Что такое пружина? основные виды

Мини-блоки

Конструкция пружины в виде мини-блока имеет витки, диаметр которых подобран таким образом, чтобы витки входили друг в друга, когда пружина сильно сжимается: отсюда и название — мини-блок.

Такое конструктивное решение может уменьшить длину блока в сжатом состоянии таким образом, что она не будет превышать диаметра пружинной проволоки более, чем в два раза. Таким образом, получается очень маленький блок, и следовательно, экономится пространство. Это может быть ценным для конструкции задней части автомобиля, если там, например, необходим увеличенный багажник.

Важно отметить, что способность витков входить один в другой регулируется только изменением диаметра витков, и не зависит от типа используемого материала (коническая проволока или проволока с постоянным сечением). Для такой конструкции иногда используется конический материал, что делает пружину более легкой, но с другой стороны, увеличивает риск преждевременной поломки конечных витков

Более подробную информацию об этом можно прочесть в нашей технической брошюре.

Пружины в виде мини-блока могут иметь как линейные, так и прогрессирующие характеристики, что достигается использованием либо конической, либо параллельной проволоки. При этом часто у них линейный шаг, поскольку уменьшенный диаметр проволоки компенсирует уменьшение внешнего диаметра пружины. Для этой конструкции Lesjöfors всегда использует проволоку с постоянным сечением; это отвечает требованиям к мини-блокам и требованиям по нагрузке, а также позволяет избежать риска преждевременной поломки конечных витков.

Составные пружины

Пружина составного типа используются в случае больших нагрузок. Среди особенностей отметим:

В большинстве случаев изделие работает на сжатие. При этом все элементы имеют одинаковую длину.
Составной вариант исполнения представлен сочетанием нескольких, которые имеют различный диаметр витков и вставляются друг в друга. При этом все они имеют общую ось, за счет чего обеспечивается равномерное распределение нагрузки.
Для снижения вероятности перескоков витков, из-за чего не происходит сжатие, их выполняют в противоположном направлении закручивания.

Подобный вариант исполнения получил весьма широкое распространение, устанавливается на автомобилях и другом оборудовании. Не стоит забывать о том, что за счет увеличения количества пружин существенно повышается стоимость изделия.

На что обращать внимание при выборе

Существует несколько факторов, которые нужно учитывать при выборе пружин.

Жесткость

Жесткость влияет не только на комфорт при езде в автомобиле, но и при нагрузке на другие элементы его ходовой системы. На мягких пружинах более комфортно ездить, особенно по дорогам с плохим покрытием. Однако их нежелательно ставить на машину, которая часто перевозит значительные грузы. И наоборот, жесткие пружины лучше ставить на автомобили, предназначенные для перевозки тяжестей. Особенно это актуально для задних амортизаторов.

В контексте жесткости актуальна еще одна ситуация. Зачастую при покупке новых пружин (особенно для ВАЗ-классики) у пары одинаковых, входящих в один комплект, пружин может быть разная жесткость. Естественно, это приводит к тому, что машина перекашивается вправо или влево. Проверить при покупке их практически невозможно, поэтому решить проблему можно двумя путями.

Первый заключается в установке упомянутых выше проставок. С их помощью можно выровнять клиренс машины и добиться равномерной жесткости подвески. Второй путь заключается в покупке более качественных пружин, обычно от проверенных производителей, обычно зарубежных.

Жесткость — это физическая величина, которая в пружинах зависит от следующих их параметров:

Диаметр прутка. Чем он больше — тем больше и жесткость. Однако тут нужно учитывать форму пружины и диаметр прутка, из которого изготовлен каждый виток. Бывают пружины с переменными общими диаметрами и диаметрами прутка. О них позже.
Внешний диаметр пружины. При прочих равных показателях чем больше диаметр — тем ниже жесткость.
Количество витков. Чем их больше — тем ниже жесткость. Это связано с тем, что пружина будет сгибаться по своей вертикальной оси. Однако тут нужно учитывать дополнительные параметры. В частности, пружина с малым количеством витков будет иметь малый ход, что во многих случаях недопустимо.

Длина

Чем длиннее будут пружины — тем больше будет клиренс автомобиля. Для каждой конкретной модели автомобиля в его технической документации прямо указывается соответствующее значение. В некоторых случаях длина передних и задних пружин будет отличаться. В оптимальном случае необходимо придерживаться рекомендаций производителя. Отступление от них возможно лишь для тюнинга либо в случае, использования автомобиля для грузоперевозок.

