Мебельная пружина

Полезная модель относится к области удовлетворения жизненных потребностей человека, в частности, к производству мебели и может быть использована при изготовлении пружин для пружинных блоков матрасов и сидений мягкой мебели.
Известна пружина, выполненная из проволоки или прутка, содержащая две крайние зоны с расположенной между ними средней зоной, сформированные из винтовых витков, и два плоских крайних витка пружины, сформированных по одному на каждом конце пружины в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, причем диаметры винтовых витков средней зоны превышают диаметры плоских крайних витков пружины и диаметры винтовых витков крайних зон, причем в пружине дополнительно сформированы два плоских промежуточных витка, расположенных по одному между средней зоной и каждой из крайних зон в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, и выполненных с диаметрами, не превышающими диаметры винтовых витков средней зоны, при этом винтовой виток каждой из крайних зон, смежный с одним из плоских промежуточных витков, выполнен с внешним диаметром меньшим, чем внутренний диаметр этого плоского промежуточного витка (RU 141092).
Известна мебельная пружина для матраса с верхней и нижней зонами поддержки, между которыми сформирована зона сжатия, при этом верхняя и нижняя зоны поддержки образованы соответствующими витками концов пружин в плоскости, перпендикулярной их оси, зона сжатия имеет биконусную конструкцию, а концы витков пружин верхней зоны поддержки имеют радиус меньший максимального радиуса витков зоны сжатия, причем концы витков пружин нижней зоны поддержки имеют радиус, равный максимальному радиусу витков зоны сжатия (RU 54741).
Известна пружина для мягкой мебели, имеющая верхнюю и нижнюю зоны поддержки, между которыми сформирована зона сжатия, при этом верхняя и нижняя зоны поддержки образованы соответствующими витками концов пружины в плоскости, перпендикулярной ее оси, причем зона сжатия имеет бочкообразную форму, а шаг навивки витков пружины в центральной части зоны сжатия пружины имеет величину 3/6-3/4 шага навивки в зоне вторых витков зоны сжатия, при этом диаметр витков пружины в зонах поддержки составляет 3/4-4/5 от диаметра среднего витка зоны сжатия пружины, число витков пружины составляет 6-8, а пружина выполнена из высокоуглеродистой стальной проволоки с содержанием титана от 0,005% до 0,01%, прошедшей нормализацию. Число витков зоны сжатия равно 4 или 6 (RU 120858, прототип).
Недостатком известных технических решений является относительно низкий ортопедический эффект при использовании пружин в составе пружинного блока матраса, поскольку пружины и блок в целом недостаточно адекватно и быстро реагируют на нагрузку от веса пользователя, недостаточно устойчивы к отклонению направления нагрузки относительно оси пружины.
В результате при изгибе оси пружины под действием боковой нагрузки от веса пользователя возможно местное выступание витка за пределы габарита ненагруженной пружины и нарушение бочкообразной формы, что, в составе пружинного блока, может приводить к перекосу (искажению винтовой линии витков) и боковому смешению торцов пружины и значительным контактным напряжениям от соударения витков, возникновению поперечных колебаний витков, трению о соседнюю пружину и механическим повреждениям чехлов (мешочков) пружин. Кроме того, известные пружины, хотя и изготовлены из дорогостоящей многокомпонентной стали, имеют недостаточную эксплуатационную надежность, поскольку характеризуются выраженной флокеночувствительностью, не имеют достаточной выносливости и долговечности, и должны выполняться из проволоки большего диаметра, с меньшим шагом навивки. Без учета диаметра проволоки и одинаковой деформации диаметра и шага витков зон поддержки невозможно обеспечить гарантированное полное сложение витков пружины один в один, т.е. сложение пружины при сжатии в плоскую форму.
Флокеночувствительность - склонность стали к поражению флокенами, представляющими собой дефекты внутреннего строения, т.е. внутренние разрывы, которые визуально проявляются в виде серебристо-белых пятен (в изломе) или волосовин (на протравленных шлифах).
Техническая проблема, на разрешение которой направлено настоящее решение состоит в создании эффективной пружины для матраса и расширение арсенала пружин для предметов мебели.
