Андрей Смирнов
Время чтения: ~11 мин.
Просмотров: 0

Виды и типы пружин

Достоинства и недостатки пружинных матрасов

Первые пружинные матрасы появились достаточно давно. Они характеризовались неплохими свойствами и впечатляющей выносливостью. В первых образцах использовались соединённые друг с другом пружины, которые обеспечивали небольшую поддержку спины, а также нещадно скрипели, будя окружающих. Впоследствии на рынке появились пружинные матрасы с независимыми блоками пружин. Они получились практически идеальными, поэтому выпускаются и по сей день.

Классические пружинные матрасы

Как мы уже говорили, в классических пружинных матрасах пружины переплетены между собой в некое подобие сети. Это было сделано для обеспечения повышенной устойчивости матрасов, а также для создания прочного основания для сна. Впрочем, производителям не удалось достичь совершенства – готовые изделия получись долговечными, но об их ортопедических свойствах можно было поспорить.

Когда пружины соединены друг с другом, они движутся синхронно, завися друг от друга. То есть, когда мы ложимся на классический пружинный матрас, сжимаются не только нужные пружины, но и соседние. В результате этого поверхность матраса просто не может повторить форму тела. Ещё одним результатом является разбитость, одолевающая нас каждое утро.

Чем дольше мы будем спать на таком матрасе, тем дольше наш организм (в частности, позвоночник) будет подвергаться воздействию неудобной для сна поверхности. Со временем боль в мышцах начинает усиливаться, страдает кровообращение в мягких тканях, а мы становится злыми, раздражительными и сонными. Пружинные матрасы не обладают ортопедическими свойствами, поэтому их нельзя расценивать как удобную поверхность для комфортного сна. Зато они необычно надёжны и долговечны! Теперь же рассмотрим достоинства и недостатки таких матрасов.

Достоинства

  • Продолжительный срок службы – пружины обладают большим запасом прочности, поэтому матрас прослужит долго;
  • Дешевизна – пружинные матрасы обладают небольшой стоимостью, что является очень важным достоинством;
  • Хороший воздухообмен – благодаря этому из матраса быстро удаляется влага и тёплый воздух.

Недостатки

  • Скрипучесть – пружины трутся друг об друга, создавая противный для всех окружающих скрип, избавиться от которого просто невозможно;
  • Полное отсутствие ортопедических свойств – классические пружинные матрасы опасны для здоровья и сна.

Пружинные матрасы с независимыми блоками пружин

Матрасы с независимыми пружинами являются более современной разработкой. В них каждая пружина движется отдельно от других, поэтому такие матрасы обладают неплохими ортопедическими свойствами. Они обеспечивают хорошую поддержку позвоночника, позволяют нормализовать сон, умеют повторять контуры изгибов тела.

Независимые пружинные блоки позволяют сформировать отличную поверхность для качественного сна. Для кого-то такая поверхность может показаться слишком твёрдой, но это лишь дело привычки – уже через несколько дней после сна на матрасе с независимыми пружинными блоками начинаешь отмечать улучшение качества сна.

Кроме того, сон на таких матрасах полезен тем, что позвоночник сохраняет свою правильную форму. Что касается мышечных тканей, то здесь мы можем наблюдать полное сохранение нормального кровообращения. Благодаря этому исключается образование отёков, а неприятное чувство онемения конечностей остаётся в прошлом.

Пружинные матрасы с независимыми блоками пружин получают всё большее распространение. Но они обладают достаточно высокой ценой. Давайте более подробно рассмотрим их основные достоинства и недостатки.

Достоинства

  • Отличные ортопедические свойства – матрасы с независимыми блоками обеспечивают хорошую поддержку спины и способствуют нормализации сна. Они рекомендованы не только здоровым людям, но и лицам с заболеваниями позвоночника и нервной системы;
  • Отсутствие скрипов – независимые пружинные блоки не соприкасаются друг с другом, поэтому появление лишних шумов практически исключено.

Недостатки

  • Высокая стоимость – по сравнению с классическими пружинными матрасами и пенополиуретановыми матрасами, о которых пойдёт речь дальше, их стоимость достаточно велика, что связано со сложностью их производства;
  • Пониженный срок службы – такие матрасы более сложны по своей конструкции, поэтому они не терпят прыжков и больших нагрузок.

