|
|
|
|
 |
Пружина- упругий элемент, предназначенный для передачи упруго-поступательного (вращательного) движения узлам и механизмам, а также, для гашения колебаний металлоконструкций и оборудования (виброопоры).
Различаю следующие типы пружин:
по конструкции – цилиндрические пружины; конические пружины; тарельчатые пружины; спиральные пружины; пластинчатые пружины, рессоры; торсионы.
по типам передачи упругой деформации: пружины растяжения, пружины сжатия; пружины кручения; пружины изгиба.
Пружины растяжения —как правило, имеют плотно прилагающие (без шага) витки и увеличивают свою длину под воздействием нагрузки (растягиваются) приложенной к специально сформированным зацепам разнообразной формы либо за счет установки внутренних втулок плотно вкручиваемых в пружину. Нагрузка прикладывается вдоль оси пружины (параллельно)
Пружины сжатия- характеризуются значительным расстоянием между витками (шаг пружины), которое уменьшается под воздействием нагрузки- пружина упруго деформируются (сжимаются). Крайние витки пружин сжатия имеют специально обработанную опорную поверхность (торцовка) для равномерного распределения усилия по оси пружины. В некоторых случаях, когда отношение высоты пружины в свободном состоянии к ее наружному диаметру превышает 4 единицы, применяют специальные оправки или стаканы для правильной центровки пружин. Нагрузка прикладывается вдоль оси пружины (параллельно)
Пружины кручения — имеют схожую конструкцию с ранее описанными типами, при этом, усилие прилагается перпендикулярно к оси пружины за счет специально сформированных зацепов, закручивая либо раскручивая ее.
Пружины изгиба- имеют разнообразную простую форму ( торсионы, стопорные кольца и шайбы, упругие зажимы, элементы реле и т.п.) и применяются для передачи упругих деформаций при незначительных изменениях геометрических размеров пружины или пакета пружин (рессоры, тарельчатые пружины).
Расчет пружин
Проверочный расчет пружин на соответствие силовых характеристик, заявленных в технической документации, расчетным - является неотъемлемой частью процесса изготовления. Также, проверяется соответствие максимальных касательных напряжений- допускаемым для данного типа металла. Поскольку, в случае их превышения упругая деформация переходит в пластическую, пружина «садится растягивается» по высоте- для пружин сжатия или не сохраняет заданную геометрическую форму и взаимное расположение зацепов.
В соответствии с ГОСТ 13764-86 приведены рекомендации по выбору пружинных сталей и допускаемых напряжений кручения при максимальной деформации пружины.
|
Класс
пружин
|
Разряд
пружин
|
Вид
пружин
|
Сила пружины при максимальной деформации
F3,H
|
Диаметр проволоки (прутка)
d,
мм
|
Марка стали
|
|
I
|
1
|
Одножильные
сжатия и растяжения
|
1,00-850
|
0,2-5,0
|
По ГОСТ
1050-88 и
ГОСТ 1435-90
|
|
|
2
|
1,00-800
|
|
|
|
|
|
22,4-800
|
1,2-5,0
|
51ХФА-Ш по ГОСТ 14959-79
|
|
|
3
|
140—6000
|
3,0-12,0
|
60С2А;
65С2ВА; 70С3А; по ГОСТ 14959-79
|
|
51ХФА
по ГОСТ 14959-79
|
|
|
4
|
2800—180000
|
14—70
|
60С2А;
65С2ВА; 70СЗА; 60С2; 60С2ХЛ; 60С2ХФА; 51ХФА по ГОСТ 14959-79
|
|
II
|
1
|
Одножильные сжатия
и растяжения
|
1,50—1400
|
0,2—5,0
|
По ГОСТ 1050-88
и ГОСТ
1435-90
|
|
|
2
|
1,25-1250
|
|
|
|
|
|
37,5—1250
|
1,2—5,0
|
51ХФА—Ш
по ГОСТ 14959-79
|
|