,
Технический результат, обеспечивающий разрешение указанной задачи, состоит в повышении долговечности и выносливости пружины и усилении ортопедического эффекта в составе независимого пружинного бока матраса благодаря быстрому реагированию на нагрузку (пропорциональному сжатию) от веса пользователя, повышении продольной устойчивости, выносливости и эксплуатационной надежности. При этом минимальный диаметр проволоки и обусловленная разным шагом витков не одинаковая деформация витков двух зон поддержки по краям пружины (позволяющая «вложить» их друг в друга) гарантированно обеспечивает наиболее полное сложение витков пружины один в один, т.е. сложение пружины при сжатии в плоскую форму и, тем самым, препятствует искажению винтовой линии витков, боковому смешению торцов пружины и не допускает значительных контактных напряжений от соударения витков а также возникновения поперечных колебаний витков.
Одновременно обеспечена возможность сокращения расхода пружинной проволоки и применения современной высокопроизводительной технологии изготовления и, тем самым, снижение производственных затрат.
Сущность полезной модели состоит в том, что пружина для мягкой мебели, имеет  верхнюю и нижнюю зоны поддержки с винтовыми витками меньшего диаметра, чем диаметр винтовых витков расположенной в средней части пружины зоны сжатия, причем верхняя и нижняя зоны поддержки выполнены каждая с плоским опорным витком на конце пружины, расположенным в плоскости, перпендикулярной ее оси, верхняя и нижняя зоны поддержки пружины выполнены с разным шагом витков, соотношение диаметра пружинной проволоки и диаметра винтовых витков в зоне сжатия выбрано из условия деформации диаметра этих витков на 10-15% при сжатии пружины на 50±5 мм, при этом одна зона поддержки пружины в свободном состоянии выполнена с большим шагом витков, чем шаг витков другой зоны поддержки, причем пружина выполнена из стальной углеродистой пружинной проволоки.
Предпочтительно, пружина выполнена из стальной углеродистой пружинной проволоки с содержанием углерода 0,67 - 0,75%, предварительно термообработанной при температуре 300±50ºС во время ее протяжки.
Предпочтительно, пружина выполнена с числом витков от 4,5 до 6, из которых в каждой зоне поддержки расположен, по меньшей мере, один винтовой виток.
Предпочтительно, пружина выполнена с геометрическими характеристиками в свободном состоянии:
- высотой (мм), составляющей 27 – 50 числа витков;
- диаметром опорного витка, составляющим 0,6 – 0,8 диаметра ее среднего витка в зоне сжатия.
Предпочтительно, диаметры опорных витков, а также витков в зонах поддержки и сжатия выбраны из условия формирования плавно выпуклого бочкообразного внешнего контура пружины.
4
-5
-1
Предпочтительно, пружина выполнена из стальной углеродистой пружинной  проволоки диаметром 1,45 – 1,65 мм, с модулем сдвига G = 7,85⋅10 МПа, с модулем упругости E⋅10 = 2,06 МПа и  с твердостью по Бринеллю: HB⋅10 = 229 МПа.
На фиг. 1 изображена пружина для мягкой мебели в свободном состоянии с указанием рабочих зон пружины.
На фиг.2 изображена мебельная пружина (вид сбоку) пружина в свободном состоянии, высота 180-230 мм.
На фиг.3 изображена пружина в свободном состоянии, вид сверху 55-65=Dср.св.
На фиг.4 изображена пружина внутри чехла высота 95-105 мм.
На фиг.5 изображена пружина внутри чехла, вид сверху Dср.св+2%±0,5%.
На фиг.6 изображена пружина внутри чехла под нагрузкой 0,8-1,2 кг (изменение высоты на 50±5 мм).
На фиг.7 изображена пружина внутри чехла под нагрузкой, вид сверху  Dср.св + 10-15%.
На чертеже фиг.1 обозначены: 1, 5 – плоские опорные витки, 2, 4 – винтовые витки верхней и нижней зон поддержки, 3 – винтовые витки зоны сжатия.
Пружина для мягкой мебели имеет верхнюю и нижнюю зоны поддержки с винтовыми витками 2,4 меньшего диаметра Dп, чем диаметр Dср одного или более винтовых витков 3 расположенной в средней части пружины зоны сжатия.