Коэффициент жесткости цилиндрической пружины

На практике и в физике довольно большое распространение получили именно цилиндрические пружины. Их ключевыми особенностями можно назвать следующие моменты:

  1. При создании указывается центральная ось, вдоль которой и действует большинство различных сил.
  2. При производстве рассматриваемого изделия применяется проволока определенного диаметра. Она изготавливается из специального сплава или обычных металлов. Не стоит забывать о том, что материал должен обладать повышенной упругостью.
  3. Проволока накручивается витками вдоль оси. При этом стоит учитывать, что они могут быть одного или разного диаметра. Довольно большое распространение получил вариант исполнения цилиндрического типа, но большей устойчивостью характеризуется цилиндрический вариант исполнения, в сжатом состоянии деталь обладает небольшой толщиной.
  4. Основными параметрами можно назвать больший, средний и малый диаметр витков, диаметр проволоки, шаг расположения отдельных колец.

Не стоит забывать о том, что выделяют два типа деталей: сжатия и растяжения. Их коэффициент жесткости определяется по одной и той же формуле. Разница заключается в следующем:

  1. Вариант исполнения, рассчитанный на сжатие, характеризуется дальним расположением витков. За счет расстояние между ними есть возможность сжатия.
  2. Модель, рассчитанная на растяжение, имеет кольца, расположенные практически вплотную. Подобная форма определяет то, что при максимальная сила упругости достигается при минимальном растяжении.
  3. Также есть вариант исполнения, который рассчитан на кручение и изгиб. Подобная деталь рассчитывается по определенным формулам.

Расчет коэффициента цилиндрической пружины может проводится при использовании ранее указанной формулы. Она определяет то, что показатель зависит от следующих параметров:

  1. Наружного радиуса колец. Как ранее было отмечено, при изготовлении детали применяется ось, вокруг которой проводится накручивание колец. При этом не стоит забывать о том, что выделяют также средний и внутренний диаметр. Подобный показатель указывается в технической документации и на чертежах.
  2. Количества создаваемых витков. Этот параметр во многом определяет длину изделия в свободном состоянии. Кроме этого, количество колец определяет коэффициент жесткость и многие другие параметры.
  3. Радиуса применяемой проволоки. В качестве исходного материала применяется именно проволока, которая изготавливается из различных сплавов. Во многом ее свойства оказывают влияние на качества рассматриваемого изделия.
  4. Модуля сдвига, который зависит от типа применяемого материала.

Коэффициент жесткости считается одним из наиболее важных параметров, который учитывается при проведении самых различных расчетов.

Вычисление коэффициента жесткости опытным методом

С помощью несложного опыта можно самостоятельно рассчитать, чему будет равен коэффициент Гука. Для проведения эксперимента понадобятся:

  • линейка;
  • пружина;
  • груз с известной массой.

Последовательность действий для опыта такова:

  1. Необходимо закрепить пружину вертикально, подвесив ее к любой удобной опоре. Нижний край должен остаться свободным.
  2. При помощи линейки измеряется ее длина и записывается как величина x1.
  3. На свободный конец нужно подвесить груз с известной массой m.
  4. Длина пружины измеряется в нагруженном состоянии. Обозначается величиной x2.
  5. Подсчитывается абсолютное удлинение: x = x2-x1. Для того чтобы получить результат в международной системе единиц, лучше сразу перевести его из сантиметров или миллиметров в метры.
  6. Сила, которая вызвала деформацию, — это сила тяжести тела. Формула для ее расчета — F = mg, где m — это масса используемого в эксперименте груза (переводится в кг), а g — величина свободного ускорения, равная приблизительно 9,8.
  7. После проведенных расчетов остается найти только сам коэффициент жесткости, формула которого была указана выше: k = F/x.

Вычисление коэффициента жесткости опытным методом

С помощью несложного опыта можно самостоятельно рассчитать, чему будет равен коэффициент Гука. Для проведения эксперимента понадобятся:

  • линейка;
  • пружина;
  • груз с известной массой.

