Пружина – упругий, обычно витой элемент механизмов, отвечающий за возврат приложенного усилия. В зависимости от способа навивки работает в направлении сжатия или растяжения.
Винтовые являются самыми широко распространенными. Они имеют форму трубки. Элемент получают методом навивки проволоки или прута на цилиндрический шаблон. После чего заготовка поддается закалке и отпуску. В зависимости от способа навивки зависит направление работы пружины. Наличие зазоров между витками позволяет ее использовать как элемент сжатия. Примером являются пружины в шариковых ручках, подвесках автомобилей, мототранспорта. При плотной навивке пружина срабатывает на растяжения. Такие элементы имеют на краях проушины зацепы.
Их используют в механизмах автоматического закрывания двери.
Торсионные имеют аналогичное устройство, что и винтовые. Однако они устроены так, чтобы срабатывать на кручение и изгиб. Концы таких пружин сделаны удлиненными для зацепа при установке. При воздействии на скручивание элемент противодействует. Торсионные пружины, к примеру, используются в сложных механизмах закрывания дверей.
Спиральные имеют форму ленты закрученной в спираль. Этот элемент применяется для накопления энергии. При установке в механизм он закручивается, накапливая за счет своей упругости энергию на раскручивание. Именно такие пружины применяются в часовых механизмах, работающих на заводе без использования электрического источника энергии. Также их используют в ручных стартерах бензопил, мотокос для возврата шнура обратно и т.п.
Тарельчатая пружина имеет вид шайбы выгнутой под конус. За счет упругости металла она противодействует сжатию.
Они постоянно подпирают гайки или другие комплектующие. Это достаточно редко применяемый элемент, однако он получил широкое распространение в механизмах рулевых реек большинства автомобилей.
Волновые представляют собой ленту уложенную по синусоиде, то есть волной. Она навивается по кругу, как и винтовые изделия. Однако благодаря волнообразной укладки при сжатии, она воздействует обратно одинаково по всей плоскости без стремления уйти в сторону. Такое ее качество важно при изготовлении точных механизмов. Волновой элемент также может изготавливаться в виде незамкнутого кольца или тарельчатой пружины с синусоидой.
Классификация пружин по способу нагрузкиБолее важным параметром, чем само устройство пружины, является способ ее нагрузки. При изготовлении различных механизмов возможно предусмотреть установку в него пружины практически любого устройства, главное чтобы она подходила по способу нагрузки.
Пружины изгиба противодействуют на усилие, нацеленное на их изгиб. Это качество используется для поджатия деталей механизмов между собой. Примером являются тарельчатые пружины.
Кручения оснащаются удлиненными ровными краями зацепами, которые фиксируются в механизмах. При попытке изменения их нормального положения в любую сторону они за счет упругости навивки основного тела возвращаются обратно. Примером таких элементов выступают торсионные пружины в бельевых прищепках.
Сжатия и растяжения имеют похожее устройство и отличаются только величиной зазора между витками навивки. Элемент сжатия при сдавливающем воздействии оказывает противодействие. Именно такой тип пружин используется в прижимных клавишах. Пружина растяжения наоборот стремится принять свою нормальную форму на действие направленное на ее удлинение. Она используется в конструкции кроватей раскладушек, спусковых механизмах огнестрельного оружия.
Для производства пружин применяется специализированная проволока, имеющая повышенные параметры упругости. Из нее делают все виды пружин, кроме тарельчатых. Последние изготавливаются путем штамповки по листовой стали.
Пружинная проволока производится методом проката из определенного стального сплава. Благодаря специализированному составу, после термообработки, готовое изделие не ломается при механическом воздействии в приделах расчетных нагрузок. Также оно приобретает повышенную устойчивость к снижению упругости после многократной деформации. Однако все пружины без исключения поддаются износу. Он проявляется в виде потери упругости. Со временем они перестают принимать, после деформации, свое изначальное положение, поэтому нуждаются в замене.
