Силовые характеристики плоской спиральной пружины подрессоривания автомобиля: Automotive suspension component behaviors driven on flat and rough road surfaces

Содержание

Типы пружин и их применение: обзор

Время прочтения: 5 мин.

Пружины используются во всех видах машин — от потребительских товаров до тяжелого промышленного оборудования. Разберите все, что связано с механизмом, и, скорее всего, вы найдете внутри пружину. Пружины — это накопители механической энергии, аналогичные емкости аккумуляторов. Первые часы с пружинным приводом появились в 1400-х годах. Перенесемся на 600 лет вперед: вам по-прежнему нужно заряжать свои Apple Watch каждый день, и это не так быстро, как завод часов… так что да, прогресс, я полагаю?

Мое личное увлечение пружинами началось с Slinkies и заводных игрушек, и бесчисленные механические карандаши были принесены в жертву и разобраны, чтобы удовлетворить мое любопытство. В наши дни я ценю более сложное применение пружин — особенно когда я проезжаю по выбоинам, благодаря современной подвеске с винтовыми пружинами моего автомобиля, которая по-прежнему обеспечивает плавность хода!

Типы пружин и их применение

Наиболее распространенный способ классификации пружин — по способу приложения к ним нагрузки. Вот наиболее распространенные классификации пружин:

Пружины сжатия : предназначены для работы с нагрузкой сжатия. Встречается в амортизаторах, пружинных матрасах, механических карандашах и выдвижных ручках.
Пружины растяжения : предназначены для работы с растягивающей нагрузкой. Типичным примером является Slinky, но пружины растяжения также можно найти в багажных весах и механизмах гаражных ворот.
Пружины кручения : предназначены для работы с крутящим моментом (силой кручения). Эти пружины питают каждую прищепку и мышеловку.

Каждый из этих различных типов пружин имеет дополнительные характеристики и классификации. Далее, давайте посмотрим на взаимосвязь между силой, приложенной к пружине, и ее результирующим смещением. Опять же, существует три класса пружин: линейные пружины (или пружины постоянной жесткости), пружины переменной жесткости и пружины постоянной силы.

Совет: при выборе пружин для сборки обязательно соблюдайте правила проектирования для сборки. Используйте наш бесплатный 10 правил DFA, чтобы жить по контрольному списку .

Линейные пружины

Линейные пружины подчиняются закону Гука (F=-k*x), что означает, что сила, необходимая для растяжения или сжатия такой пружины на расстояние x, пропорциональна расстоянию, если сила не превышает предела упругости пружины.

Закон Гука для линейных пружин:

F=- k * x

Где: x = расстояние или (L ₂ – L ₁ )

F= сила, необходимая для растяжения или сжатия пружины «x» расстояние

k = жесткость пружины или жесткость пружины

В законе Гука присутствует отрицательный знак, поскольку восстанавливающая сила направлена в направлении, противоположном приложенной силе; вытягивание пружины вниз вызовет растяжение вниз, но результирующую восходящую силу.

Пружины кручения подчиняются аналогичной версии закона Гука (F=k*θ, где θ — угол). В обоих случаях k — жесткость пружины, и она остается постоянной независимо от отклонения пружины. Вот почему линейные пружины также известны как пружины постоянной жесткости.

Закон Хука для торсионных пружин:

F=- k * Θ

Где Θ=угол отклонения или закручивания

Пружины с регулируемой жесткостью

жесткость пружины по всей ее осевой длине, другими словами – k непостоянна. У вас может быть прогрессивное изменение жесткости пружины или более резкое изменение — см. диаграмму ниже.

Известная пружина переменной жесткости представляет собой конусообразную пружину сжатия, чаще всего используемую в аккумуляторных ящиках. Полностью сжатая высота может составлять всего один диаметр проволоки. Пружины с переменной жесткостью также имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что они стабильны в поперечном направлении и менее подвержены короблению. Вот некоторые дополнительные ресурсы для расчета конической пружины на жесткость и допустимое рабочее напряжение.

Пружины с постоянным усилием

Пружины с постоянным усилием изготовлены из предварительно натянутых металлических полос, а не из проволоки, как стандартные пружины. Само название говорит само за себя, пружина с постоянной силой требует почти одинаковой силы, независимо от того, насколько долго растягивается. Пружины постоянной силы также называют часовыми пружинами. Этот тип пружины обычно представляет собой спиральную ленту из пружинной стали, используемую в уравновешивающих устройствах, таких как регулировка высоты мониторов и, как вы уже догадались, часов.