Параметры витков

Под общим названием в данном случае подразумевается диаметр и количество витков. От этих двух параметров зависит общая жесткость пружины. К слову, некоторые модели пружин имеют неровную форму с витками различных диаметров. В частности, с узкими витками по краям, и широкими в середине.

Однако такие витки имеют и разный диаметр металлического прутка. Так, находящиеся в середине пружины витки большого диаметра сделаны из прутка большого диаметра. А крайние маленькие витки — из прутка малого диаметра. Большие прутки отрабатывают на больших неровностях, а маленькие — соответственно, на маленьких. Однако из-за того, что маленькие прутки сделаны из более тонкого металла, то они ломаются чаще всего.

Такие пружины, в основном, оригинальные, то есть, те, которые были установлены с завода. На них ездить комфортнее, но их ресурс ниже, особенно при постоянной езде машины по плохим дорогам. Неоригинальные же пружины обычно изготавливают из прутка одинакового диаметра. Это уменьшает комфорт езды на машине, однако увеличивает общий ресурс пружины. Кроме того, такая пружина будет стоить дешевле, поскольку технологически ее изготовить проще. Что выбирать в том или ином случае — решает каждый сам для себя.

Типы

Все амортизационные пружины делятся на пять основных типов. В частности:

Стандартные. Это пружины с характеристиками, прописанными в рекомендациях изготовителя машины. Обычно они предназначаются для использования в городских условиях или в условиях ограниченного бездорожья.
Усиленные. Их, как правило, используют на автомобилях, предназначенных для перевозки больших грузов. Например, в вариантах, когда базовой моделью машины является седан, а усиленным вариантом — фургон или пикап с грузовым отделением сзади.
С повышением. Такие пружины используют для увеличения клиренса (дорожного просвета) автомобиля.
С занижением. С их помощью, наоборот, уменьшают дорожный просвет. Это меняет динамические характеристики машины, а также ее управляемость.
С переменной жесткостью. Такие пружины обеспечивают комфортную езду при различных дорожных условиях.

Выбор того или иного типа пружин зависит от условий эксплуатации машины и рекомендаций завода-изготовителя.

Виды пружин

Витая цилиндрическая пружина сжатия Тарельчатые пружины

Место установки тарельчатых пружин

По виду воспринимаемой нагрузки

пружины сжатия;
пружины растяжения;
пружины кручения;
пружины изгиба.

Пружины растяжения

— рассчитаны на увеличение длины под нагрузкой. В ненагруженном состоянии обычно имеют сомкнувшиеся витки. На концах для закрепления пружины на конструкции имеются крючки или кольца.

Пружины сжатия

— рассчитаны на уменьшение длины под нагрузкой. Витки таких пружин без нагрузки не касаются друг друга. Концевые витки поджимают к соседним и торцы пружины шлифуют. Длинные пружины сжатия, во избежание потери устойчивости, ставят на оправки или стаканы. Волновые пружины, навитые из синусоидальной металлической ленты, отличаются более высокой устойчивостью благодаря соприкасающимся вершинам волн соседних витков.

Также пружина Бурдона

— трубчатая пружина в манометрах для измерения давления, играющая роль чувствительного элемента.

Витки пружин растяжения-сжатия под действием постоянной по величине силы испытывают напряжения двух видов: изгиба и кручения.

Пружина изгиба

— применяется для передачи упругих деформаций при незначительных изменениях геометрических размеров пружины или пакета пружин (рессоры, тарельчатые пружины).Они имеют разнообразную простую форму ( торсионы, стопорные кольца и шайбы, упругие зажимы, элементы реле и т.п.)

Пружины кручения

— могут быть двух видов:

торсионные — стержень, работающий на кручение (имеет большую длину, чем витая пружина)
витые пружины, работающие на кручение (как в бельевых прищепках, в мышеловках и в канцелярских дыроколах).

По конструкции

витые цилиндрические (винтовые);
витые конические (амортизаторы);
спиральные (в балансе часов);
плоские;
пластинчатые (например, рессоры);
тарельчатые;
волновые;
торсионные;
жидкостные;
газовые.