Жесткость пружин
Одним из самых важных параметров при выборе пружины является коэффициент ее жесткости. Он определяет, какое усилие требуется для сжатия или растяжения готового изделия. Этот параметр является следствием сложных инженерных расчетов, учитывающих множество показателей механизма, в который необходима установка пружины. Для рядового пользователя более привычной выступает оценка по уровню стойкости измеряемой в единицах веса. Большинство пружин просто оценивают по тому, какой массы груз может ее полностью деформировать.
Если пружина будет подходить к механизму по длине и диаметру, но при этом для ее деформации нужно значительно большее усилие, чем требуется, то система не сможет работать. По сути, развиваемое прижимное усилие не способно вызвать отклик упругости. Если же наоборот жесткости пружины окажется недостаточно, то растянувшись под нагрузкой, она не вернется обратно. Аналогичная ситуация будет и при сжатии.
Жесткость всех видов пружин зависима от температуры.
При их подборе оптимально проводить оценку жесткости в той температуре, в которой она будет использоваться. Чем теплее, до определенного порога устойчивости металла, тем выше упругость. При охлаждении структура металла меняется, и пружины приобретают меньший ход и повышенную хрупкость. При эксплуатации в обычных условиях это почти незаметно. Однако такое качество явно проявляется в случае использования тонких пружин в условиях Севера.
Практически в каждом механизме, где применяется пружина, она имеет свои параметры диаметра и высоты. Вследствие этого после ее износа возникают трудности с заменой. Для достаточно современных механизмов пружины можно заказать у поставщика запчастей, но для старых уже снятых с производства это невозможно.
В таком случае пружину можно изготовить самостоятельно. Для ее производства в домашних условиях требуется наличие пружинной проволоки. Так как она чаще продается на вес от 1 кг, то этого излишне много для получения одной пружины.
В таком случае можно приобрести в хозяйственном или автомагазине любую пружину сделанную из проволоки нужного диаметра. Используя ее как источник материала можно изготовить изделие требуемых параметров повторив фабричную технологию в упрощенном варианте. При термообработке пружин на производстве их нагрев и охлаждение делается с точным контролем температуры измерительным оборудованием. В домашних условиях можно приблизительно контролировать нагрев металла по цвету побежалости. При разной температуре тот меняет свой цвет. Сначала он сереет, потом синеет, краснеет, желтеет и становится почти белым.
Далее проволока наматывается на шаблон нужного диаметра.
В его качестве может использоваться прут, болт и т.д. Витки делаются вплотную. Затем заготовка снимается с бланка и из нее формируется необходимая пружина. Если она должна работать на сжатие, то витки разводятся. При изготовлении пружины растяжения в ней формируются проушины. Если же изготавливается торсионное изделие, то края оставляются длинными и ровными.
После этого заготовка снова разогревается до темно-красного цвета и остужается в машинном масле. Это закаляет металл, делая его снова твердым, упругим, но хрупким. Затем изделие снова греется горелкой, но уже до светло-серого цвета и оставляется остужаться на воздухе. В результате металл отпускается. Он сохраняет упругость, но теряет хрупкость. В таком виде изделие уже может использоваться по назначению.
Формы витых пружинНавитые на бланк пружины могут иметь не только правильную цилиндрическую форму, но и коническую.
В ней каждый новый виток уже предыдущего. Такое изделие применяется в том случае, если на него дополнительно ложиться поддерживающая функция. Оно не только срабатывает на возврат при деформации, но и работает как опора. Конические пружины можно встретить на дорожных классических велосипедах, где они поддерживают сидение.
Цилиндрические и конические пружины могут быть обычными или составными. Составные являются сдвоенными. Это соединенные вместе 2 пружины разного диаметра. Одна располагается снаружи, а вторая ставится между ее витками. Таким образом, они работают вместе, обеспечивая необходимый уровень жесткости.
