От износа стоек и пружин. проверяем состояние пружин подвески. зачем требуется маркировка цветом

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).

Жесткость пружины

При воздействии внешних сил тела способны приобретать ускорения или деформироваться. Деформацией называют изменение размеров и (или) формы тела. Если после снятия внешней нагрузки тело восстанавливает свои размеры и форму полностью, то такая деформация называется упругой.

Пусть на пружину на рис.1 действует растягивающая сила, направленная вертикально вниз.

При воздействии деформирующей силы ($\overline{F}$) длина пружины увеличивается. В пружине возникает сила упругости (${\overline{F}}_u$), которая уравновешивает деформирующую силу. Если деформация небольшая и упругая, то удлинение пружины ($\Delta l$) пропорционально деформирующей силе:

где в качестве коэффициента пропорциональности выступает жесткость пружины $k$. Коэффициент $k$ называют также коэффициентом упругости, коэффициентом жесткости. Жесткость (как свойство) характеризует упругие свойства тела, подвергаемого деформации — это возможность тела оказывать противодействие внешней силе, сохранять свои геометрические параметры. Коэффициент жесткости является основной характеристикой жесткости.

Коэффициент жесткости пружины зависит от материала, из которого изготовлена пружина, ее геометрических характеристик. Так, коэффициент жесткости витой цилиндрической пружины, которая намотана из проволоки круглого сечения, подвергаемая упругой деформации вдоль своей оси вычисляется при помощи формулы:

где $G$ -модуль сдвига (величина зависящая от материала); $d$ — диаметр проволоки; $d_p$ — диаметр витка пружины; $n$ — количество витков пружины.

Единицы измерения жесткости пружины

Единицей измерения коэффициента жесткости в Международной системе единиц (Си) является ньютон, деленный на метр:

\=\left=\frac{\left}{\left}=\frac{Н}{м}.\]

Коэффициент жесткости равен величине силы, которую следует приложить к пружине для изменения ее длины на единицу расстояния.

Жесткость соединений пружин

При последовательном соединении $N$ пружин жесткость соединения вычисляется при помощи формулы:

Если пружины соединены параллельно, то результирующая жесткость равна:

Примеры задач на жесткость пружин

Пример 1

Задание. Какова потенциальная энергия ($E_p$) деформации системы из двух параллельно соединенных пружин (рис.2), если их жесткости равны: $k_1=1000\ \frac{Н}{м}$; $k_2=4000\ \frac{Н}{м}$, а удлинение составляет $\Delta l=0,01$ м.

Решение. При параллельном соединении пружин жесткость системы вычислим как:

Потенциальную энергию деформированной системы вычислим при помощи формулы:

Вычислим искомую потенциальную энергию:

Ответ. $E_p=0,\ 25$ Дж

    Пример 2

Задание. Чему равна работа ($A$) силы растягивающей систему из двух последовательно соединенных пружин, имеющих жесткости $k_1=1000\ \frac{Н}{м}\ \ и$ $k_2=2000\ \frac{Н}{м}$, если удлинение второй пружины составляет $\Delta l_2=0,\ 1\ м$?

Решение. Сделаем рисунок.

При последовательном соединении пружин на каждую из них действует одна и та же деформирующая сила ($\overline{F}$), используя этот факт и закон Гука найдем удлинение первой пружины:

Работа силы упругости при растяжении первой пружины, равна:

Учитывая полученное в (2.1) удлинение первой пружины имеем:

Работа второй силы упругости:

Работа силы, которая растягивает систему пружин в целом, будет найдена как:

Подставим правые части выражений (2.3) и (2.4) в формулу (2.5), получаем:

Вычислим работу:

Ответ. $А$=30 Дж

Читать дальше: затухающие колебания.

Основные разновидности

Прежде чем приступим к рассмотрению разновидностей пружин для авто, коротко вспомним, зачем они нужны. Передвигаясь по неровностям, автомобиль должен сохранять мягкость. В противном случае поездка не будет отличаться от передвижения на повозке. Для обеспечения комфорта автопроизводители оснащают транспорт подвеской.

На самом деле комфорт при использовании подвески – это дополнительный бонус. Первостепенное назначение пружин в авто – безопасность транспорта. Когда колесо на скорости наезжает на препятствие, например на кочку, амортизатор смягчает удар. Однако чтобы машина не теряла сцепление с дорожным покрытием, колесо нужно быстро вернуть на твердую поверхность.

Подробней о том, зачем машине пружины, рассказано в этом видео:

Для чего предназначены пружины авто?

Watch this video on YouTube

Для этой цели и нужны пружины. Но если в транспортных средствах использовать только их, на скорости даже небольшая кочка заставит машину сильно раскачиваться, что также приведет к потере сцепления. По этой причине пружины в современных транспортных средствах используются совместно с амортизаторами.

Классификация всех пружин для машин следующая:

1. Стандарт. Такой автомобильный элемент устанавливается заводом-изготовителем при сборке модели на конвейере. Эта разновидность соответствует техническим характеристикам, указанным в технической документации машины.
2. Усиленный вариант. Такие пружины более жесткие, чем заводский аналог. Этот тип отлично подойдет для транспорта, эксплуатируемого в сельской местности, так как пружины в этом случае будут испытывать больше нагрузки. Так же такими модификациями оснащаются машины, которые часто перевозят грузы и буксируют прицеп.
3. Повышающая пружина. Помимо увеличенного дорожного просвета такие пружины повышают грузоподъемность автомобиля.
4. Понижающие пружины. Обычно такой вид используют любители спортивной езды. У заниженного автомобиля центр тяжести находится ближе к дороге, благодаря чему увеличивается аэродинамика.

Несмотря на то, что каждая модификация имеет свое различие, все они изготавливаются по особенной технологии.

Закон Гука

Пружину можно сжимать, растягивать, изгибать или скручивать. В каждом из этих случаев будут возникать силы упругости, стремящиеся вернуть форму и размеры пружины в начальное состояние. Для понимания основных закономерностей будем рассматривать только линейные сжатия и растяжения (вдоль оси х). Для вычисления сил при деформациях изгибов и скручивании требуется применение более сложного математического аппарата.

Рис. 1. Деформации растяжения и сжатия пружины.

Если начальная длина, ненапряженной пружины, равна L, то для малых деформаций выполняется закон Гука, открытый экспериментально:

$ F_уп = − k * Δх $ (1),

где, в формуле силы упругости пружины:

F_уп — сила упругости пружины, Н;

k — коэффициент жесткости пружины, Н/м;

Δх —величина деформации (дельта икс), м.

Величина малых деформаций должна быть намного меньше начальной длины пружины:

$ Δх 0 — растяжение, и Δх

• Сила трения скольжения
• Сила тяжести
• Сила упругости
• Механическое движение
• Равнодействующая сила
• Неравномерное движение
• Взаимодействие тел
• Сила трения покоя
• Единица измерения массы
• Сила трения покоя
• Сила трения качения
• Причины возникновения силы трения
• Ускорение силы тяжести
• Сила упругости пружины
• Равномерное и неравномерное движение

показать все

По многочисленным просьбам теперь можно: сохранять все свои результаты, получать баллы и участвовать в общем рейтинге.

1. 1. Юлия Казакова 275
2. 2. Миша Дегтярев 261
3. 3. Алина Сайбель 140
4. 4. Екатерина Онегина 103
5. 5. Алина 98
6. 6. Марк Абрамов 90
7. 7. Алю Миний 87
8. 8. Дмитрий Аравин 75
9. 9. Ибрагим Мургустов 73
10. 10. Надежда Лавренова 72

1. 1. Мария Николаевна 12,965
2. 2. Лариса Самодурова 12,285
3. 3. Liza 11,735
4. 4. TorkMen 10,966
5. 5. Кристина Волосочева 10,910
6. 6. Ekaterina 10,791
7. 7. Лиса 10,720
8. 8. Юлия Бронникова 10,580
9. 9. Влад Лубенков 10,540
10. 10. Вячеслав 10,530

Самые активные участники недели:

• 1. Виктория Нойманн — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
• 2. Bulat Sadykov — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
• 3. Дарья Волкова — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.

Три счастливчика, которые прошли хотя бы 1 тест:

• 1. Наталья Старостина — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
• 2. Николай З — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
• 3. Давид Мельников — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.

Карты электронные(код), они будут отправлены в ближайшие дни сообщением Вконтакте или электронным письмом.

Класс «А» и «В» – существенны ли отличия

Для многих автолюбителей жесткость пружин по цветам равносильна жесткости по классам. Класс «А», независимо от цвета, более жесткий, нежели класс «В». На самом деле это не совсем верное утверждение. Класс «А» действительно больше подходит для автомобилей, которые часто эксплуатируются с высокой нагрузкой. Но разница здесь совсем невелика – порядка 25 кг. Несмотря на обязательное нанесение маркировки, до сих пор встречаются образцы, на которых она отсутствует. В таком случае, даже если цветовая маркировка элементов идентична, от их покупки и использования лучше отказаться.

Многими автомобилистами недооценивается значение качественных пружин, особенно при интенсивной эксплуатации автомобиля. Пружины не зря имеют маркировку по цветам – так гораздо проще сориентироваться начинающему водителю, который впервые занимается собственноручной заменой этого элемента. Приобретение изделий надлежащего качества, пусть и по более высокой цене, неизбежно окупится более мягкой ездой, меньшим износом автомобиля, а также меньшими нагрузками на самого водителя. Научно доказано, что высокие вибрационные нагрузки на человека приводят к быстрой утомляемости и снижению концентрации при движении.

Расчет пружины сжатия из проволоки прямоугольного сечения.

Жесткость пружины из проволоки или прутка прямоугольного сечения при тех же габаритах, что и из круглой проволоки может быть гораздо больше. Соответственно и сила сжатия пружины может быть больше.

Основным отличием в расчете, как вы уже догадались, является определение жесткости витка (C1), задающей жесткость пружины (C) в целом.

Далее представлены скриншот программы и формулы для цилиндрической стальной пружины из прямоугольной проволоки, у которой поджаты по ¾ витка с каждого конца и опорные поверхности отшлифованы на ¾ длины окружности.

После выполнения расчета по программе выполняйте проверку касательных напряжений!!!

4. I=(D1B)-1

5. При 1/3<H/B<1 Y=5,3942*(HB)2-0,3572*(H/B)+0,5272

При 1<H/B<2 Y=5,4962*(HB)(-1.715)

При 2<HB<6 Y=3,9286*(HB)(-1.2339)

6. При H<B C1=(78500*H4)/(Y*(D1— B)3)

При H>B C1=(78500*B4)/(Y*(D1— B)3)

8. Tnom=1,25*(F2C1)+H

9. Tmax=π*(D1— B)*tg (10°)

11. S3=T— H

12. F3=C1*S3

14. Nрасч=(L2— H)/(H+F3C1— F2C1)

16. C=C1N

17. L0=N*T+H

18. L3=N*H+H

19. F2=C*L0— C*L2

21. F1=C*L0— C*L1

22. N1=N+1,5

23. A=arctg (T/(π*(D1— H)))

24. Lразв=π*N1*(D1— H)/cos (A)

25. Q=H*B*Lразв*7,85/106

Когда требуется узнать жесткость воды?

Из-за жесткой воды возникает много негативных моментов:

• образуется много накипи в чайнике и кастрюлях;
• начинают плохо работать стиральная и посудомоечная машины, пароувлажнители, утюги с подачей пара;
• увеличивается расход стирального порошка;
• образуется известковый налет на мойках, ваннах, раковинах;
• забивается кран водопроводной трубы и лейка душа;
• снижается эффективность работы отопительных и водогрейных котлов;
• появляется неприятный осадок в приготовленном чае или кофе;
• плохо себя чувствуют некоторые аквариумные рыбки и растения.

Для человека слишком жесткая вода приносит вред в виде ломкости волос, «стягивания» кожи после водных процедур, развития мочекаменной болезни

Важно знать уровень жесткости воды, чтобы правильно программировать кофемашину на чистку, рассчитывать дозировку веществ от накипи для посудомоечной и стиральной машин, уберечь аквариумных рыбок от вымирания. Не менее важно определять степень жесткости воды, чтобы подобрать соответствующую систему фильтрации, которая не только очистит жидкость, но и убережет посуду от накипи

Формула определения жесткости

Изучаемая современными школьниками формула, как найти коэффициент жесткости пружины, представляет собой соотношение силы и величины, показывающей изменение длины пружины в зависимости от величины данного воздействия (или

равной ему по модулю силы упругости). Выглядит эта формула так: F = –kx. Из этой формулы коэффициент жесткости упругого элемента равен отношению силы упругости к изменению его длины. В международной системе единиц физических величин СИ он измеряется в ньютонах на метр (Н/м).

Другой вариант записи формулы: коэффициент Юнга

Деформация растяжения/сжатия в физике также может описываться несколько видоизмененным законом Гука. Формула включает значения относительной деформации (отношения изменения длины к ее начальному значению) и напряжения (отношения силы к площади поперечного сечения детали). Относительная деформация и напряжение по этой формуле пропорциональны, а коэффициент пропорциональности – величина, обратная модулю Юнга.

Модуль Юнга интересен тем, что определяется исключительно свойствами материала, и никак не зависит ни от формы детали, ни от ее размеров.

К примеру, модуль Юнга для ста

ли примерно равен единице с одиннадцатью нулями (единица измерения – Н/кв. м).

Смысл понятия коэффициент жесткости

Коэффициент жесткости – коэффициент пропорциональности из закона Гука. Еще он с полным правом называется коэффициентом упругости.

Фактически он показывает величину силы, которая должна быть приложена к упругому элементу, чтобы изменить его длину на единицу (в используемой системе измерений).

Значение этого параметра зависит от нескольких факторов, которыми характеризуется пружина:

• Материала, используемого при ее изготовлении.
• Формы и конструктивных особенностей.
• Геометрических размеров.

По этому показателю можно сд

елать вывод, насколько изделие устойчиво к воздействию нагрузок, то есть каким будет его сопротивление при приложении внешнего воздействия.

Особенности расчета пружин

Показывающая, как найти жесткость пружины, формула, наверное, одна из наиболее используемых современными конструкторами. Ведь применение эти упругие детали находят практически везде, то есть требуется просчитывать их поведение и выбирать те из них, которые будут идеально справляться с возложенными обязанностями.

Закон Гука весьма упрощенно показывает зависимость деформации упругой детали от прилагаемого усилия, инженерами используются более точные формулы расчета коэффициента жесткости, учитывающие все особенности происходящего процесса.

• Цилиндрическую витую пружину современная инженерия рассматривает как спираль из проволоки с круглым сечением, а ее деформация под воздействием существующих в системе сил представляется совокупностью элементарных сдвигов.
• При деформации изгиба в качестве деформации рассматривается прогиб стержня, расположенного концами на опорах.

Для чего маркируют цветом

Маркировка, где используются цветные следы краски, призвана упростить автомобилистам процесс выбора изделий. Причем пометки наносятся на просто так. Это результат сложного и длительного производственного процесса.

Изготовление пружин для автомобилей связано с различными технологически сложными операциями. Далеко не все из них удается контролировать. За некоторыми даже невозможно следить непосредственно до получения самого результата в виде готовой пружины для подвески транспортного средства. Именно из-за этого массовые изготовители автопружин проводят обязательную проверку продукции и ее сравнительный анализ. Это не просто пожелание производителя, а возникающая необходимость.

Тем самым возникла классификация по цвету. Это один из немногих способов отличить различные по показателям жесткости элементы уже после завершения их изготовления. Да, есть и альтернативные методы, но цветовой считается наиболее простым, надежным и информативным.

Выбираем изделия по маркировке

Итак, водитель пришел в магазин за новенькими пружинами. Как сделать правильный выбор?