Последовательность действий для опыта такова:

  1. Необходимо закрепить пружину вертикально, подвесив ее к любой удобной опоре. Нижний край должен остаться свободным.
  2. При помощи линейки измеряется ее длина и записывается как величина x1.
  3. На свободный конец нужно подвесить груз с известной массой m.
  4. Длина пружины измеряется в нагруженном состоянии. Обозначается величиной x2.
  5. Подсчитывается абсолютное удлинение: x = x2-x1. Для того чтобы получить результат в международной системе единиц, лучше сразу перевести его из сантиметров или миллиметров в метры.
  6. Сила, которая вызвала деформацию, — это сила тяжести тела. Формула для ее расчета — F = mg, где m — это масса используемого в эксперименте груза (переводится в кг), а g — величина свободного ускорения, равная приблизительно 9,8.
  7. После проведенных расчетов остается найти только сам коэффициент жесткости, формула которого была указана выше: k = F/x.

Параллельное соединение

Параллельное соединение – это соединение, при котором начала всех проводников присоединяются к одной точке цепи, а их концы к другой.

Точки цепи, к которым сходится несколько проводов, называют узлами. Участки цепи, соединяющие между собой узлы, называют ветвями.

При параллельном соединении:

  • напряжение на всех проводниках одинаково;
  • сила тока в месте соединения проводников равна сумме токов в отдельных проводниках;
  • величина, обратная сопротивлению всего соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников.

Пример 3

Определить токи и напряжения всех участков цепи (рис.5), если известно:

  • Номинальное напряжение сети Uн = 220В;
  • Сопротивление нити в лампах HL1 и HL2 составляют Rл1 = Rл2 = 122 Ом.
  • Сопротивление нити в лампе HL3 составляют Rл3 = 153 Ом.

Решение

Составляем схему замещения для схемы, представленной на рис.5.

1. Определяем проводимость всей цепи и согласно таблицы 1.8:

2. Определяем сопротивление всей цепи :

3. Определяем силу тока цепи по закону Ома:

4. Определяем токи для каждой цепи :

5. Выполним проверку, согласно которой, сила тока в месте соединения проводников равна сумме токов в отдельных проводниках:

Iл1+ Iл2+ Iл3=Iобщ.=1,8+1,8+1,44=5,04=5,04 (условие выполняется)

Жесткость пружины. Как рассчитать.

Измерение параметров жесткости пружин разных типов

При производстве на предприятии и для применения необходимо определить способность пружины выдерживать определенные типы нагрузок. Для этого высчитывается т.н. коэффициент Гука – обозначение жесткости пружины, от которого зависит её надёжность. На этот параметр влияет материал, выбранный для изготовления. Это может быть сталь, легированная кремнием, ванадием, марганцем, другими добавками. Также применяются нержавейка, бериллиевая и кремнемарганцевая бронза, сплавы на основе никеля и титана. Если деталь выпускается для применения при высоких нагрузках, экстремальных температурах, используются специальные марки легированной стали. Нижегородская метизная корпорация имеет возможность производить пружины под заказ, создавая изделия с заданными характеристиками.

Что такое жесткость?

Говоря о практике, а не физических терминах, это сила, приложив которую, можно сжать пружину. Если вы знаете прилагаемое усилие, можно определить, какой будет деформация, и наоборот. Это существенно облегчает вычисления.

Коэффициент высчитывается для пружин кручения, растяжения, изгиба, сжатия – всех наиболее популярных в промышленности разновидностей этого изделия. Также следует отметить два основных типа:

  • С линейной (постоянной) жесткостью;
  • С прогрессивной (зависящей от положения витков) жесткостью.

Часто производитель наносит на готовую продукцию пометку краской. Если такого обозначения нет, применяется формула определения жесткости пружины через массу и длину, упрощающая задачу. Она изначально разрабатывалась для пружин растяжения, была получена методом измерения соответствия массы грузы с изменениями геометрии.

Также данный параметр может быть прогрессирующим – растущим — или регрессирующим – убывающим. Во втором случае параметр «жесткости» принято называть «мягкостью». В отдельных механизмах, например, в автомобилестроении, этот параметр особенно актуален.

Какие вводные данные требуются?