Пружинящие элементы представляют из себя упругие изделия, особенностью которых является самостоятельное восстановление первоначальной формы после воздействия на них нагрузок, приводящих к деформации.
Для производства пружин применяют различные материалы: твердые материалы (рессоры из металла), газообразные (воздух в шинах транспортных средств) и гидравлические (масляные амортизаторы). Однако, когда речь идет о пружинах, то чаще всего подразумеваются изделия из твердых материалов, преимущественно различных металлов и сплавов — латуни, различных сталей, бронзы. Однако в некоторых случаях применяются и пружины из специальных сплавов, армированных пластмасс, резины.
Самыми распространенными пружинами являются винтовые или, как их еще называют, витые. Так же пружины делятся на несколько типов: плоские пружины (пластинчатые), спиральные и тарельчатые. Плоские пружины чаще всего используются в подвесках автомобилей, например, в качестве рессор. В качестве примера применения спиральные пружин, имеющих вид плоской ленты, свернутой по спирали, можно назвать их использование в заводных механизмах часов. Тарельчатые пружины состоят из одного или нескольких дисков из металла, где силы с разными направлениями векторов воздействуют от самой большой тарелки в направлении центра пружины.
Самым общим определением для пружин может послужить следующее утверждение: пружина — это деталь, подвергающаяся упругой деформации и под действием этих внешних сил накапливает энергию, которая затем расходуется при ее распрямлении. Главными функциями пружин можно назвать поддержание крепежных деталей в рамках заданного расстояния и передачи и контроле движения. Благодаря своим механическим свойствам пружины нашли широкое применение практически во всех отраслях промышленности и хозяйства. Способ движения пружин описал английский физик
Р. Гук (1635 – 1703), в честь которого данный закон и был назван. Согласно этому закону, деформация пружины и сила, ее вызывающая, прямо пропорциональны. Соответственно, чем большая сила была приложена, тем больше пружина подвергается деформации.
Однако закон Гука справедлив только до тех пор, пока не превышен предел текучести, текучестью по закону Гука называется максимально допустимый уровень напряжения, после превышения которого разрушается молекулярная структура материала. После превышения предела текучести деформация становится необратимой и наступает разрушение изделия. Однако, в связи с тем, что многие пружины изготавливаются из таких материалов, которые определенного предела не имеют, к ним применяется такой термин, как «условный предел текучести».
Поделитесь ссылкой на данную страницу:
• Дом в школе водной науки • Темы подземных вод • Темы поверхностных вод • Цикл воды •
Компоненты водного цикла »Атмосфера · Конденсация · . Разрешение · Evapotranssprages · · Пресноводные озера и реки · Подземный сток · Запас подземных вод · Лед и снег · Инфильтрация · Oceans · Осадка · Снеж · Springs · Streamflow · Сублимация · Поверхностный сток
Родник – это водный ресурс, образующийся при пересечении склона холма, дна долины или другой выемки с проточным водоемом подземных вод на уровне или ниже местного уровня грунтовых вод, ниже которого подповерхностный материал насыщен водой.
Пружина — это результат водоносный горизонт заполняется до такой степени, что вода переливается на поверхность земли. Они варьируются по размеру от прерывистых просачиваний, которые текут только после сильного дождя, до огромных бассейнов, из которых ежедневно текут сотни миллионов галлонов.
Источники не ограничиваются поверхностью Земли. Недавно ученые обнаружили горячие источники на глубине до 2,5 километров в океанах , как правило, вдоль срединно-океанических рифтов (спрединговых хребтов). Горячая вода (более 300 градусов по Цельсию), поступающая из этих источников, также богата минералами и серой, что создает уникальную экосистему, в которой процветает необычная и экзотическая морская жизнь.
Источники/использование: общественное достояние. Посетите СМИ, чтобы узнать подробности.