Типы и виды пружин

Как ранее было отмечено, изготавливаются различные виды пружин, все они обладают своими определенными особенностями, которые стоит учитывать. Классификация проводится по конструктивным признакам. Выделяют следующие типы пружин:

Винтовые. Эта разновидность встречается в различных механизмах, устанавливается практически везде, к примеру, в автомобилях. При этом выделяют следующие типы автомобильных пружин: цилиндрические и конические, а также с переменным диаметром. Следует учитывать, что рассматриваемое изделие представлено витками с одинаковым и различным диаметром. Довольно распространенный признак применения заключается в установке пружинных амортизаторов, которые являются важным элементом конструкции автомобиля. В некоторых случаях проводится установка пружины с переменным шагом витков. Торсионные. Во многом этот вариант исполнения напоминает предыдущий, но при этом работает на кручение и изгиб. Подобная форма пружины позволяет устанавливать ее в качестве основного элемента подвески. Этот же механизм устанавливается для открытия и закрытия дверей, обеспечения функциональности противовесов. Спиральные. Этот вариант исполнения напоминает плоский вид пружины, который закручивается по спирали в виде ленты. Применяется устройство в качестве элемента для накопления кинетической энергии, освобождение которой происходит в определенных случаях. Примером можно назвать настенные или наручные часы, а также другие подобные механизмы. Тарельчатые

Рассматривая классификацию пружин следует уделить внимание тарельчатому варианту исполнения. Этот вариант исполнения не напоминает стандартный вид пружины, так как состоит из нескольких последовательных дисков, соединенных между собой. Основным преимуществом этого варианта исполнения можно назвать слабую степень деформации даже в случае оказания высокой нагрузки

Основным преимуществом этого варианта исполнения можно назвать слабую степень деформации даже в случае оказания высокой нагрузки

Зачастую устанавливается в случае изготовления предохранительных клапанов. Волновые. Этот вид представлен изогнутой по синусоиде металлической лентой, которая плавно накручивается по спирали. Достоинством можно назвать относительно небольшие размеры, из-за высокой точности применяются при создании опорных узлов, подшипников и арматуры, которая перекрывает поток при необходимости. Газовые. Этот вариант исполнения отводится в особую категорию, так как при изготовлении не применяется проволока, а газ вместе с поршнем. Высокая стоимость определена сложностью конструкции, однако она может гасить вибрации и нагрузки с высокой эффективностью.

Основным преимуществом этого варианта исполнения можно назвать слабую степень деформации даже в случае оказания высокой нагрузки. Зачастую устанавливается в случае изготовления предохранительных клапанов. Волновые. Этот вид представлен изогнутой по синусоиде металлической лентой, которая плавно накручивается по спирали. Достоинством можно назвать относительно небольшие размеры, из-за высокой точности применяются при создании опорных узлов, подшипников и арматуры, которая перекрывает поток при необходимости. Газовые. Этот вариант исполнения отводится в особую категорию, так как при изготовлении не применяется проволока, а газ вместе с поршнем. Высокая стоимость определена сложностью конструкции, однако она может гасить вибрации и нагрузки с высокой эффективностью.

Рассматривая все о пружинах следует уделить внимание также классификации по характеру нагрузки. По этому признаку выделяют следующие варианты исполнения:

Изгиб. Подобный вид пружины при воздействии силы несущественно меняет свои размеры. Распространены торсионные пакеты, а также тарельчатые виды пружины.
Пружина кручения. Этот вариант характеризуется небольшими размерами, устанавливаются при изготовлении прищепок.
Сжатие и растяжение. Этот тип пружины весьма распространен, при приложении требуемого усилия происходит изменение линейных размеров. Сегодня он встречается в самых различных механизмах. Сжатие и растяжение применяется при создании промышленного и бытового оборудования.

Приведенная выше информация указывает на то, что есть просто огромное количество различных видов пружин, которые применяются в качестве основных элементов различных механизмов.

Виды пружин

Наиболее распространенными являются 4 категории автомобильных пружин. Именно они чаще всего устанавливаются на транспортные средства. При этом изделия несколько отличаются друг от друга, обладая определенными характеристиками и преимуществами.

Выделяют 4 категории автопружин:

Стандартные. Это базовый или штатный вариант, который в основном монтируется на легковые автомобили с завода. Подходит большинство современных моделей, адаптированных с обычным условиям эксплуатации;
Усиленные. Помогают повысить эксплуатационные характеристики транспортного средства

Актуальное решение для тех, кому важно получить на задних и передних элементах подвески дополнительную прочность и устойчивость для прохождения бездорожья, перевозки тяжелого прицепа или груза в самой машине;
Повышающие. Или же завышающие

Их установка дает возможность поднять клиренс, то есть дорожный просвет, а также улучшить показатели грузоподъемности;
Опускающие. Их еще называют занижающими. Вариант для поклонников спортивной езды. Служат для специального уменьшения дорожного просвета и смещения центра тяжести авто.

Все категории пружин востребованные и распространены в продаже и эксплуатации. Какие именно подходят вам, исходите из условий эксплуатации и задач, которые вы ставите перед своей машиной.

