Основные параметры витых пружин

5.2. Основные параметры витых пружин.

Цилиндрические витые пружины характеризуются следующими основными параметрами (рис. 50):

– диаметром проволоки d или размерами сечения;

– средним диаметром пружины D;

– индексом пружины c = D/d;

– числом рабочих витков n0;

– длиной рабочей части H0;

– шагом витков p = H0/ n;

– углом подъёма винтовой линии γ = arctg(p/πD0).

Индекс пружины характеризует кривизну витка. Пружины с индексом c ≤ 3 применять не рекомендуется из-за высокой концентрации напряжений в витках. Обычно индекс пружины выбирают в зависимости от диаметра проволоки.

5.3. Расчёт цилиндрических витых пружин сжатия и растяжения 5.3.1. Определение диаметра проволоки пружины

При работе цилиндрической винтовой пружины в осевых сечениях витков возникают напряжения кручения τk и среза τср, или суммарное напряжение

При малых углах подъёма витков (γ < 12º) напряжениями среза можно пренебречь. Тогда наибольшее касательное напряжение в витке

, (55)

где

, (56)

здесь Fkmax – максимальная нагрузка на пружину;

Wp – полярный момент сопротивления сечения витка кручению (для круглого сечения

). (57)

Условие прочности по напряжением принимаем в форме

, (58)

которое после подстановки (56) и (57) в (55) имеет вид

, (59)

где k – коэффициент, учитывающий кривизну витка и зависящий от c; для цилиндрических винтовых пружин при c ≥ 4 его определяют по формуле

. (60)

Из (59) можно определить диаметр проволоки пружины

. (61)

Найденное значение диаметра округляют до ближайшего стандартного значения.

Допускаемое напряжение принимают равным

, (62)

где j – коэффициент, учитывающий характер нагрузки: j = 0,4 при постоянной нагрузке; j = 0,32 при переменной безударной нагрузке; j = 0,25 – при нагрузке с ударами.

5.3.2. Податливость и жёсткость пружины  

Податливостью λп пружины называют осадку пружины под действием силы F = 1Н.

Жёсткость К пружины представляет собой величину обратную податливости

. (63)

У пружин с углом подъём γ ≤ 12º осевое перемещение λ (деформация) пружины

. (64)

Учитывая, что потенциальная энергия пружины

, (65)

где Мк= 0,5F·D – крутящий момент в сечении проволоки пружины от силы сжатия F пружины;

GIp – жёсткость сечения проволоки пружины на кручение;

– полная длина витков рабочей части пружины.

Из (65) находим

, (66)

где

— (67)

– осевая податливость одного витка пружины. Тогда полное перемещение

. (68)

Из формул (67) и (68) следует, что податливость пружины пропорциональна числу витков n, индексу с пружины в третьей степени и обратно пропорциональна диаметру d проволоки и модулю сдвига G материала проволоки пружины.

  Вопросы для самопроверки

1. С какой целью используются в конструкциях пружины?

2. Виды пружин, их конструкции.

3. Основные параметры витых пружин.

4. Каким образом определяют диаметр проволоки пружины?

5. Податливость и жёсткость пружины, каким образом они зависят от параметров пружины?

6. Опишите характеристику винтовой пружины растяжения-сжатия.

6. ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ 6.1. Общие сведения

Для передачи механической энергии (движения) от двигателя к рабочей (технологической) машине часто приходится применять передаточные механизмы. Их применение чаще всего вызвано необходимостью приведению высокой скорости движения выходного вала двигателя к низкой скорости входного вала рабочей машины. Они могут использоваться и для регулирования скорости движения вала рабочей машины при практически постоянной скорости движения выходного вала двигателя и для других целей. Среди передаточных механизмов основное применение имеют механические передачи. В зависимости от способа силового «замыкания» звеньев различают механические передачи зацеплением и сцеплением (фрикционные).

Для передачи движения на большие расстояния (8…10 м и более) в машиностроении широко используют механизмы с гибкими звеньями (ремнями, цепями, стальными лентами, канатами, тросами и т. д.). В соответствии с типом гибкого звена различают передачи ременные, цепные, зубчато – ременные, ленточные, канатные и т. д.

Передачи с жёсткими звеньями также подразделяются на передачи фрикционные и зацеплением (зубчатые, гиперболоидные и др.). По сравнению с передачами гибкой связью они имеют меньшие габариты, более высокие долговечность, КПД и нагрузочную способность.

Основными внешними характеристиками передач являются передаваемый вращающий момент (мощность), передаточное число, КПД, масса и надёжность.

Задача конструктора состоит в выборе оптимального по технико-экономическим показателям типа передачи и её конструкции.

Из всех передач наибольшее распространение получили зубчáтые передачи. Зубчáтыми называют механизмы (передачи), в которых движение между звеньями (зубчатыми колёсами) передаётся с помощью последовательно зацепляющихся зубьев. Их используют во многих машинах и приборах для передачи движения и вращающего момента в широком диапазоне мощностей (до 300 МВт) и скоростей (до 200 м/с), а также преобразования вращательного движения в поступательное движение, и наоборот.

Достоинствами зубчáтых передач являются: высокие надёжность работы и КПД (до 0,97…0,98 для одной пары колёс – ступени), простота технического обслуживания, компактность, малая масса и др.