При осадке диаметр Dср пружины увеличивается вследствие уменьшения угла наклона витков 2,3,4. Увеличение диаметра до Dср.сж проверяют из условия равенства длины проволоки до и после деформации с учетом некоторого неполного смыкания витков из-за производственных погрешностей изготовления и искажения винтовой линии витков. Таким образом, Dср.сж =[1,10 – 1,15] Dср.св.
Пружина выполнена из стальной углеродистой пружинной проволоки с содержанием углерода 0,67 – 0,75%, предварительно термообработанной при температуре 300±50ºС во время ее протяжки.
Пружина выполняется с числом N витков от 4,5 до 6, из которых в каждой зоне поддержки расположен, по меньшей мере, один винтовой виток 2, 4.
Пружина выполнена с геометрическими характеристиками в свободном состоянии:
- высотой Н (мм), составляющей 27 – 50 числа витков N, т.е. с высотой 160 – 230 мм, составляющей 27-50 числа 4,5 - 6 витков пружины.
- диаметром Do опорного витка 1,5, составляющим 0,6 – 0,8 диаметра Dср ее среднего витка 3 в зоне сжатия, т.е. Do = 43 мм, составляющим 0,6 – 0,8 диаметра Dср = 55-65 мм в свободном состоянии пружины.
Диаметр Do опорных витков 1, 5, а также диаметр Dп витков 2, 3, 4 в зонах поддержки и сжатия выбраны из условия формирования плавно выпуклого бочкообразного внешнего контура пружины.
4
-5
-1
Пружина выполнена из стальной углеродистой пружинной проволоки диаметром 1,45 – 1,65 мм, с модулем сдвига G = 7,85⋅10 МПа, с модулем упругости E⋅10 = 2,06 МПа и с твердостью по Бринеллю: HB⋅10 = 229 МПа.
4
-5
-1
Пружина выполнена с диаметром d проволоки, составляющим 1,45 – 1,65 мм, т.е. 0,026±0,001 наибольшего диаметра Dср = 55-65 мм витков 3 зоны сжатия, из стальной углеродистой пружинной  проволоки, с модулем сдвига G = 7,85⋅10 МПа, модулем упругости E⋅10 = 2,06 МПа и  с твердостьюпо Бринеллю: HB⋅10 = 229 МПа.
Пружина выполнена из стальной углеродистой пружинной проволоки с содержанием кремния 0,17 – 0,37%, марганца 0,5 – 0,8%, с содержанием никеля до 0,25%, хрома до 0,25%, меди до 0,2%, с содержанием серы до 0,035%, фосфора до 0,35%.
Таким образом, могут использоваться пружинные стали из группы: Сталь 70 (Россия), сталь G10700 (США), сталь Cf70 (Германия), сталь FMR70 (Франция), сталь C70D (Евросоюз).
Производимая в момент протяжки проволоки по до её формирования в пружину закалка проволоки при температуре 300±50ºС, с последующим охлаждением пружины, позволяет получить пружину со стабильными геометрическими параметрами и обеспечить получение в ее структуре мелкозернистого мартенсита с минимальным количеством остаточного аустенита, поскольку остаточный аустенит обладает пониженным пределом упругости, а также получить указанные выше механические характеристики, которыми обусловлен получаемый технический результат.
В таблице приведены примеры размеров пружин, изготовленных согласно заявляемому техническому решению.
Таблица
Диаметр <b>d</b>Проволоки, мм
Полное число <b>N</b> витков, шт.
Высота <b>Н</b> в свободном состоянии, мм
Диаметр <b>Dср.св</b> витка сжатия в свободном состоянии,мм
Диаметрвитка сжатия внутри чехла
Диаметр
<b>Dср.сж</b> витка сжатия внутри чехла, при осадке под нагрузкой 50 мм
Усилие внутри чехла, под нагрузкой 50 мм
1.45-1.55
4.5-6
180-230
55-65
Dср.св + 2±0,5% (от диаметра в свободном состоянии)
Dср.св +10-15% (от диаметра в свободном состоянии)
0.8-1.2 кг
1.45-1.55
180-230
1.45-1.55
180-230
1.55-1.65
160-200
1.55-1.65
160-200
1.55-1.65
160-200
Использование пружины происходит, как правило, в составе пружинного блока, собранного из группы одинаковых пружин с образованием основы матраса или сиденья предмета мягкой мебели, в котором они предварительно помещаются в одинаковые индивидуальные чехлы (мешочки) и закрепляются вплотную друг к другу. Пружины в чехлах (карманах) устанавливаются вплотную друг к другу в удерживающую каркасную конструкцию с обивкой, например, из мебельной декоративной ткани. Во время установки внутри чехла усилие сжатия пружин не велико и диаметр витка 3 зоны сжатия увеличивается, примерно, на 2±0,5%.