|
3
|
236-10000
|
3,0—12,0
|
60С2А;
65С2ВА по ГОСТ 14969—79
|
|
65Г по ГОСТ 14959-79
|
|
51ХФА
по ГОСТ 14959-79
|
|
|
4
|
4500-280000
|
14—70
|
60С2А; 60С2; 65С2ВА; 70СЗА; 51ХФА:
65Г; 60С2ХФА; 60С2ХА по ГОСТ 14959-79
|
|
III
|
1
|
Трех жильные сжатия
|
12,5—1000
|
0,3—2,8
|
По
ГОСТ 1050-88 и ГОСТ 1435-90
|
|
|
2
|
Одножильные
сжатия
|
315-14000
|
3,0-12,0
|
60С2А; 65С2ВА; 70СЗА по
ГОСТ
14959-79
|
|
|
3
|
6000-20000
|
14—25
|
60С2А
; 65С2ВА; 70СЗА по ГОСТ 14959-79
|
|
|
|
|
Стандарт на заготовку
|
Твердость после термообработки
HRCэ
|
Максимальное касательное напряжение
t3,
МПа
|
Требование к упрочнению
|
Стандарт на основные параметры витков пружин
|
|
Проволока класса I по
ГОСТ
9389-75
|
|
0,32Rm
|
|
ГОСТ 13766-86
|
|
Проволока класса II н IIА по ГОСТ 9389-75
|
___
|
Для повышения циклической стойкости рекомендуется
упрочнение дробью
|
ГОСТ 13767-86
|
|
Проволока по ГОСТ 1071-81
|
|
0,32Rm
|
|
Проволока по ГОСТ 14963-78
|
47,5
... 53,5
|
560
|
ГОСТ 13768-86
|
|
Проволока по ГОСТ 14963-78
|
45,5
... 51,5
|
|
|
Сталь горячекатаная круглая по ГОСТ 2590-88
|
44,0
...51,5
|
480
|
ГОСТ
13769-86
|
|
Проволока класса I по ГОСТ 9389-75
|
__
|
0,5Rm
|
ГОСТ 13770-86
|
|
Проволока класса II н IIА по ГОСТ 9389-75
|
ГОСТ 13771-86
|
|
Проволока по ГОСТ 1071-81
|
0,5Rm
|
|
Проволока по ГОСТ 14963-78
|
47,5...
53,5
|
960
|
ГОСТ
13772-86
|
|
Проволока по ГОСТ 2771-81
|
|
|
|
Проволока по ГОСТ, 14963-78
|
45,5
...51,5
|
|
|
Сталь горячекатаная круглая по ГОСТ 2590-88
|
44,0... 51,5
|
800
|
ГОСТ 13773-86
|
|
Проволока класса I по
ГОСТ 9389-75
|
___
|
0,6Rm
|
------------
|
ГОСТ 13774-86
|
|
Проволока по ГОСТ 14963-78
|
54,5
... 58,0
|
1350
|
Обязательное упрочнение дробью
|
ГОСТ
13775-86
|
|
Сталь горячекатаная
круглая по ГОСТ 2590-88
|
51,5...
56,0
|
1050
|
ГОСТ 13776-86
|
|
Также, на станицах ГОСТа вы сможете ознакомится со сведениями о циклической и статической выносливости пружин, со свойствами пружинных материалов, и назначении высокой твердости для пружин 3-го класса.
Для определения размеров пружин используется методика в соответствии с ГОСТ13765-86, основные параметры витка пружин: ГОСТ 13766-86 - ГОСТ 13776-86
Основные параметры пружин и их расчет:
|
Наименование параметра
|
Обозначения
|
Расчетные формулы и значения
|
|
1. Сила пружины при предварительной
деформации, Н
|
F1
|
|
|
2.
Сила пружины при рабочей деформации (соответствует наибольшему принудительному перемещению подвижного звена
в механизме), Н
|
F2
|
Принимаются
в зависимости от нагрузки пружины
|
|
3. Рабочий ход пружины, мм
|
h
|
|
|
4.
Наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или
разгрузке, м/с
|
V max
|
|
|
5.
Выносливость пружины — число циклов до разрушения
|
NF
|
|
|
6.
Наружный диаметр пружины, мм
|
D1
|
Предварительно принимаются с учетом конструкции узла.
Уточняются по таблицам
ГОСТ
13766-86—ГОСТ 13776-86
|
|
7.
Относительный инерционный зазор пружины сжатия. Для пружин растяжения служит
ограничением максимальной деформации
|
|
Для пружин сжатия I и II классов
 =0,05 до 0,25
Для пружин растяжения
= 0,05 до 0,10
Для одножильных пружин
III класса
= 0,10 до 0,40
Для трехжильных III класса
= 0,15 до 0,40
|
|
8.
Сила пружины при максимальной деформации, Н
|
F3
|
Уточняется по таблицам ГОСТ
13766-86— ГОСТ 13776-86
|
|
9.
