100 Questions on Design of Machine Elements by Ildar Karimov

5. ПРУЖИНЫ

Figure

Пружины – это элементы машин, которые имеют значительную деформацию при нагружении.
Листовая пружина (A) - пример больших упругих деформаций в элементах машин. Напряжение в листовой пружине постоянно по всей ее длине из-за равного увеличения изгибающего момента и площади поперечного сечения пружины от концов к центру.

Консольная балка (B) - одна из самых простых пружин, используемых в элементах машин.
Крутящий момент в круглом стержне (C) вызывает угловую деформацию.  
Спиральные пружины (D) обычно используются в механических часах.
В пружинах кручения (E) имеется крутящий момент между различными концами пружины.

Плотно навитые из круглой проволоки винтовые пружины растяжения (F) и сжатия (G) являются обычными элементами машин.

Неметаллические «пружины», изготовленные из резиновых блоков, используют для защиты элементов машин от вибрации.

 

 

 

Проволочная винтовая пружина описывается диаметром проволоки d, средним диаметром витка пружины D, общим количеством витков nt и индексом пружины C. Индекс пружины C равен отношению среднего диаметра витка к диаметру проволоки. Низкий индекс соответствует более высокой кривизне намотки проволоки, большей неоднородности распределения напряжений и самому высокому остаточному напряжению. Индекс пружины обычно имеет пределы между 5 и 10 для плотно навитых винтовых пружин из круглой проволоки. Пружины сжатия с C > 10 могут легко терять первоначальную форму. Они неустойчивы без специальной поддержки.

 

Figure

Простые концы (обрубка провода) используются только при больших индексах и большой длине пружины.
Зашлифованные концы немного более дороже. Они распределяют нагрузку более однородно. Шлифование концов возможно для пружин с индексом меньше 10.
Закрытые концы имеют один или более витков, навитых с нулевым шагом.
Активные витки na – это витки, которые деформируются при загружении пружины. Количество активных витков зависит от общего количества витков nt и типа концов.   

 

Figure

Соотношение между нагрузкой и осадкой пружины линейно до полного сжатия. Если нагрузка превышает силу полного сжатия, то пружина работает как упругая структура (тело).

k = F/d является жесткостью пружины (класс пружины). Класс пружины зависит, в основном, от количества рабочих витков na и индекса пружины C.

Рабочий диапазон пружины находится между длиной пружины в свободном состоянии и длиной при полном сжатии. Имеются, по крайней мере, 10% с обоих концов, которые не включены в диапазон.

 

 

Figure



Осадка пружины пропорциональна числу активных витков na, индексу пружины в кубе C и нагрузке F.

 

 

Figure

Максимально допустимая сила увеличивается с увеличением диаметра проволоки.

Увеличение индекса пружины соответствует увеличению диаметра пружины D, внутреннего момента в пружинной проволоке и напряжения сдвига.
Максимально допустимая сила уменьшается с увеличением индекса пружины.

 

 

С увеличением диаметра проволоки, роль поверхности с холодным твердением уменьшается. Также уменьшается предел прочности.  

Усталостная прочность на сдвиг пропорциональна пределу прочности при растяжении:

Ses = 0.13 - 0.15 Sus

 

 

 

 

00:00:00

 

Top.Mail.Ru