Сегодня я коснусь очень интересной темы, как изготовить пружину кручения своими руками, в условиях домашней мастерской или гаража.

Иногда, при обслуживании механизмов и пневматического оружия в частности, можно столкнуться с потерей или поломкой пружин. Так же, пружины могут потребоваться при изготовлении собственного механизма.
С пружинами сжатия и растяжения все более-менее понятно, в большинстве случаев они имеют простой цилиндрический профиль и отличаются размерами. Обычно, нетрудно подобрать аналогичную пружину из запаса или купить новую, промышленно изготовленную.
Пружины кручения имеют более разнообразную геометрию, в следствии чего подбор аналога или замена может вызвать определенные трудности. Необходимость в изготовлении пружины кручения может возникнуть и в процессе изготовления собственного механизма.
Кастомные пружины по собственному заданию разной степени проработанности можно заказать на производстве или попробовать изготовить их самостоятельно.

Если пружины сжатия и растяжения рассчитаны на линейное уменьшение и увеличение длины, то пружины кручения закручиваются в поперечном сечении и образуют крутящий момент на концах. В следствии этого, пружина кручения гораздо лучше подходит для работы с деталями вращения, особенно на значительных углах поворота. Плюс к этому, пружины кручения обычно компактнее пружин сжатия и особенно пружин растяжения.

Несмотря на большое разнообразие форм, пружины кручения можно условно разделить на две основные группы, это одинарные и двойные пружины.
Одинарная пружина имеет одна тело и два отвода работающих в противоположном направлении. Двойная пружина имеет два тела навитых в противоположном направлении, два отвода работающих в одном направлении и средний рычаг работающий в противоположном направлении.
Пружины можно разделить и по геометрии отводов, но для нас это сейчас лишнее, поскольку рассматривать мы будем самые простые образцы.
Если вы просто хотите сделать аналог уже существующей пружины, можно обойтись без сложных расчетов, достаточно лишь определить длину проволоки необходимой для изготовления.
Сделать это можно по формуле:



Однако, если проектировать новую пружину, например для самодельного механизма, стоит учесть хотя бы такую величину как индекс пружины, который характеризует отношение среднего диаметра пружины к диаметру проволоки.
Слишком низкое значение может привести к поломке пружины, поскольку соответствует более высокой кривизне намотки. Слишком высокое значение может привести к потери формы пружины.
Для проволоки 0,2мм - 0,4мм рекомендуется принимать индекс в диапазоне 16-8. Для проволоки 0,45мм - 1мм в диапазоне 12-6, а для проволоки 1,1мм - 2,5мм в диапазоне 10-6.
С более подробным расчетом пружин можно ознакомиться по ссылке ссылке, но для нас это во многом излишне, в большинстве случаев, наши пружины работают в весьма мягких условиях.



Делаются пружины из специальной пружинной проволоки. В основном, используется проволока из углеродистых сталей, например 65Г, 60С2А, Сталь 70 и прочие аналоги. Для работы в условиях агрессивных сред используют нержавеющую сталь 12Х18Н10Т. Сравнительно небольшой моток проволоки можно купить на одном из маркетплейсов. Однако, по какой то причине, в розничной продаже гораздо чаще встречается нержавеющая проволока, которая по своим механическим свойствам уступает углеродистой. Мое мнение, лучше поискать и купить проволоку из углеродистой стали согласно ГОСТ 9389-75, например из Стали 70.



Теперь стоит озаботиться изготовлением приспособления для намотки.
Думаю, стоит еще раз напомнить, что методика не претендует на изготовление силовых пружин от которых требуется строгое соответствие допускам и расчету. Наша цель, изготовить своими руками, в домашне-гаражных условиях пружинку, от которой требуется дать ~5-20 Н*см крутящего момента в весьма небольших углах.

Я изготовил простое приспособление из 12мм квадратного алюминиевого проката. Приспособление зажимается в обычные слесарные тиски.
В зависимости от геометрии пружины, необходимо разметить и просверлить отверстия для намоточного стержня и элементов фиксации проволоки.
Наматывать пружину можно как вращая сам намоточный стержень, так и рычагом, вокруг неподвижного стрежня.

Для намотки одинарной пружины удобнее использовать неподвижный стержень, закрепленный в приспособлении контрящим винтом.
Рычаг для намотки сделан из простой стальной полосы, в которой просверлено отверстие для вращения вокруг стержня и резьба для крепления "захвата".
Поскольку я работал с проволокой 0,6мм, в качестве захвата мне вполне подошел винт М4, проволока хорошо ложится в резьбу и не слетает. Однако при намотке более толстой проволоки, надо будет сделать проточку.