Сила предварительного напряжения (при навивке из холоднотянутой и
термообработанной проволоки), Н
|
F0
|
(0,1 -0,25) F3
|
|
10.
Диаметр проволоки, мм
|
d
|
Выбирается
по таблицам ГОСТ 13764-86 — ГОСТ 13776-86
|
|
11.
Диаметр трехжильного троса, мм
|
d1
|
|
12.
Жесткость одного витка пружины, Н/мм
|
с1
|
|
13.
Максимальная деформация одного витка пружины, мм
|
S ¢3 (при F0=0)
S ¢¢3 (при F0>0)
|
Выбирается по таблицам ГОСТ
13764-86—ГОСТ 13776-86
S ¢¢3 = S ¢3 
|
|
14.
Максимальное касательное напряжение пружины, МПа
|
tз
|
Назначается по табл. 2
ГОСТ 13764-86
|
|
15.
Критическая скорость пружины сжатия, м/с
|
V к
|
V к= 
|
|
16. Модуль сдвига, МПа
|
G
|
Для пружинной стали
G = 7,85Х104
|
|
17.
Динамическая (гравитационная) плотность материала, Нс2/м4
|
|
 где  — ускорение свободного падения,
м/с2
 — удельный вес, Н/м3
Для пружинной стали
 = 8Х103
|
|
18. Жесткость пружины, Н/мм
|
c
|
Для пружин с предварительным натяжением
|
|
19.
Число рабочих витков пружины
|
п
|
|
|
20.
Полное число витков пружины
|
п1
|
n1=n+n2, где n2 — число опорных витков
|
|
21.
Средний диаметр пружины
|
D
|
D = D1-d=D2+d
|
|
22. Индекс пружины
|
i
|
Рекомендуется назначать от 4
до 12
|
|
23.
Коэффициент расплющивания троса в трехжильной пружине учитывающий увеличение
сечения витка вдоль оси пружины после навивки
|
D
|
Для трехжильного троса с
углом свивки β=24° определяется по таблице
|
|
24.
Предварительная деформация пружины, мм
|
S1
|
|
|
25.
Рабочая деформация пружины, мм
|
S2
|
|
|
26.
Максимальная деформация, пружины, мм
|
S3
|
|
|
27.
Длина пружины при максимальной деформации, мм
|
l3
|
l3=(n1+1-n3)d,
где n3 — число обработанных витков
|
|
28.
Длина пружины в свободном состоянии, мм
|
l0
|
l0=l3+S3
|
|
29.
Длина пружины растяжения без зацепов в свободном состоянии, мм
|
l¢0
|
l¢ 0=(n1+1)d
|
|
30.
Длина пружины при предварительной деформации, мм
|
l1
|
l1=l0-S1
Для пружин растяжения
l1=l0+S1
|
|
31'.
Длина пружины при рабочей деформации, мм
|
l2
|
l2=l2-S2
Для пружин растяжения
l2=l0+S2
|
|
32.
Шаг пружины в свободном состоянии, мм
|
t
|
t= S ¢3+d
Для пружин растяжения
t=d
|
|
33.
Напряжение в пружине при предварительной деформации, МПа
|
t1
|
|
|
34.
Напряжение в пружине при рабочей деформации, МПа
|
t2
|
|
|
35.
Коэффициент учитывающий кривизну витка пружины
|
k
|
|
|
36.
Длина развернутой пружины (для пружин растяжения — без зацепов), мм
|
l
|
l@3,2Dn1
|
|
37.
Масса пружины (для пружин растяжения — без зацепов), кг
|
m
|
m@19,25x10-6Dd2n1
|
|
38.
Объем, занимаемый пружиной (без учета зацепов пружины), мм3
|
V
|
V = 0,785D12xl1
|
|
39.
Зазор между концом опорного витка и соседним рабочим витком пружины сжатия,
мм
|
l
|
Устанавливаются в
зависимости от формы опорного витка
|
|
40.
Внутренний диаметр пружины, мм
|
D2
|
D2=D1—2d
|
|
41.
Временное сопротивление проволоки при растяжении, МПа
|
Rm
|
Устанавливается при
испытаниях проволоки или по ГОСТ 9389—75 и ГОСТ 1071—81
|
|
42.
Максимальная энергия, накапливаемая пружиной или работа деформации, мДж
|
|
Для пружин сжатия и растяжения
без предварительного напряжения
для пружин растяжения с предварительным
напряжением
|
|
|
|