Кроме того, термин «пружина постоянной силы» немного вводит в заблуждение. Реальность такова, что полная нагрузка пружины должна быть преодолена путем растяжения пружины до 125% от ее первоначального диаметра — тогда можно использовать почти постоянное усилие для продолжения растяжения пружины.

Изготовление пружин

Пружины также можно классифицировать по способу их изготовления, поскольку существует множество методов изготовления пружин. Наиболее известной из них, вероятно, является металлическая цилиндрическая пружина, также известная как винтовая пружина, но существует множество других типов пружин. Даже эластичную ленту можно считать пружиной переменной жесткости, поскольку она накапливает механическую энергию.

Винтовые пружины

Легкие винтовые пружины изготавливаются путем формирования металлической проволоки на навивочном станке с ЧПУ. Многоосевое управление ЧПУ позволяет вам создавать переменный шаг и конечные условия, ограниченные только вашим воображением. Пружины, отрывающиеся от намоточных машин, не обладают пружинящими свойствами. Их необходимо нагреть до высокой температуры (обычно 500 градусов по Фаренгейту или выше), чтобы снять напряжение, а затем закалить, чтобы создать память формы.

Напротив, при изготовлении винтовых пружин для тяжелых условий эксплуатации проволока нагревается перед намоткой, что вы можете увидеть в этом видео.

Плоские пружины

Плоские пружины бывают всех размеров и форм. Пружинные шайбы, пружинные контакты печатной платы и стопорные зажимы — все это примеры плоских пружин. Эти пружины в основном представляют собой детали из листового металла, изготовленные методом штамповки. Однако существуют также спиральные плоские пружины, такие как часовые пружины и спиральные пружины, и все плоские пружины необходимо подвергать термообработке для сохранения формы.

Тарельчатые пружины

Тарельчатые шайбы и конические пружины являются общими терминами, используемыми при замене тарельчатых пружин, имеющих дисковую форму с вогнутой поверхностью. Обычно их изготавливают путем штамповки, плазменной резки или вырубки плоского листа металла, затем вогнутая форма обычно обрабатывается. Тарельчатые пружины могут выглядеть как деформированные металлические шайбы, но служат они гораздо более сложным целям.

Механически обработанные пружины

Механически обработанные пружины и штамповые пружины используются для тяжелых условий эксплуатации с высокими требованиями к прочности и точности. Как следует из названия, механически обработанные пружины изготавливаются на токарных и фрезерных станках с ЧПУ.

Формованные пружины

Пластмассовые или композитные пружины обычно используются в коррозионно-активных средах, таких как производство продуктов питания, медицина и судостроение. Из-за склонности к ползучести их следует использовать только в прерывистых циклах. По сравнению с металлическими пружинами пластиковые пружины являются относительными новичками в космосе, и их предложение не так велико.

Поиск источников

Теперь, когда вы знаете больше о типах источников, пришло время попробовать! Спиральные пружины и некоторые типы плоских пружин широко доступны в различных размерах и материалах, которые, скорее всего, подойдут для вашего применения. При поиске обязательно укажите материал пружины. Вот некоторые из наиболее распространенных пружинных материалов:

Медно-бериллиевый сплав
Керамика
Однонаправленные композитные материалы из стекловолокна
Rubber
Уретан
Стальные сплавы

Вот некоторые поставщики готовых источников:

Century Springs
Lee Springs
Spring Store
и здесь есть еще несколько других-это еще несколько других-это еще несколько других-это еще несколько других. ресурсы для получения дополнительной информации:
- Spring Design Part 3: Как производятся пружины
- Рекомендации по проектированию и выбору источников для пружин
Сложные детали с невероятной скоростью — начните свой следующий проект с Fictiv
Если для вашего следующего проекта вам нужны другие детали, кроме пружин, Fictiv может помочь! Будь то обработка с ЧПУ, литье под давлением, 3D-печать или литье уретана, Fictiv — это ваша операционная система для нестандартных механических деталей. Создайте учетную запись и загрузите свою деталь, чтобы увидеть, что может сделать для вас наш процесс мгновенного расчета, обратная связь DFM и интеллектуальная платформа — мы доставляем сложные детали с невероятной скоростью!
Различные типы пружин и их применение
Пружины представляют собой чрезвычайно важные механические компоненты, используемые для обеспечения движения, улучшения амортизирующих свойств и т. д. во многих продуктах. Другими словами, услуги быстрого прототипирования, такие как 3D-печать и обработка с ЧПУ, могут создавать различные типы пружин, используемых при изготовлении таких продуктов, как часы, мобильные телефоны и т. д.
Некоторые из наиболее широко используемых продуктов содержат в своей конструкции пружины. Это вызывает потребность в знании и выборе, а это приводит к необходимости понимать пружины и их применение. Поэтому в этой статье рассказывается о пружинах, их преимуществах и недостатках, а также о различных типах пружин и их применении.
Принцип весны
Начнем с весны. Пружина — это устройство, которое накапливает энергию при приложении силы (от нагрузки) и высвобождает энергию после снятия нагрузки. В нормальных условиях, независимо от типа пружин, используемых в изделии, пружина вернется к своей первоначальной форме после снятия нагрузки.
Использование пружин в любом изделии основано на законе Гука. Закон Гука просто демонстрирует связь между «силой», действующей на пружину, и ее упругостью. Проще говоря, закон Гука гласит, что сила, необходимая для сжатия и растяжения пружины, прямо пропорциональна смещению.
Математически закон Гука выражается как F= -kX,
F = сила, приложенная к пружине
X = смещение пружины (отрицательное значение указывает, что восстанавливающая сила противоположна направлению.
k = жесткость пружины. Это зависит от типов пружин и показывает жесткость.
Различные типы пружин и их применение Пружины изготавливаются из различных материалов, форм, функций и т. д., что обуславливает необходимость различных применений. И у пружин есть три основные категории, каждая из которых имеет разные подкатегории.
Категория 1: Спиральные пружины Спиральные пружины являются наиболее распространенными типами пружин в производстве продукции. Проволока, свернутая в спираль (отсюда и название) с различным поперечным сечением, может образовывать винтовые пружины. Ниже приведены виды пружин первой категории.
1.
Пружины сжатия
Пружины сжатия представляют собой открытые спиральные пружины с постоянным диаметром витка и переменной формой, сопротивляющиеся осевому сжатию.
Простейший пример его применения — в шариковой ручке, где он отвечает за «хлопающий» эффект. Он также применим в клапанах и подвеске.
2.
Пружины растяжения
В отличие от пружин сжатия, пружины растяжения представляют собой винтовые пружины закрытого типа. Они подходят для создания напряжения, накопления энергии и использования энергии для возврата пружины в ее первоначальную форму.
Простой пример его применения — гаражные ворота. Другие используются в тяговых рычагах, плоскогубцах и весовых машинах.
