История. Пружина – это устройство, которое изменяет свою форму в ответ на внешнюю силу, а возвращается в оригинальную форму

Производство пружин

Выполнил:

Аспирант Т.В. Ломаева

Проверил: О.В. Степанова

Ижевск 2007г.

Производство пружин

Пружина – это устройство, которое изменяет свою форму в ответ на внешнюю силу, а возвращается в оригинальную форму, когда сила убрана. Энергия, потраченная на деформирование пружины, аккумулирована в ней и может быть получена обратно, когда пружина возвращается в первоначальную форму. Вообще величина изменения формы прямо связана с величиной прилагаемой силы. Однако если приложена слишком большая сила, то пружина будет деформирована и никогда не вернется в первоначальное состояние.

Исходные данные

Существует несколько типов пружин. Один из наиболее распространенных состоит из проволоки намотанной в цилиндрическую или коническую форму. Пружина растяжения – это намотанная пружина, витки которой обычно касаются друг друга, сила, приложенная для растягивания пружины, разделяет витки. Напротив, пружина сжатия – это винтовая пружина с пространством между последовательными витками; когда приложенная сила уменьшает пружину, витки поджаты друг к другу. Третий тип винтовых пружин, названые пружинами кручения, разработаны так, что приложенная сила скручивает виток в тугую спираль. Общие примеры пружин кручения использованы в клипбордах и заколках-бабочках.

Кроме того, другая разновидность навитых пружин – это часовые пружины, которые навиты в плоскую спираль, а не цилиндр или конус. Один конец пружины находится в центре спирали, а другой на ее внешнем краю.

Некоторые пружины созданы без витков. Самый общий пример – это листовая рессора, которая сформирована как мелкая арка, она обычно используется для автомобильных систем подвески. Другой тип – это тарельчатая пружина, устройство типа шайбы, которое сделано в виде срезанного конуса. Незамкнутые цилиндры из прочного, эластичного материала также могут действовать как пружины.

История

Простые, не винтовые пружины использовались всюду в истории. Даже эластичная ветвь дерева может быть использована в качестве пружины. Наиболее усовершенствованные пружинные механизмы датированы бронзовым веком, когда пинцеты для бровей были распространены в нескольких культурах. Во время третьего века до н.э. греческий инженер Стесибиус Александрийский разрабатывал метод изготовления «эластичной бронзы», с помощью увеличения пропорции олова в медном сплаве, расчета детали и упрочнения ее ударами молотка. Он пытался использовать сочетание пластинчатых пружин, чтобы управлять военными катапультами, но они не были достаточно мощны. В течении второго столетия до н.э. Фило из Византии, другой строитель катапульт, создал похожее устройство, предположительно с некоторым успехом. Висячие замки широко использовались в древней Римской империи и, по крайней мере, одна из моделей использовала согнутые металлические пластинки, чтобы сохранить устройство закрытым до тех пор, пока пластины не были разжаты с помощью ключей.

Следующее существенное развитие в истории пружин произошло в средние века. Отрезной станок, разработанный Вилардом де Хонекуртом около 1250г, использовал рабочее колесо гидротурбины для толкания ленточной пилы в одном направлении, и одновременно сгибания стойки, когда стойка возвращалась в распрямленное состояние, она толкала ленточную пилу противоположное состояние.

Винтовые пружины были разработаны в начале пятнадцатого века. Заменяя систему весов, которую обычно включали измерительные приборы, механизмом с намотанной пружиной, часовщики были в состоянии создать надежные, портативные хронометражные устройства. Этот процесс сделал возможной точную астронавигацию для океанских судов.

В 18 веке Индустриальная революция стимулировала развитие массового производства для того, чтобы делать пружины. В течение 1780-х годов Британский слесарь Джосеф Брамах использовал пружинно-навивочную машину в своей фабрике. По-видимому, переделка токарного станка заключалась в том, что на станок поставили бабину с проволокой на место резцовой головки. Проволока из бабины наматывалась вокруг стержня, закрепленного на токарном станке. Скорость ведущего винта, который передавал вращение соответственно на вращающийся стержень, могла быть отрегулирована для изменения шага – витков пружины.

Общие примеры современного использования пружин распространяются от крошечных колец основания кнопок в сенсорных панелях сотовых телефонов до огромных катушек, которые поддерживают цельность зданий и защищают их от вибрации во время землятресения.

Сырье

Стальные сплавы – это, как правило, наиболее используемые пружинные материалы. Наиболее популярные сплавы, включающие в себя высокоуглеродистые (такие как музыкальная проволока, используемая для гитарных струн), закаливаемые в масле низкоуглеродистые, хром-кремний, хром-ванадий и коррозионностойкие стали.

Другие металлы, которые иногда используются для изготовления пружин - это сплав меди и бериллия, фосфористая бронза и титан. Каучук или уретан могут быть использован для цилиндрических не винтовых пружин. Керамические материалы были разработаны для винтовых пружин, работающих в очень высокотемпературных окружающих средах. Однонаправленный стекловолокнистый материал композиционный материал проверяется на возможное использование в пружинах.