§ 10. ВИГОТОВЛЕННЯ спіраль і спіральна пружина
1.Призначення спіралей і пружин. З дроту виготовляють спіралі для різних цілей. Так, довгі дроти для економії займаного ними місця намотують у вигляді спіралей (для електродів в реостатах, в лабораторних приладах з вивчення закону Ома і т. П.). Матеріал дроту у всіх цих випадках беруть згідно електричним вимогам (мідь, нікелін, ніхром і т.п.). У деяких випадках, наприклад, при виготовленні схематизованих моделей обмоток з метою тільки показати напрямки витків обмотки, матеріал дроту байдужий. Спіралі з 3-4 витків мідного дроту дозволяють створити кріплення для пробірок (рис. 176, Л), покажчик висоти (рис. 176, В), патрони для низьковольтних ламп (12 в і 4 в) (рис. 176, С і D ). Такі спіралі мають відому еластичністю, що виникає за рахунок опору спіралі розкручування. Так, якщо кілька розвести кінці спіралі а й fc, то діаметр її збільшиться, але після всього звільнення спіраль щільно охопить вставлену в неї пробірку або стійку. Для більш зручного використання спіралі рекомендуется'ее кінчик а зробити відігнутим, як показано на малюнку 176, Л і В.
2. Намотування спіралей. Іноді намотувати спіралі доводиться з таких жорстких або пружних металів, як нікелін і ніхром (спіралі для реостатів і електропліток), тоді повинні бути застосовані прийоми намотування, як і для пружин (розділ 3).
Мал. 175. Послідовні операції прив'язування дроти до ролика.
Тут же ми розглянемо намотування спіралей з м'якою проволокі- алюмінієвої, мідної та отожженной залізної.
Намотують спіралі на циліндричній шаблоні, діаметр якого дорівнює внутрішньому діаметру виготовленої спіралі. Такими шаблонами можуть служити металеві циліндри, наприклад круглі стрижні, газові (водопровідні) труби, тіла для визначення щільності, металеві та дерев'яні частини різних приладів і т. П. Щоб намотана спіраль після свого зняття з шаблону зберігала свою форму, дріт повинна бути досить товста порівняно з діаметром спіралі. Так, якщо дріт 0,8 мм навити на олівець, то після зняття вона збереже форму спіралі, а якщо навити її на пляшку, то при зніманні спіраль розпуститься. Рекомендується для вирішення питання про те, чи годиться дріт для спіралі заданого діаметра, робити пробу, накручуючи два-три витка на шаблон.
Намотувати дріт не повинна містити перегинів. Шаблон можна тримати в руках, але краще його закріпити нерухомо. Якщо ж число витків спіралі велике, то найдоцільніше зробити шаблон обертовим. Укладати витки на шаблоні потрібно впритул, без щілин або зазорів між ними; в разі необхідності спіраль після її відновлення можна розтягнути.
Мал. 176 Застосування дротяних спіралей для підтримки пробірки (Л), для оцінки висоти (В) і для виготовлення примітивних патронів низьковольтних ламп (12 в і 4 в) (С і D).
3. Намотування пружини. Намотування пружини, як і спіралей з дроту, виробляють на шаблон циліндричної форми. Істотна в'язень між намотуванням спіралі і пружини полягає в тому, що діаметр шаблона, або, як його більш прийнято називати, оправлення, під час намотування спіралей з м'якого дроту (мідь, алюміній) беруть рівним діаметру виготовленої спіралі; при намотування ж пружини зі сталевої, і отже пружною, дроту діаметр оправки (при інших рівних умовах) підбирають тим меншим у порівнянні з потрібним діаметром пружини, чим більшою пружністю володіє даний сорт стали. Дійсно, якщо намотати зі сталевого дроту пружини на будь-якої стрижень, то при звільненні решт обмотки виявиться, що пружина почне обертатися, розкручуватися і прийме діаметр більший, ніж товщина стержня. Тому рекомендується скористатися даними, наведеними в таблиці 13.