В этом может помочь расшифровка маркировки, отображенная ниже:

2101 -прекрасно подходит под стандартные седаны, снабженные приводом заднего типа; 21012 — жесткие пружины, которые в основном используются на спецтранспорте; 2102 — изначально, создавались для российских универсалов

При установке этого изделия увеличивается клиренс машины, что довольно важно, если транспорт эксплуатируется на бездорожье; 2018 — обычно ставится на любой транспорт с переднего типа приводом, кроме «Оки» и тех автомобилей, у которых под капотом находится 16-ти клапанный силовой аппарат; 2110 — эти изделия созданы для экспертных российских моделей от ВАЗ; 2111 — работают на таких моделях, как ВАЗ 2111 и 2113. Только на подвесках заднего типа; 2112 — аналог 2111, только для подвески переднего типа; 2121 — чаще всего ставят лишь на полноприводных машинах. Прежде всего, это простая Нива

Прежде всего, это простая Нива.

Новые пружины на ваз

С маркировкой легко разобраться. Но еще необходимо понять, как влияет производитель на выбор пружин.

Жесткость в питьевой воде

Под термином жесткость воды понимается количество растворенных и нерастворенных солей, присутствующих в природных водных залежах. Водица может быть слишком мягкой или слишком жесткой. Вредны оба варианта. Недостаток солей нарушает водно-щелочной баланс в организме, избыток вызывает множественные заболевания важных органов: сердца, почек, кожи, печени. При переизбытке солей жидкость имеет горьковато-металлический вкус, может быть мутной, с разными цветовыми оттенками.

Соблюдение нормы жесткости питьевой воды очень важно для потребителей. Солями можно отравиться, они вызывают расстройство желудка, пожелтение кожи, иные неприятности

Высокая концентрация солей жесткости отрицательно сказывается на работе бытовых приборов — примеси образуют трудно-очищающуюся накипь, каменистые известковые отложения. Из-за них образуются шлаки в системе водоснабжения, быстро выходят из строя бытовые/промышленные приборы, сантехника, гидрооборудование.

Отличия пружин подвески и их маркировка

Основным идентификационным параметром любой пружины служит ее наружный диаметр. Производители не могут его самопроизвольно изменить, так как этот размер определяется конструктивными особенностями самого автомобиля. Все остальные параметры могут быть абсолютно различными. Так производители могут:

1. изменить диаметр прута, из которого она изготавливается и даже использовать прут, имеющий диаметр переменного значения;
2. изготавливать пружины одинаковой высоты, но различной жесткости;
3. изменить межвитковое расстояние и количество витков, сохраняя при этом жесткость.

Статья в тему: Как зарегистрироваться на экзамен в ГИБДД через госуслуги? Поэтому на заводах перед установкой проводят контроль статистической нагрузки. Проводится такая операция следующим образом: измеряют высоту пружины, сжав ее с определенным усилием. Так как для каждой конкретной модели автомобиля высота в сжатом состоянии регламентирована полем допуска, то детали, не попавшие в это поле, выбраковываются.

Пружины, попавшие в границы верхнего поля допуска относят к классу А (длинные), а в категорию В (короткие) попадают те, что имеют высоту в пределах нижнего поля допуска. Далее пружины одного класса маркируют краской, причем цвет маркировки зависит от модели автомобиля, на котором они должны быть установлены.

• Пружины класса А автомобилей ВАЗ маркируют по цвету желтой, белой, коричневой и оранжевой красками.
• Вид В также маркируют по цвету, но зеленой, голубой, синей и черной красками.

Маркировка по цвету наносится на внешнюю сторону витков в виде цветной полоски. Обилие цветов маркировочной краски объясняется тем, что с целью уменьшения влияния коррозии, они подвергают специальному покрытию (хлоркаучуковая эмаль или защитное эпоксидное покрытие), которое также бывает разного цвета (черное, серое, синее, белое, голубое) и определяет как модель автомобиля, так и назначение пружины (передняя или задняя). Причем на заводах, выпускающих различные модели ВАЗ и «Лада», передние элементы окрашены, как правило, в черный цвет. Исключение составляют только пружины с переменным межвитковым расстоянием (шагом) — они окрашиваются в голубой цвет.

Статья в тему: Самостоятельное приготовление электролита для АКБ