Рейнбоу-Спрингс, Флорида, США Родник — это водный ресурс, образующийся, когда склон холма, дно долины или другой выемки пересекает текущий водоем подземных вод на уровне или ниже местного уровня грунтовых вод, ниже которого подповерхностный материал насыщен водой.
Источники могут быть сформированы в любой породе. Мелкие встречаются во многих местах. В Миссури самые большие источники образованы из известняка и доломита в карстовом рельефе Озарка. И доломит, и известняк относительно легко разрушаются. Когда слабая углекислота (образованная дождевой водой, просачивающейся через органическое вещество в почве) попадает в эти трещины, она растворяет коренную породу. Когда он достигает горизонтальной трещины или слоя не растворяющейся породы, такой как песчаник или сланец, он начинает резать вбок. По мере того, как процесс продолжается, вода выдалбливает больше камня, в конечном итоге допуская воздушное пространство, после чего родниковый ручей можно считать пещерой.
Этот процесс часто занимает от десятков до сотен тысяч лет.
Количество воды, вытекающей из родников, зависит от многих факторов, включая размер пещер в скалах, давление воды в водоносном горизонте, размер бассейна родника и количество осадков . Деятельность человека также может влиять на объем воды, сбрасываемой из родника. Забор подземных вод в районе может привести к падению уровня воды в системе водоносного горизонта и, в конечном итоге, к уменьшению стока из родника. Большинство людей, вероятно, думают о роднике как о бассейне с водой — и обычно это так. Но, как показывает эта картина стены Гранд-Каньона в Аризоне, источники могут возникать, когда геологические, гидрологические или человеческие силы врезаются в подземные слои почвы и горных пород, где движется вода.
Родниковая вода обычно очень чистая. Однако вода из некоторых источников может быть «чайного цвета».
На этом снимке изображен природный источник на юго-западе Колорадо. Его красный цвет железа и обогащение металлами вызваны контактом подземных вод с естественными минералами, присутствующими в результате древней вулканической активности в этом районе.
Во Флориде многие поверхностные воды содержат естественные дубильные кислоты из органического материала подземных пород, и цвет этих ручьев может проявляться в источниках. Если поверхностные воды попадают в водоносный горизонт рядом с родником, вода может быстро перемещаться по водоносному горизонту и сбрасываться через родниковое отверстие.
Источники/использование: общественное достояние.
Приток богатых металлами подземных вод из природных источников (на переднем плане) в Цемент-Крик, штат Колорадо (на заднем плане).Авторы и права: Брайант А. Кимбалл
Качество воды в местной системе подземных вод обычно определяет качество родниковой воды.
Качество воды, сбрасываемой источниками, может сильно различаться из-за таких факторов, как качество воды, подпитывающей водоносный горизонт, и тип горных пород, с которыми контактируют грунтовые воды. Скорость потока и длина пути потока через водоносный горизонт влияют на количество времени, в течение которого вода находится в контакте с горной породой, и, таким образом, на количество минералов, которые
Итак, должны ли вы чувствовать себя уверенно, доставая флягу и наполняя ее прохладной и освежающей родниковой водой? Нет, ты должен быть осторожен. Температура источника Озарк определяется его прохождением через скалу при средней годовой температуре 56 градусов по Фаренгейту. Вода грубо фильтруется в скале, и время, проведенное под землей, позволяет мусору и грязи выпадать из взвеси. Если под землей достаточно долго, недостаток солнечного света приводит к гибели большинства водорослей и водных растений. Однако микробы, вирусы и 9Бактерии 0003 не умирают просто потому, что находятся под землей, и при этом никакие сельскохозяйственные или промышленные загрязнители не удаляются.
Источники/Использование: Некоторое содержимое может иметь ограничения. Посетите СМИ, чтобы узнать подробности.