3. Пружины кручения
Пружина кручения двумя концами крепится к двум разным компонентам. Это удерживает два компонента друг от друга под определенным углом. Эти пружины используют радиальное направление, когда сила действует радиально из-за вращения. Более того, возможности обработки с ЧПУ позволяют изготавливать на заказ двухкорпусные торсионные пружины в больших объемах.
4. Спиральные пружины
Спиральные пружины изготавливаются путем скручивания прямоугольных металлических полос в плоские спирали. При активации он сохраняет разумное количество энергии и может высвобождать ее с постоянной скоростью. Благодаря постоянному высвобождению он подходит для механических часов, игрушек и кресел-кресел.
Вторая категория: листовые рессоры Листовые рессоры — это типы пружин, изготовленных из прямоугольных металлических пластин, также известных как листы. Прямоугольные металлические пластины обычно крепятся болтами и зажимаются, и они широко используются в тяжелых транспортных средствах. Ниже приведены различные типы листовых рессор и их применение.
1.
Эллиптическая листовая рессора
Путем соединения двух полуэллиптических пружин в противоположном направлении можно построить эллиптическую листовую рессору. Это формирует эллиптическую форму. К оси и раме крепятся эллиптические свинцовые пружины. Нет необходимости в пружинных скобах, так как две полуэллиптические пружины удлиняются на одинаковую величину при сжатии. Эллиптические листовые рессоры применялись только в старых автомобилях, но не в наши дни.
2. Полуэллиптическая листовая рессора
Это самые популярные листовые рессоры в автомобилях. Они изготовлены из стальных листов разной длины, но одинаковой ширины и толщины. Самый верхний/самый длинный лист на двух концах является основным листом. Расположение стальных створок напоминает полуэллиптическую форму.
Полуэллиптические листовые рессоры одним концом жестко крепятся к раме автомобиля, а другим — к скобе. Это помогает варьировать длину и поглощать удары при движении по пересеченной местности. Полуэллиптические листовые рессоры требуют меньше обслуживания, легко ремонтируются и имеют долгий срок службы.
3. Четвертьэллиптическая листовая рессора
Четвертьэллиптическая листовая рессора, также известная как консольная листовая рессора, также является старой листовой рессорой. У них один конец закреплен на лонжероне рамы с помощью U-образного зажима или I-образного болта. Другой свободно соединен с передней осью. Когда балка переднего моста подвергается ударной нагрузке, листы выпрямляются, чтобы поглотить удар.
4. Трехчетвертная эллиптическая листовая рессора
Простой пример применения — дверная петля. Здесь, когда вы открываете дверь, пружина сохраняет свою вращательную энергию; когда вы отпускаете дверь, пружина использует накопленную энергию, чтобы вернуть дверь в исходное положение. Сила вращения зависит от вращения пружины.
Эта листовая рессора представляет собой комбинацию четвертьэллиптической рессоры и полуэллиптической рессоры. Один конец полуэллиптической части крепится к раме автомобиля, а другой — к четвертьэллиптической рессоре. Другой конец четвертьэллиптической рессоры крепится к раме и головке с помощью двутаврового болта.
5. Поперечная листовая рессора
Поперечная листовая рессора получается путем поперечной установки полуэллиптической листовой рессоры по ширине автомобиля. Расположение таково, что самый длинный лист рессоры находится внизу, средняя часть крепится к раме с помощью U-образного болта. В поперечных листовых рессорах используются две скобы. Однако они могут вызывать качение, что делает их непригодными для автомобилей.