Замена пружин может понадобиться практически на любом автомобиле. Это скорее вопрос их износа. Если условия эксплуатации менять не собираетесь, стандартные изделия приходят на смену точно таким же.

Процедура замены пружин проводится на разных авто, включая:

Фольксваген Гольф;
Шевроле Ланос;
Рено Трафик;
Пежо 308;
БМВ Х5;
Шкода Октавия;
ВАЗ 2110;
автомобили VAG;
Audi A8;
Ауди 100;
Тойота Авенсис;
Мерседес МЛ;
Лада Приора и пр.

Марка и модель здесь не играет принципиальной разницы, поскольку пружины могут выйти из строя у любого авто.

А вот при покупке новых изделий обязательно учитывается конкретная марка, модель, поколение и ряд дополнительных параметров. Это позволяет максимально точно выбрать соответствующие автомобилю запчасти.

Важное

Класс А, также как и класс В, имеют абсолютно равнозначное право на существование. Маркировка по цветам была введена для того, чтобы исключить разницу в их высоте на противоположных бортах автомобиля. Ведь установка пружин разной высоты с двух сторон одной оси автомобиля приведет к ухудшению его управляемости и устойчивости, а также приведет к скорому выходу из строя деталей ходовой части.

Специалисты рекомендуют использовать пружины только одного класса. Допускается в передней подвеске применять класс А, а в задней — класс В. Если же в передней подвеске использованы пружины класса В, то установка в задней подвеске класса А запрещается категорически. В любом случае на одной оси в обязательном порядке должны быть установлены пружины как одного вида, так и одного класса.

Призматическая пружина

Примеры применении пружин рас – Ус i японка пружин ежа гни с ревер-тижсния сораын д. я восприятия растягивающих сил.

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.

К определению внутренних силовых факторов в поперечном сечении витка призматической пружины.

Призматические пружины во избежание искажения их формы в процессе деформации необходимо монтировать в направляющих-стаканах или на оправках.

Призматические пружины следует использовать только в случае острой необходимости, обусловленной габаритными и другими конструктивными соображениями. Призматические пружины при несимметричном очертании витков необходимо монтировать, во избежание искривления, в направляющих стаканах или на оправках.

Ось витков призматических пружин чаще всего располагается на призме, имеющей в плане вид прямоугольника со скругленными углами.

К определению внутренних силовых факторов в поперечном сечении витка призматической пружины.

Рассмотрим расчет призматических пружин сжатия на прочность и жесткость.

При несимметричном очертании витков призматические пружины необходимо монтировать в направляющих стаканах или на оправках во избежание искривления.

Рассмотрим потенциальную энергию деформации нагруженной призматической пружины с прямолинейной осью и плоскими витками прямоугольной формы. Введем следующие обозначения: ось / – главная центральная ось поперечного сечения проволоки, лежащая в плоскости витка; ось 2 – главная центральная ось поперечного сечения проволоки, перпендикулярная к плоскости витка, и ось 3 – касательная к оси проволоки.

Для дальнейших преобразований уравнения ( 97) необходимо получить зависимость между осадкой А и нагрузкой Р, действующей на призматическую пружину.

В главе XII рассматриваются точные и приближенные методы исследования устойчивости сжатых стержней постоянного и переменного сечения, а также устойчивость цилиндрических и призматических пружин сжатия.

В пружинах с витками некруглой формы материал находится в значительно более тяжелых условиях работы, чем в винтовых цилиндрических пружинах; поэтому призматические пружины следует использовать только в случае острой необходимости, обусловленной габаритными и другими конструктивными соображениями. Призматические пружины при несимметричном очертании витка во избежание искривления всегда необходимо монтировать в направляющих стаканах или на оправках.

Особенности производственного процесса

Основой деталей служит стальная пружинная проволока, процесс производства которой достаточно трудоемкий. На волочильных станках протягивается основа, периодически подвергаемая термической обработке и травлению для создания требуемого сечения. Поверхность проволоки должна быть особенно качественной, поскольку при набивке на ней не должны появляться вмятины, сколы и прочие дефекты, которые в дальнейшем могут стать причиной ненадежности и быстрого выхода из строя механизмов.

Важным производственным этапом является закалка, требующая точного следования технологическому процессу, зависящему от используемой марки стали.

При изготовлении пружин из проволоки с незначительным сечением, их можно не подвергать термической обработке, используя готовую основу. Однако силовые детали, испытывающие серьезные нагрузки, должны производиться из отожженной стали, дополнительно закаляемой после формовки.