При намотуванні пружин, призначених для роботи як на розтяг, так і на стиск, витки треба укладати впритул один до одного без найменшого зазору між ними.
Для полегшення роботи важливо, щоб оправлення була здатна до обертання навколо своєї осі, інакше намотування навіть удвох здійснити буде дуже важко. Якщо діаметр оправки не перевищує 7-8 мм, то для намотування коротких пружин можна скористатися дрилем (рис. 95). У цьому випадку корпус дрилі затискають в лещатах або міцно зміцнюють іншим способом і ведуть намотування на оправлення (стрижень), вставлену на місці свердла, так, як показано на малюнку 177, А. При цьому необхідно, щоб намотувати дріт була сильно натягнута. Найдоцільніше для намотування пружини використовувати лещата (рис. 178). Для намотування пружини потрібно зробити спеціальний станочек (рис. 179, Л), що складається з дерев'яної підставки (дошка з двома стійками з багатошарової клеєної фанери) і мотовила, зігнутого з товстого дроту (d = 4-5 мм). пружину можна
Мал. 177. Використання дрилі для намотування малих пружин і котушок.
Мал. 178. Намотка пружини в лещатах.
навивати безпосередньо на цей дріт або ж для пружин порівняно великого діаметра надягати на мотовило дерев'яний валик або металеву трубку потрібного діаметру.
На валу мотовила необхідно просвердлити два отвори а і 6, які використовують для закріплення кінця дроту відповідно при правих і лівих намотках (рис. 179, А). Кінець дроту, відігнувши під прямим кутом, вставляють в отвір і тим самим закріплюють його (рис. 179, В). Важко, але можна при відсутності отвори прив'язати кінець дроту, відігнувши його під прямим кутом і щільно обмотавши зверху більш тонким дротом 1 (рис. 179, С). Не виключена можливість тимчасової припайки кінця проводу до стрижня мотовила з подальшою після намотування отпайки і відрізання зіпсованого кінця.
Для отримання натягу намотуваним дроту її потрібно пропустити в отвір (або щілина), зроблене в основі підставки, і потім затиснути між двома шматочками фанери в губах ручних лещат (рис. 179, D). Тоді при намотування лещата повиснуть, впираючись знизу в підставку, а дріт стане дотримуватися тертям між фанерка. Рекомендують також оправлення, забезпечивши її для обертання ручкою, затиснути між двома дерев'яними планками, вкладеними між губками лещат (рис. 179, Е). Тоді відпадає потреба в створенні натягу намотуваним дроту.
Закріпивши абсолютно надійно кінець, починають обмотку, повільно обертаючи мотовило. При цьому, як уже зазначалося, дуже важливо отримати достатній натяг дроту, щоб витки щільно лягали на оправлення, розташовуючись при цьому вплот-
1 При обмотці слід використовувати клей для металу, наприклад БФ2. (Ред.)
ву один до одного. Останнє зазвичай виходить автоматично, так як мотовило саме зміщується уздовж своєї осі за потрібне чином.
При намотуванні мотовило не можна звільняти з рук ні на одну мить, інакше воно зробить кілька оборотів назад і розпочата обмотка розпуститься.
Пружину можна намотати ліву (проти годинникової стрілки) або праву (за годинниковою стрілкою), що залежить від напрямку
Мал. 179. Верстат для намотування пружини (А) .Закрепленіе кінця дроту (Ві С). Використання ручних лещат для створення натягу дроту (D) .Пристрій для намотування пружини в лещатах (£).
Мал. 180. Прийоми розкручування спіралі.
обертання мотовила. Для намотування довгих спіралей з ніхрому і нікеліна, потрібних для електропліток і реостатів, доводиться користуватися тими ж пристосуваннями, зігнувши мотовило довжиною 40-50 см із залізного дроту. Подібним же чином намотують пружини, службовці приводними пасами (рис. 159, D).
4. Зміна кроку у витоків пружини. Пружину, як правило, намотують так, щоб її витки розташовувалися впритул один до одного, тому після виготовлення її іноді доводиться розтягувати. Для цього пружину беруть за її кінці руками або, якщо вона дуже пружна, за допомогою плоскогубців або ручних лещат.