При эксплуатации пружины находятся в режиме многочисленных повторяющихся нагрузок от веса пользователя с уменьшением высоты пружины внутри чехла, как правило, на 50±5 мм, а также с увеличением диаметра витка 3 зоны сжатия на 10-15%. Благодаря этому они имеют высокие характеристики по упругости и продольной устойчивости, и способны в процессе работы выдерживать большое количество повторных загрузок без осадки и поломок. Это означает, что пружины после нагрузки могут быстро восстанавливать заложенную форму и размеры. Долговечность пружин существенно зависит от качества и чистоты обработки проволоки. На поверхности пружин не должны быть концентраторов напряжений: царапины, волосовины, риски и другие дефекты, т. к. они приводят к резкому снижению эксплуатационных качеств изделия.
Такой блок в составе матраса выдерживает необходимый вертикальные нагрузки, что достигается соответствующим выбором характеристик - диаметров проволоки и витков, а также материала пружин. Зоны поддержки пружины имеют витки с разным шагом и, следовательно, с разной  длиной соответствующих участков пружинной проволоки, что направлено на  улучшение условий складывания пружины под нагрузкой  благодаря неодинаковому изменению диаметров этих витков зон поддержки при их сжатии, и исключению взаимодействия витков по их наружным периметрам. Одновременно и бочкообразная  форма пружины направлена на обеспечение сложения витков пружины один в один при полном сжатии за счет разности значений диаметроввитков пружины, с учетом диаметра проволоки и, следовательно, исключить скрип, вызванный контактом витков пружины по их периметру, а при наборе пружинных блоков для изготовления матрасов соседние пружины контактируют только средними витками пружинами зоны сжатия, что также уменьшает скрип, вызванный взаимодействием витков пружины. Пружина имеет высокую продольную устойчивость, что снижает возможность препятствует искажению винтовой линии витков, боковому смешению торцов пружины и не допускает значительных контактных напряжений от соударения витков, а также возникновения поперечных колебаний витков, т.е нежелательной деформации оси пружины в поперечном направлении и соответственно исключает возможность разрыва чехлов при размещении в них пружин и приложении нагрузки пользователем.
При эксплуатации пружины и пружинного блока имеет место повышение долговечности пружин и усиление ортопедического эффекта в составе независимого пружинного бока матраса, поскольку при меньшей длине заготовки и меньшем значении момента скрутки (образования) витков пружины достигается быстрое реагирование на нагрузку, т.е. наиболее адекватный ортопедический результат, пружина благодаря ее продольной устойчивости  ее оси более надежно самонастраивается на адекватное и незамедлительное восприятие отклонений направления нагрузки относительно ее оси для  исключения нарушения формы, выражающегося в выступании отдельных витков в сторону, т.е. за пределы габарита ненагруженной пружины, и, следовательно, трения о соседнюю пружину или об чехлы соседних пружин и об иные конструкции мебели.
Кроме того, предлагаемая пружина имеет повышенную эксплуатационную надежность, поскольку характеризуются  малой флокеночувствительностью,  имеют высокую выносливость (выносливость пружины - число циклов до разрушения) и долговечность, и выполнена из проволоки минимального диаметра, с переменным по краям  шагом витков, а также гарантированное практически полное сложение витков пружины один в один при полном сжатии за счет разности значений всех витков пружины - сложение пружины при полном сжатии в плоскую форму - тем самым повышена точность реакции пружины и пружинного блока на отклонение направления нагрузки относительно оси пружины. Обеспечена возможность применения современной высокопроизводительной технологии изготовления с использованием станков с ЧПУ и, тем самым, снижение производственных затрат.