Горячие источники соседствуют с айсбергами в ГренландииСчастливые гренландцы и туристы наслаждаются уникальным опытом купания в горячих источниках, наблюдая за дрейфующими айсбергами на острове Уунарток, на крайнем юге Гренландии. Эти горячие источники обеспечивают посетителям идеальную температуру ванны около 100 ° F. Мы держим пари, что количество мест, где вы можете увидеть айсберги, сидя в горячих источниках, очень мало!Кредит: Википедия
Термальные источники — это обычные источники, за исключением того, что вода теплая, а в некоторых местах горячая, например, в бурлящих грязевых источниках в Йеллоустонском национальном парке, штат Вайоминг.
Источники и родниковая вода уже давно являются источником очарования и интриг.
В древности философы и ученые ошибочно полагали, что источники образуются, когда соленая вода из океанов движется по туннелям под землей, очищается и поднимается на поверхность земли. Источники часто считались загадочными и являются предметом большого фольклора.
Римский архитектор по имени Витрувий предложил теорию, принятую сегодня. Он предположил, что родники питались дождями и таянием снега, которые впитывались в землю и вновь появлялись в другом месте. С тех пор многочисленные исследования подтвердили теорию Витрувия.
В последнее время родники использовались для общественных купален, общественного водоснабжения, частного водоснабжения и поения скота. Источники в Миннесоте использовались для хозяйственно-питьевой воды в фермерских домах, молочных домиках, сараях и резервуарах для скота.
На этой странице:
Что такое пружина?
Классификация источников
Источники и артезианские колодцы
Являются ли источники безопасной водой?
Можно ли защитить пружины?
Родник возникает при выходе грунтовых вод на поверхность земли.
Источники встречаются в различных формах и классифицируются по типу породы, в которой находится источник, по способу образования источника, количеству воды, вытекающей из источника, температуре воды и изменению расхода воды от сезона к сезону. Некоторые пружины могут подпадать более чем под одну классификацию.
Перейти > вверх.
Возникают, когда подземные воды под давлением выходят на поверхность земли (рис. 1).
Рис. 1
Родник течет потому, что давление в водоносном горизонте (водоносный грунт или горная порода), покрытом водоупорным слоем (глина или другой непроницаемый материал), превышает атмосферное давление на суше. Родник образуется, когда вода достигает поверхности через трещину или пористый слой. Эти типы родников обычно возникают вдоль разломов (разломов в земле) или в районах с большим рельефом, таких как скалы или долины.
Образуются путем впитывания воды в землю до тех пор, пока вода не встретится с сдерживающим слоем, который не позволит воде просачиваться дальше вниз (рис.
2). Затем вода течет по верхней части ограничивающего слоя, пока не достигнет поверхности земли. Примерами гравитационных источников являются источники, расположенные на склонах холмов или скалах. Источники вдоль северного берега Верхнего озера и в долинах рек Миссисипи и Санта-Крус обычно относятся к этому типу.
Рис. 2
Осушить большую площадь поверхности земли и течь непрерывно в течение всего года.
Текут только в определенное время года, когда осадков или таяния снега достаточно для пополнения почвы и грунтовых вод.
Чаще всего связаны с известняковыми каналами и кавернами, а также трубами из вулканической лавы. Вода содержится в пещерах или полостях раствора в известняке или полых «трубках», образованных застывшей лавой. Полости или трубки могут варьироваться от микроскопических размеров до больших отверстий, измеряющих многие десятки футов в поперечнике.
Большие трубчатые пружины в некоторых частях Соединенных Штатов пропускают более миллиона галлонов в минуту. Крупные источники юго-восточной Миннесоты представляют собой трубчатые источники.
Образуются, когда грунтовые воды медленно просачиваются из-под земли. Источники просачивания обычно встречаются в песке, гравии или органических материалах и обычно находятся во впадинах или на дне долин. Источники просачивания отличаются от артезианских источников тем, что они не обязательно ограничены (содержатся под плотным слоем глины или другого материала) и обычно имеют низкий расход.