5. Розпрямлення спіралей і пружин. Іноді буває необхідно розпрямити спіраль або пружину для використання отриманої з неї прямий дроту або при закладенні кінців пружини.
Поширений прийом, що полягає в витягуванні пружини, неправильний (див. Гл. 8, § 4) (рис. 180, А \ і А2). Так, якщо і вдається розпрямити, то тільки тонкий дріт з найбільш м'яких металів (мідь і алюміній), причому дріт після виправлення «баранчиків» виявиться все ж перекрученої в поздовжньому напрямку. Більш пружні метали і товстий дріт розпрямити витягуванням не можна. Правильно распрямляют, коли кінець спіралі повертають так, щоб відбувалася операція, протилежна застосованої при скручуванні (рис. 180, В). Якщо розкрутити пружину або спіраль треба не у її кінця, а десь в середині, то одну з половин розкручують,
змушуючи повертатися навколо своєї поздовжньої осі оох (рис. 180, С). Можна також кожну з половин надіти на два стержня і, тримаючи їх в руках, розтягувати (рис. 180, D), дозволяючи цим половин обертатися на стрижнях, як на осях.
6. Закладення кінців у пружин і пристрій покажчиків. Найчастіше кінці пружин закладають у вигляді петельок, гачків для підвішування або зчеплення з іншими приладами. Для пружин, що працюють на стиск, зайві кінці обрізають.
Для підвішування або зчеплення кінців пружини круглогубцами і плоскогубцями (рис. 169 і 170) надають вид, зображений на малюнку 181, Л, або, що більш правильно, роблять вигин, щоб прямі кінці а лежали на осьової лінії оо пружини (рис. 181, В і § 7). Для пружин, службовців гальмом або використовуваних як рушійна сила, один з кінців закладають петелькою для утримання головкою шурупа або болтика (рис. 181, С).
У пружин, службовців для абсолютних або для відносних (відерце Архімеда) вимірювань, вільний кінець пружини, крім петельки або гачка, постачають покажчиком, потрібним для відліку за шкалою. Цей покажчик може бути зроблений з загостреного на одному кінці шматка дроту, зігнутого під прямим кутом і прикріпленого пайкою (гл. 5, § 6) так, як це показано на малюнку 181, D. Так як при розтягуванні пружини її вільний кінець повертається навколо поздовжньої осі, а разом з ним обертається і покажчик, наближаючись до шкали або віддаляючись від неї, то це створює деякі незручності, тому іноді при-
Мал. 181. Закладення кінців пружини (Л-С). Пристрій покажчиків (£> иЕ).
змінюють дискові покажчики. Дисковий покажчик складається з гуртка жерсті, надягнутого на кінець пружини (до загибания петельки) і припаяного до неї (рис. 181, Е).
1. Основні формули для розрахунку пружини. Пружина, показана на малюнку 182, А і виготовлена намотуванням сталевого дроту на циліндричну оправку (рис. 182, fl), називається циліндричної. Така пружина при дії на неї сили Р, спрямованої по осьовій лінії ГОІ буде подовжуватися або, навпаки, зменшуватися в залежності від напрямку сили Р. Подовження або укорочення відбувається за рахунок зміни відстаней між окремими витками пружини. Неважко зрозуміти, що дріт, що утворює витки, піддається при цьому скручування. У цьому можна переконатися і на досвіді, звернувши з смужки паперу спіраль і розтягуючи або, навпаки, скорочуючи її. Тоді стане зрозумілим, що смужка піддається скручуванню тим більшого, ніж значніше подовження пружин. Таким чином, основний деформацією 1 при роботі циліндричної пружини є кручення.
Введемо наступні позначення (рис. 182, А): Do - зовнішній діаметр пружини; d - діаметр дроту;
1 Деформація розтягу дроту настільки невелика в порівнянні з деформацією кручення, що її при розрахунках до уваги брати не потрібно.