия показаны в таблице 2.2 .

Ключи к оптимальной конструкции пружины

При проектировании пружины необходимо учитывать множество факторов, но все начинается с выбора материала. Обязательно узнайте как можно больше о предполагаемой рабочей среде вашего устройства и о пространстве, доступном для установки пружины. После выбора материала внимательно подумайте, как диаметр и объем проволоки пружинной могут помочь определить грузоподъемность вашей пружины, допуски и технологичность.

Многие производители пружин предоставляют техническую поддержку и превосходное обслуживание клиентов, помогая вам в процессе проектирования проволоки пружинной и гарантируя, что у вас есть оптимальная конструкция винтовой пружины для вашего приложения.