Категория 3: дисковые пружины
Поперечная листовая рессора Дисковые рессоры представляют собой одинарные или множественные пружины, установленные последовательно или параллельно. Такое расположение позволяет им воспринимать высокую нагрузку в ограниченном пространстве. Типы тарельчатых пружин включают:
1. Тарельчатая пружина Belleville
Тарельчатая пружина Belleville, также известная как конусообразная тарельчатая пружина, имеет чашеобразную конструкцию. Они не лежат ровно. Вместо этого они принимают каноническую форму, которая сжимается и позволяет им выдерживать большие нагрузки.
2. Изогнутая тарельчатая пружина
Также известные как серповидные шайбы, они оказывают легкое давление на сопряженную часть, чтобы предотвратить ослабление в результате вибрации. Они подходят для равномерного распределения нагрузки на резьбовые болты, винты и гайки в машинах, производящих постоянную вибрацию.
3. Дисковая пружина с прорезями
Прорези на внешнем и внутреннем диаметре тарельчатой пружины могут образовывать тарельчатую пружину с прорезями. Это приведет к рычагу, который уменьшает нагрузку пружины и увеличивает отклонение. Дисковые пружины с прорезями находят широкое применение в автоматических коробках передач, сцеплениях и предохранительных муфтах.
4. Волновые тарельчатые пружины
Волнистые тарельчатые пружины имеют несколько волн на виток и подходят для обеспечения цены и предсказуемой нагрузки. Здесь они могут действовать как подушка, поглощая напряжение из-за осевого сжатия.
Хотите производить продукцию на заказ с пружинами? RapidDirect предлагает универсальное решение от покупки необходимых пружин, изготовления деталей до сборки вашей продукции и ее отправки вам обратно в течение 3 дней.
Попробуйте RapidDirect прямо сейчас!
Вся информация и загрузки защищены и конфиденциальны.
Материалы, используемые для изготовления пружин В отличие от общепринятого предположения, что пружины изготавливаются из железа, важно знать, что пружины изготавливаются из разных материалов. Таким образом, типы материалов определяют свойства, типы пружин и их применение. Ниже приведены распространенные материалы:
· Бериллиевый медный сплав Пружины, изготовленные из этого материала, обладают высокой прочностью, малой ползучести и отличной проводимостью. Они также подходят для формирования сложных фигур и форм. Следовательно, хорошо использовать медный сплав для изготовления пружин, используемых в музыкальных инструментах, некоторых измерительных устройствах, пулях и т. д.
· Керамика Керамический материал подходит для изготовления пружин, используемых при очень высоких температурах. Он устойчив к истиранию, воде и очень твердый. Он также имеет низкий коэффициент трения и низкую плотность.
· Однонаправленные стекловолоконные композитные материалы Однонаправленные стекловолоконные композитные материалы представляют собой армированное стекловолокно, обладающее высокой прочностью. Следовательно, производители теперь рассматривают его как потенциальный материал для изготовления всех пружин.
· Резина/уретан Эти материалы подходят для изготовления пружин цилиндрической/неспиральной конструкции. Они безопасны и надежны, а благодаря своим непроводящим свойствам находят применение в продуктах, где всегда есть проблемы с магнетизмом, коррозией и вибрацией.
· Сплавы стали Пружина из стального сплава является наиболее популярным типом используемых пружин. Они могут быть усилены другими материалами, но в любом случае они обладают отличной прочностью и долговечностью.
Преимущества и недостатки пружин
Пружины имеют некоторые преимущества, когда они являются одной из основных частей, составляющих ряд широко используемых продуктов, но они также имеют несколько недостатков. Рассмотрим по очереди преимущества и недостатки пружин.
Преимущества пружин
· Улучшенные амортизирующие свойства Пружины широко применяются во многих продуктах, так как они способны уменьшать воздействие ударов, поглощая их. Когда изделие испытывает удар, пружина сжимается и расслабляется, чтобы поглотить его. Следовательно, пружины являются важными частями транспортных средств.
· Аккумулятор энергии Спиральная пружина является примером пружины, которая может служить альтернативой батарее. При приложении силы пружина может постоянно генерировать энергию и высвобождать энергию. Это делает его важным компонентом механических часов.
· Соединительный механизм С помощью пружины можно соединить две части изделия или детали вместе. Например, пружины применяются в гараже, дверях и весовых машинах для соединения двух частей, чтобы они функционировали.
· Стабильность продукта Благодаря своей амортизирующей способности пружины обеспечивают устойчивость продуктов, в которых они используются. Стабильность продукта также может быть формой снижения трения и вибрации деталей.
Недостатки пружин
· Дорого Добавление пружины может быть дорогостоящим в некоторых машинах. Это связано с различными типами пружин, простотой их изготовления, наличием подходящего материала и дизайном продукта.
· Со временем они теряют свою эффективность Пружины со временем теряют свою эффективность из-за одновременного сжатия и расслабления. Это зависит от материала, использованного при его изготовлении. В конце концов, он перестанет подчиняться закону Гука, то есть не вернется к исходной форме при деформации.
Заключение
Пружины являются важной частью любого изделия, находящегося в движении. При сжатии и расширении они могут накапливать и высвобождать энергию. Чтобы выбрать правильную пружину, нужно знать, какие типы пружин используются в настоящее время. Каждая пружина имеет свои особенности и характеристики в зависимости от типов используемых материалов, конструкции и производственного процесса. Поэтому при выборе изготовления пружины для своего изделия лучше всего учитывать вышеперечисленные факторы.
Услуги RapidDirect по изготовлению прототипов на заказ
У вас есть продукт, и вы беспокоитесь о том, чтобы сделать его функциональным? Почему бы не связаться с RapidDirect сегодня? RapidDirect предоставляет услуги по изготовлению прототипов на заказ онлайн по конкурентоспособной цене. Наша команда хорошо разбирается в видах быстрого прототипирования. Получите мгновенную цитату, загрузив файлы.
Зарегистрируйте свой проект!
Часто задаваемые вопросы Какие бывают 3 типа пружин?
Существует три основных типа пружин: винтовые пружины, тарельчатые пружины и листовые рессоры. Под каждым основным типом находятся разные типы пружин. Например, винтовые пружины состоят из пружины кручения, пружины растяжения, спиральной пружины и пружины сжатия.
Какие бывают винтовые пружины?
Спиральные пружины состоят из 4 различных типов пружин, каждая из которых имеет свое назначение.