Самым опасным видом закаливания считается закалка в воде, в процессе которой происходит значительное охлаждение материала. Поскольку используемые в производстве пружин стали имеют минимальную теплопроводность, слишком быстрое охлаждение может стать причиной появления закалочных трещин – следствия влияния чрезмерных внутренних напряжений. Данный метод закалки используется редко, при этом в воду добавляются разнообразные примеси, замедляющие процесс охлаждения. Наиболее качественными получаются элементы, закаляемые на воздухе или в масле, закалочных средах, не вызывающих быстрых и ощутимых перепадов температур в изделиях.

Для навивки применяются специальные автоматы, позволяющие создавать пружины как с правой, так и левой навивкой, при этом все работы производятся автоматические (если только не возникает необходимости отгибать крайние нитки для придания зацеплению нужной формы). С помощью автоматов можно создавать как крупные, так и мелкие пружины, если это необходимо, обрабатывая термически используемый материал.

Конические пружины

Как ранее было отмечено, для существенного повышения устойчивости в последнее время часто применяется пружина конического типа. Она характеризуется нижеприведенными особенностями:

В целом можно назвать, что изделие в целом напоминает цилиндрический вариант исполнения.
Каждый последующий виток имеет диаметр, меньше предыдущего. Именно поэтому подобный вид пружины характеризуется большим диаметром первого витка, так как остальные вкладываются внутрь.
Еще одним важным моментом можно назвать повышенную устойчивость изделия к смещению. Это связано с тем, что витки входят друг в друга, при этом расстояние между ними существенно снижается. Повышенная устойчивость – то, что требуется достаточно часто.
Устанавливается этот вариант исполнения в том случае, когда нужна минимальная длина изделия в сжатом состоянии.

Подобный вид пружины характеризуется сложностью в производстве. Именно поэтому существенно повышается стоимость изделия.

Технология изготовления пружин и требования к ним

Технология изготовления пружин играет важную роль и имеет большое значение для их беспроблемной долгосрочной эксплуатации. Упругие элементы – это высокотехнологичные изделия, требующие наличия квалификации и опыта от инженеров-конструкторов и технологов, а также хорошего парка оборудования на предприятии-производителе. От того, насколько правильными были расчеты пружины, подбор материала с учетом требуемых характеристик и особенностей ее применения, а также используемые технологии и точность изготовления, зависит работа целого агрегата, где эта деталь будет комплектующей.

Теория

С точки зрения классической физики, пружину можно рассматривать как устройство, накапливающее потенциальную энергию путём изменения расстояния между атомами эластичного материала.

В теории упругости законом Гука установлено, что растяжение эластичного стержня пропорционально приложенной к нему силе, направленной вдоль его оси. В реальности этот закон выполняется не точно, а только при малых растяжениях и сжатиях. Если напряжение превышает определённый предел (предел текучести) в материале наступают необратимые нарушения его структуры, и деталь разрушается или получает необратимую деформацию. Следует отметить, что многие реальные материалы не имеют чётко обозначенного предела текучести, и закон Гука к ним неприменим. В таком случае, для материала устанавливается условный предел текучести.

Витые металлические пружины преобразуют деформацию сжатия/растяжения пружины в деформацию кручения материала из которого она изготовлена, и наоборот, деформацию кручения пружины в деформацию растяжения и изгиба металла, многократно усиливая коэффициент упругости за счёт увеличения длины проволоки противостоящей внешнему воздействию. Волновые пружины сжатия подобны множеству последовательно/параллельно соединённых рессор, работающих на изгиб.

Цветовая маркировка пружин «Спорт»

Со спортивными пружинами цвет не имеет значения и является выбором компании. Зеленые, синие, красные или желтые пружины не указывают на степень их жесткости. Таким образом, разные цвета пружин являются характерной чертой производителя. Они используются для облегчения распознавания бренда, и это не имеет ничего общего с масштабом или характеристиками их работы.

Жесткость пружины определяется цветовой шкалой, размещенной только на витках пружины, или точками, пробитыми на них (…) или выемками (IIIII). Вы также можете найти окрашенные пятна (оооо). Их число означает твердость пружины. Согласно стандартам, жесткость пружины должна быть именно выбита на пружине, а не окрашено, запомните это.

Цветовая маркировка пружин

На одной оси разрешается ставить пружины только одной жесткости и только одного производителя, иначе поведение автомобиля на поворотах может оказаться неожиданным.

Очень часто на автомобиль устанавливают все 4 пружины одинаковой жесткости, но это не верно. Устанавливать нужно только рекомендуемые производителем автомобиля пружины, оригинальные или их аналоги, соблюдая жесткость пружины на передней и задней оси.