Актуальный вопрос, какого диаметра брать стержень для намотки?
Классические руководства рекомендуют рассчитывать диаметр намоточного стержня, как внутренний диаметр пружины умноженный на специальный коэффициент зависящий от предела прочности материала на растяжение.
По таблицам, коэффициент находится примерно в диапазоне от 0,85 до 0,95. Однако, замечу, это разница в 10%, что не так уж и мало, при диаметре 6мм, разница может составить около 6 десяток! К тому же, формула не подразумевает какой либо нелинейной прогрессии в зависимости от диаметра. Возможно, в заводских условиях оно так и работает, но в моем случае при намотке одной проволоки на стержни 4мм и 5мм, коэффициент оказался несколько разным!
При намотке на стержень 4мм внутренний диаметр готовой пружины получился 4,6мм, коэффициент получился 0,86. А вот при намотке на стержень 5мм, внутренний диаметр пружины получился уже 6мм, а коэффициент соответственно 0,83. Разница, конечно, не очень велика, однако, если стоит вопрос попасть в десятку-две, возможно придется немного позаниматься подгонкой :)



Зажимаем проволоку винтом, высоту зажима подбираем таким образом, что бы захват рычага проходил и не цеплялся. Устанавливаем рычаг на намоточный стержень и начинаем потихоньку поворачивать.
Крутится легко, буквально двумя пальцами, поэтому в процессе можно легко регулировать высоту и следовательно плотность намотки. В зависимости от требований к пружине, делаем полный оборот или несколько.
В конце необходимо сформировать нужный угол пружины. Поскольку проволока упругая, после прекращения воздействия, она возвращается несколько назад, увеличивая угол между концами пружины. Разница довольно велика, проволока из Стали 70 при намотке на 5мм стержень возвращается примерно на 100-120гр!. По этому на первых, пробных экземплярах следует приноровиться к такому поведению и определить нужный угол закручивания последнего витка.

Пружинка почти готова! Снимаем ее с приспособления, откусываем в размер отводы и формируем при необходимости изгибы.







Двойную пружину кручения удобнее изготавливать вращая намоточный стержень.
Приспособление используется тоже самое, но стержень не фиксируется, а свободно вращается в отверстии. Приспособление устанавливается в тиски вертикально.
На стержне следует просверлить поперечное отверстие и нарезать резьбу. Для 5мм стержня можно использовать винты М3 в качестве зацепа для проволоки.
Для вращения стержня, проще всего нарезать резьбу и накрутить пару гаек, которые можно крутить ключом.

Проволока сгибается пополам, сразу формируем необходимый профиль среднего рычага будущей пружины. Средний рычаг может иметь один радиус изгиба с углом до 180гр, либо два радиуса с углами до 90гр, а так же различную ширину и угол. Высотой винта можно регулировать длину среднего рычага.
Ниже закручен еще один винтик для опоры проволоки.



Начинаем потихоньку вращать стержень и наблюдаем очень залипательную картину намотки. Поскольку крутится все рукой, в удобном темпе, второй рукой можно поправлять проволоку в месте опоры.
Аналогично с намоткой одинарной пружины, определите угол на который проволока вернется назад после прекращения воздействия.
Для снятия пружины выкручиваем винтик-зацеп. После снятия, при необходимости пружину можно немного выровнять и скорректировать форму среднего рычага.
Откусываем в размер отводы пружины и формируем на них отгибы в случае необходимости.





При помощи этих двух несложных способов, используя простое, самодельное приспособление можно изготовить большое количество разных пружин кручения.
Наверное, этот способ не подходит для изготовления мощных, на грани рассчитанных пружин, которые периодически ломаются от перенапряжения. Например таких, как пружина второго шептала механизма Diana T06. Однако, так же ломающаяся в оригинале, но тонкая и эластичная пружина первого шептала в T06 N-TEC прекрасно изготавливается по данной методике и отлично работает! Отлично изготавливаются и более мягкие пружины спускового крючка для Gamo и различных гамоклонов, например Ekol.
Кроме того, часто пружины кручения гораздо удобнее использовать при проектировании кастомных механизмов, где требуется сообщить детали крутящий момент. И конечно, это просто интересно!
Так или иначе, надеюсь этот материал будет для кого-то полезным! :)