При расчёте важно знать следующую информацию:

  • Из какого материала выполнено изделие;
  • Точный диаметр витков – Dw ;
  • Общий диаметр самой пружины – Dm ;
  • Количество витков – Na .

Таким образом, к коэффициенту жесткости пружинного механизма может применяться формула:

k=G*(Dw)^4/8 * Na * (Dm)^3

Переменная G

означает модуль сдвига. Это значение можно найти в таблицах для разных материалов. К примеру, у пружинной сталиG=78,5 ГПа .

Далее разберемся, как определить жесткость пружины по формуле:

k=F/L.

Длина L

бывает двух типов:

  • L1 – измеренная в вертикальном положении без груза;
  • L2 – полученная при подвешивании груза с точно известной массой.

Например, 100

-граммовая гиря, закреплённая в нижней части, воздействует с силойF , равной1 Н . Получаем разницу между двумя показателями длины:

L = L2 – L1

При этом следует уточнить, что степень жесткости не определяет распрямление в исходное состояние. На него воздействуют сразу несколько факторов.

Насколько важен показатель, и на что он влияет?

Характеристики пружины важны не только для соответствия ГОСТам и проведения сертификации. Они влияют на сроки эксплуатации изделий, в которых используются, а это огромное количество приборов, деталей, механизмов, от мебели, до различных транспортных средств.

Поэтому данная величина напрямую влияет на надёжность готовых изделий, оборудования, техники, в которых используются элементы, содержащие пружины.

Часто люди интересуются, как рассчитать жесткость пружины цилиндрической винтовой. Для таких случаев учитывается не только модуль сдвига, но и параметр Rs

– напряжение, допускаемое при кручении. Здесь в расчёт берётся тип материала, его физические свойства, механические характеристики.

Следующий вопрос – в чем измеряется коэффициент жесткости пружины при расчётах. Традиционно в системе измерений, принятой в нашей стране принято записывать значение в Н/м

– ньютонах на один метр. Также это значение в качестве альтернативного варианта может записываться в килограммах на квадратный сантиметр, дин/см, граммах на квадратный сантиметр (расчёты в системе СГС).

Основные методы крепления пружин

При проведении расчетов уделяется внимание тому, каким образом проводится соединение пружин. Этот момент оказывает влияние на следующее:

  1. Жесткость системы. Этот показатель встречается практически во всех проводимых расчетах при последовательном подключении деталей. Зависит он от самых различных моментов, к примеру, коэффициента жесткости каждого.
  2. Требуемое усилие для сжатия или растяжения. Рассматриваемая деталь применяется часто по причине того, что может обеспечивает накопление кинетической энергии.
  3. Размер кинетической и потенциальной энергии. После того как изделие было выведено из положения равновесия начинает накапливаться кинетическая энергия. При этом она сохраняется на протяжении всего периода, пока к телу приложено усилие.
  4. Вероятность возникновения свободного колебательного движения, а также степень сопротивления подобному явлению. Для расчетов колебательного движения также применяются специальные формулы.

Они характеризуются довольно большим количеством особенностей

Прежде чем рассматривать применение подобных способов соединения следует уделить внимание особенностям самого изделия:

  1. Деталь изготавливается из проволоки, которая получается методом проката. Она обладает высоким показателем упругости, а также устойчивостью к воздействию окружающей среды.
  2. Прокат изготавливают из специального сплава, способного выдерживать периодическую деформацию. Под заказ может производится деталь из обычных углеродистых сплавов или легированных металлов, все зависит от конкретного случая.
  3. Проволока накручивается в виде колец по спирали. При этом должна выдерживаться едина ось, которая определяет распространение силы в одном направлении.
  4. Выделяют два основных типа детали: растяжения и сжатия. Первый вариант исполнения характеризуется тем, что витки находятся практически вплотную. В случае изготовления изделия для сжатия выдерживается определенный зазор, который позволяет кольцам сближаться, а самому изделию сжиматься.
  5. Характеризуется изделие самыми различными показателями. Примером можно назвать диаметр проволоки, созданных колец из нее, шаг расположения витков. Все эти параметры указываются в технической документации.

Сегодня они встречаются практически повсеместно. Это связано с тем, что подобное изделие практически незаменимо в случае, когда требуется возвратно-поступательное движение.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации