Что такое пружина и как с ней бороться

Введение

Очень трудно представить себе страйкбол без пружины. Каким бы агрегатом вы ни пользовались - китайской ли игрушкой, или супер-мега кастомной газовой винтовкой в ней обязательно будет присутствовать пружина.
И тут встает вполне логический вопрос: как эту самую пружину оценить. Метод замера скорости вылета шара характеризует весь комплекс тюнинга, а определение силы сжатия пружины «на глаз» дает большую погрешность.
В этой статье будет описан метод расчета пружин, который вы сможете провести при помощи линейки и штангенциркуля (и калькулятора, кому лень на листочке считать).

Spring_image.gif


Рисунок 1.

Основные геометрические и силовые характеристики пружины.

Где: D - наружный диаметр пружины, мм;
t - шаг навивки, мм;
d - диаметр проволоки, мм;
Н0 - длина пружины в свободном состоянии, мм;
Н1, Н2, Н3 - длина пружины при предварительной, рабочей и максимальной нагрузках соответственно, мм;
F1, F2, F3 - прогиб пружины при предварительной, рабочей и максимальной нагрузках соответственно, мм;
Р1, Р2, Р3 - предварительная, рабочая и максимальная нагрузки соответственно, кг.

Но перед описанием метода пару слов о том

1. Что такое пружина

/Вставлено по замечаниям коллег/
Для простоты, считаем, что все, даже буржуйские пружины, сделаны из нашей, советской проволоки.

Просто выражаясь, пружина - это спирально навитая проволока нужных размеров. Существует много материалов и технологий изготовления пружин, но далее будут рассматриваться только пружины, изготовленные из стальной углеродистой пружинной проволоки, изготовленной по ГОСТ 9389-60.

Такие пружины изготавливаются по очень простой технологии - навей и забей!
На рис. 1. представлен типовой чертеж пружины с указанием основных геометрических и силовых характеристик.

2. Как с ней бороться

Для начала расчетов нам необходима, собственно, пружина и, что немаловажно, тот узел, где она работает. В нашем случае это, скорее всего, гирбокс.

Далее необходимо замерять геометрические параметры. Н0 вполне допустимо замерять линейкой, а вот для D и d необходим штангенциркуль, т.к. в этом случае даже доли миллиметра играют роль. Особенно это актуально для d, который, если это возможно, рекомендовано замерять микрометром.

Замеряем Н1 и Н2. Н1 - это длина пружины при крайнем переднем положении поршня, Н2 - при крайнем заднем. Еще посчитаем количество витков.

На этом замеры окончены, можно браться за мозги.

Но перед этим, пару слов о том, что и зачем мы рассчитываем.

В первой части по геометрическим характеристикам мы вычислим силовые характеристики пружины:
z - жесткость, кг/мм;
Р1, Р2, Р3 - нагрузки, кг.

Во второй части, используя результаты предыдущих вычислений, отнесем пружину к определенному классу и разряду, а на основании этого примерно прикинем жизненный цикл пружины.
Перейдем непосредственно к вычислениям:

Spring_image10.gif; кг/мм. (1)

Зная жесткость, быстренько рассчитаем рабочее усилие:

Spring_image2.gif; кг. (2)

Теперь самое время прикинуть максимально допустимую нагрузку для пружины:

Spring_image3.gif; кг. (3)

где =0,05-0,25, коэффициент, выбирать тем меньше, чем долговечнее вы хотите видеть пружину, обычно берется среднее значение.

Вот, с первой частью расчетов покончили. На основании этих данных вы получили исчерпывающую информацию о силовых характеристиках пружины. Можно предложить расчеты в других направлениях: давления, создаваемое в цилиндре, сила распирания уплотнительного кольца и т.д. и т.п. Но, это уже тема другого научного труда.

Мы переходим ко второй части вычислений, которая требует более детального описания.

Следует, пожалуй, начать с того, что пружины по характеру работы и марке материала разделяются на три класса, а внутри каждого класса на три группы. Помимо характеристик, описывающих статистическое состояние пружины, существует величина, характеризующая динамическую составляющую. Эта величина - критическая скорость нагружения пружины. Если скорость, с которой пружина сжимается, во время работы превысит критическую, то будет наблюдаться т.н. динамическое соударение витков, что резко осложнит жизнь пружине. В этом случае к статистическим напряжениям от скручивания будут прибавляться еще и ударные нагрузки.

Начнем расчет с определения напряжений кручения τ3 max, кг/мм2:

Spring_image4.gif; кг/мм2, где Spring_image5.gif(4)

Определим наличие динамического соударения витков.

Отношение Spring_image6.gifсвидетельствует об отсутствии соударений.

Spring_image7.gif; м/сек, где Spring_image8.gif(5)

Spring_image9.gif; м/сек, где S - темп стрельбы, выстрелов/мин (6)

После нахождения этих значений, пользуясь табл. 1 и 2, отнести пружину к определенному классу и разряду не составит труда.

Таблица 1 Классы и разряды пружин 

Класс

Разряд

Р3, кг

d, мм

ГОСТ

τ3 max, кг/мм2

Выносливость пружины

I

1

0,1-85

0,2-5

9389-60 I кл

0,3 σв

5 106

2

0,1-80

9389-60 II кл

3

14-600

3,-12

14963-69

56

II

1

0,15-140

0,2-5

9389-60 I кл

0,5 σв

1 105

2

0,125-125

9389-60 II кл

3

23,6-1000

3-12

2771-57

96

III

2

31,5-1400

3-12

14963-69

135

2 103

Примечание: пружина с наличием динамического соударения витков может быть отнесена только к ІІІ классу.

Таблица 2 Прочность проволоки ГОСТ 9389-60 

d, мм

Временное сопротивление разрыву, σв, кг/мм2

І класс

ІІ класс

0,8

260-300

215-260

0,9

255-290

210-255

1,0

250-285

205-250

1,1

240-275

195-240

1,2

240-270

195-240

1,4

230-260

190-230

1,6

220-250

185-220

1,8

210-240

180-210

2,0

200-230

180-210

2,2

190-220

170-200

2,5

180-205

165-195

Выводы

Вот и подошло время подвести итоги и осмыслить полученные результаты.

В процессе расчетов мы узнали о пружине почти все, сто хотели: Р2 - рабочее усилие, vраб - рабочую скорость, vкр - критическую скорость нагружения, vраб/vкр - условия работы.

Что делать с этими данными?
На мой взгляд, все познается в сравнении. Сравните полученные результаты с аналогичными у других владельцев оружия. Если обнаружиться, что такая-же жесткая пружина, как и у вас, обеспечивает у других большую скорость вылета шара, значит у вас есть еще потенциал для увеличения мощности без неоправданного увеличения нагрузки на мотор и шестерни.
Ведь по настоящему крутым будет тот ствол, который выдаст наибольшую скорость при наименьшей жесткости пружины.

Дерзайте!

Автор: SAMOKAT [Легион]

Ссылка на страницу "Что такое пружина и как с ней бороться": http://airsoft.zp.ua/page24.html
Версия для печати

Rambler's Top100 Команда Степные волки