Источники, выбрасывающие подземные воды с более высокой температурой, чем подземные воды в окружающем водоразделе. Примерами термальных источников являются теплые источники, горячие источники, грязевые котлы и гейзеры, например, в Йеллоустонском национальном парке. Термальные источники чаще всего встречаются в районах с недавней историей вулканической активности.
Перейти > вверх.
Родники часто путают с проточными артезианскими колодцами. Артезианская скважина представляет собой отверстие или бурение, пробуренное в водоносный пласт или «водоносный горизонт», находящийся под давлением. Вода в артезианской скважине поднимается выше кровли водоносного горизонта (водоносного пласта) до выравнивания давления. В проточной артезианской скважине вода поднимается над поверхностью земли и вытекает из обсадной трубы для выравнивания давления.
Перейти > вверх.
Обычно нет. Качество воды в родниках может меняться от года к году и даже от минуты к минуте. В 1960-х и 1970-х годах Департамент здравоохранения Миннесоты (MDH) регулярно брал пробы источников на наличие колиформных бактерий и нитрат-азота. Колиформные бактерии указывают на возможное присутствие болезнетворных организмов. Повышенный уровень нитратов и азота обычно возникает из-за сточных вод, отходов животноводства или азотных удобрений.
Пробы воды отбирали по всему штату из родников в разное время года. Результаты показали, что от 85 до 90 процентов отобранных источников были загрязнены колиформными бактериями или нитратами один или несколько раз.
Источники подвержены загрязнению в результате использования окружающих земель. Родники обычно образуются в непосредственной близости от места, где вода просачивается в землю. Эта область называется областью «перезарядки». Так как место подпитки находится близко к выходу родника, фильтрация воды и удаление загрязняющих веществ недостаточны. Распространенными источниками загрязнения являются септические системы, скотные дворы, удобрения и пестициды, утечки химикатов или нефти, а также старые свалки и свалки.
Было доказано, что периодические проверки родников на наличие бактерий и нитратов в целом неэффективны для обеспечения санитарного водоснабжения из-за быстрых колебаний качества воды и из-за того, что в родниковой воде могут присутствовать многие другие возможные загрязнители.
В большинстве случаев пружины не проверялись на пестициды, промышленные отходы, нефтепродукты или токсичные металлы. Эти загрязняющие вещества могут присутствовать в родниковой воде в то или иное время в зависимости от того, откуда берется вода, и от практики землепользования вокруг родника.
Поскольку качество родниковой воды часто неприемлемо, MDH не рекомендует использовать родниковую воду в качестве источника питьевой воды. MDH рекомендует использовать безопасный, проверенный источник воды, такой как водопровод, правильно построенный частный колодец или бутилированную воду.
Перейти > вверх.
Многие родники находятся в частной собственности, но когда родники находятся в муниципальной, государственной или федеральной собственности, родниковая вода может быть доступна для питья населению. Защита родников от загрязнения может быть улучшена за счет ограничения практики землепользования вокруг зоны подпитки родника, но никаких гарантий нет.
Зоны подзарядки источников обычно находятся на возвышенности рядом с источником, но зона подпитки может быть расположена за пределами участка, на котором расположен источник.
Поправки к Федеральному закону о безопасной питьевой воде существенно изменили критерии, в соответствии с которыми поверхностные источники воды, включая родники, могут использоваться в качестве источников общественного водоснабжения. Начиная с 1993 года системы поверхностных вод, включая родники, должны фильтроваться и дезинфицировать, прежде чем вода станет доступной для населения. Дезинфекция родниковой воды затруднена, поскольку дезинфицирующее средство часто не находится в контакте с водой достаточно долго, чтобы быть полностью эффективным. Федеральный закон о безопасной питьевой воде также значительно увеличит количество испытаний, необходимых для родниковой воды. Увеличение затрат на снабжение населения родниковой водой может означать, что большинство родников не будут использоваться в качестве источника питьевой воды, а доступ к родникам будет ограничен.
