Jakie są rodzaje sprężyn i ich zastosowanie?

Sprężyna to element, który pod obciążeniem odkształca się sprężyście, gromadzi energię i oddaje ją, gdy siła ustępuje. Na tej jednej zasadzie opiera się kilkanaście konstrukcji, które różnią się kształtem, materiałem i kierunkiem pracy. Sprężyny dociskają, napinają, amortyzują drgania, przywracają elementy do położenia wyjściowego i chronią przewody przed uszkodzeniem.

W artykule opisujemy rodzaje sprężyn produkowane seryjnie i na zamówienie, pokazujemy, gdzie się je stosuje, i podpowiadamy, od czego zacząć dobór.

Podział rodzajów sprężyn pod kątem ich budowy

Najprostszy podział wynika z przekroju materiału. Sprężyny wykonuje się najczęściej ze stali sprężynowej węglowej, stopowej albo nierdzewnej, a kształt przekroju decyduje o technologii produkcji i o obciążeniach, jakie sprężyna przeniesie.

Drut o przekroju okrągłym nawija się na automatach w linię śrubową. Tak powstaje największa grupa: sprężyny naciskowe walcowe i stożkowe, naciągowe, skrętne oraz osłonowe. Z tego samego drutu, ale bez nawijania w spiralę, gnie się kształtki sprężyste.

Materiał płaski daje dwie odmiany. Sprężyny spiralne płaskie zwija się z taśmy wokół trzpienia, a sprężyny talerzowe tłoczy na prasie w kształt stożkowego krążka z otworem.

Drut o przekroju prostokątnym stosuje się tam, gdzie w ograniczonej przestrzeni potrzebna jest większa siła, niż zapewni drut okrągły.

Przy projektowaniu ważniejszy jest drugi podział, według kierunku pracy. Sprężyna pracuje na ściskanie, na rozciąganie albo na skręcanie i od tego zależy, które rodzaje w ogóle wchodzą w grę. Wracamy do tego w części o doborze.

Charakterystyka i zastosowanie sprężyn o przekroju okrągłym

Sprężyny z drutu okrągłego wyglądają podobnie, ale różnią się szczegółami, które przesądzają o ich funkcji: kształtem zwojów, zakończeniami i kierunkiem obciążenia. Najważniejsze rodzaje zestawiamy w tabeli.

Jakie zastosowanie mają sprężyny kształtowe?

Kształtki sprężyste gnie się z drutu sprężynowego, ale nie mają one formy spirali. Ich kształt wynika wprost z mechanizmu, w którym pracują, dlatego niemal zawsze wykonuje się je na indywidualne zamówienie, według rysunku albo próbki. Do tej grupy należą między innymi zawleczki sprężynujące, klipsy, zaczepy, uchwyty i elementy dociskowe.

Kształtki pracują w urządzeniach precyzyjnych, maszynach specjalistycznych, motoryzacji i sprzęcie AGD. O ich trwałości decydują promienie gięcia i jakość drutu, bo to w miejscach zagięć skupiają się naprężenia.

Charakterystyka i zastosowanie sprężyn o przekroju płaskim

Sprężyna spiralna płaska powstaje z taśmy zwiniętej w płaską spiralę wokół trzpienia. Pracuje na zwijanie: obrót trzpienia napina kolejne zwoje, a sprężyna oddaje zgromadzoną energię jako moment obrotowy. Zwoje leżą w jednej płaszczyźnie, więc sprężyna zajmuje mało miejsca wzdłuż osi obrotu. Stosuje się ją w mechanizmach zwijających, napędach sprężynowych, mechanizmach zegarowych, urządzeniach pomiarowych i mechanice precyzyjnej.

Sprężyna talerzowa to stożkowy krążek z otworem w środku. Przy bardzo małym ugięciu przenosi bardzo duże siły, dlatego sprawdza się tam, gdzie brakuje miejsca na sprężynę śrubową. Talerze łączy się w pakiety: ułożone równolegle sumują siłę, ułożone szeregowo sumują skok. Wymiary i grupy wykonania porządkuje norma DIN 2093. Sprężyny talerzowe pracują w połączeniach śrubowych narażonych na luzowanie, w sprzęgłach i hamulcach, w łożyskowaniach oraz w oprzyrządowaniu maszyn.

Sprężyny z drutu o przekroju prostokątnym

Przekrój prostokątny lepiej wypełnia przestrzeń zabudowy niż okrągły, dlatego przy tych samych wymiarach zewnętrznych sprężyna przenosi większą siłę i pracuje stabilniej.

Najbardziej znanym przykładem są sprężyny tłocznikowe, montowane w narzędziach do tłoczenia i wykrawania, gdzie pracują pod dużym obciążeniem przez bardzo wiele cykli. Sprężyny z drutu prostokątnego stosuje się także w oprzyrządowaniu i maszynach, w których liczy się duża siła przy niewielkiej zabudowie.

Charakterystyka sprężyn: jak siła zależy od ugięcia

Charakterystyka sprężyny to zależność siły od ugięcia. To ona, a nie sam wygląd, decyduje, czy sprężyna nadaje się do danego mechanizmu.

Charakterystyka liniowa oznacza, że każdy kolejny milimetr ugięcia wymaga takiego samego przyrostu siły. Tak w zakresie roboczym pracują typowe sprężyny śrubowe walcowe, co ułatwia obliczenia i przewidywanie zachowania układu. Miarą takiej charakterystyki jest sztywność podawana w niutonach na milimetr.

Charakterystyka progresywna oznacza, że sprężyna twardnieje w miarę ugięcia. Daje ją sprężyna stożkowa, w której najpierw dochodzą do siebie zwoje o największej średnicy, najbardziej podatne, a sztywność rośnie z każdym kolejnym zwojem wyłączonym z pracy. Podobnie działa sprężyna walcowa o zmiennym skoku zwojów.

Sprężyny talerzowe mają charakterystykę nieliniową, której przebieg zależy od proporcji wysokości stożka do grubości talerza. Pakietowanie pozwala ją kształtować: łącząc talerze równolegle, szeregowo albo w układzie mieszanym, uzyskuje się zadaną siłę i skok bez zmiany samego talerza.

Przy doborze warto określić dwa punkty pracy: siłę przy ugięciu wstępnym po montażu oraz siłę przy największym ugięciu roboczym. Te dwie wartości opisują zadanie sprężyny precyzyjniej niż jakikolwiek wymiar.

Jak dobrać rodzaj sprężyny do zastosowania

Dobór zaczyna się od pytania, jaką pracę sprężyna ma wykonać w mechanizmie. Poniższe zestawienie porządkuje najczęstsze sytuacje.

Kiedy rodzaj jest już jasny, liczą się parametry: siła albo moment w punktach pracy, przestrzeń zabudowy, liczba cykli, temperatura i środowisko. Przy sprężynach skrętnych dochodzi kąt rozwarcia ramion i kierunek nawinięcia, bo sprężyna nawinięta w złą stronę rozwija się, zamiast się napinać. Jak pracuje sprężyna skrętna i jakie jej parametry podać w zapytaniu, opisujemy na osobnej stronie.

Z czego wykonuje się sprężyny

Materiał dobiera się do warunków pracy. Drut patentowany sprężynowy w gatunkach SM i SH sprawdza się w typowych zastosowaniach mechanicznych, stal chromowo-wanadowa 50CrV4 przy wyższych obciążeniach i temperaturach, a stal nierdzewna 1.4310 wszędzie tam, gdzie występuje wilgoć, korozja albo kontakt z żywnością. Do każdej partii wystawiamy atest materiałowy 3.1.

Szerzej porównujemy te gatunki w artykule o tym, z jakich materiałów wykonuje się sprężyny.

Wszystkie rodzaje sprężyn znajdziesz w ofercie producenta Spretech!

Wszystkie opisane rodzaje sprężyn produkujemy w Katowicach od 1985 roku, od prototypów i pojedynczych sztuk po długie serie. Wykonujemy je według rysunku, próbki albo samych parametrów, a przy nietypowych zamówieniach doradzamy w doborze rodzaju, materiału i charakterystyki.

Jeśli potrzebny jest zamiennik zużytego elementu bez dokumentacji, pomoże dorabianie sprężyn na podstawie próbki. Prześlij rysunek, zdjęcie próbki albo parametry przez formularz, a przygotujemy wycenę.