57. Упругие элементы. Назначение. Конструкции.

Упругими элементами называют детали машин, работа которых основана на способности изменять свою форму под воздействием внешней нагрузки и восстанавливать ее в первоначальном виде после снятия этой нагрузки.  В технических устройствах используется большое число различных упругих элементов, но наиболее распространены следующие три типа элементов, выполненных как правило из металла: Пружины (рис. 16.1, а…м) – упругие элементы, предназначенные для создания (восприятия) сосредоточенной силовой нагрузки. Торсионы (рис. 16.1, н) - упругие элементы, выполненные обычно в форме вала и предназначенные для создания (восприятия) сосредоточенной моментной нагрузки. Мембраны - упругие элементы, предназначенные для создания (восприятия) распределенной по их поверхности силовой нагрузки (давления).

Пружины и упругие элементы используют в конструкциях в качестве виброизолирующих, амортизирующих, аккумулирующих, натяжных, динамометрических и других устройств.

Классификация пружин: По виду воспринимаемой нагрузки различают:пружины растяжения, сжатия, кручения и изгиба.

По геометрической форме их называют: винтовыми, спиральными, прямыми и др.

В зависимости от назначения пружины бывают: силовыми (аккумуляторы энергии или движители), измерительными (упругие чувствительные элементы), амортизирующими и т. д.

В машиностроении наиболее распространены

винтовые цилиндрические пружины растяжения , сжатия и кручения.

Реже применяют специальные пружины:

тарельчатые и кольцевые – сжатия,

спиральные и стержневые- кручения; листовые (рессоры). пружины а - растяжения; б - сжатия; в - кручения; г - фасонные

а - тарельчатая; б- кольцевая; в - спиральная; г - стержневая; д - рессора

Общая характеристика пружин.

Пружины растяжения навивают без просветов между витками с начальным надавливанием витков, компенсирующим частично внешнюю нагрузку. Компенсирующее усилие составляет (0,25...0,3) Fnp,

где Fnp - предельное растягивающее усилие.

Для передачи внешней нагрузки пружины (диаметра до 3…4 мм) снабжают зацепами в форме отогнутых последних витков. Для ответственных пружин диаметром свыше 4 мм часто применяют закладные зацепы, но они менее технологичны.

Пружины сжатия навивают с просветом между витками, который должен на 10...20 % превышать осевые упругие перемещения каждого витка при наибольшей внешней нагрузке.

Пружины кручения навивают обычно с малым углом подъема и небольшими зазорами между витками (0,5 мм). Внешнюю нагрузку они воспри­нимают с помощью зацепов, образуемых отгибом концевых витков.

Основные параметры витых пружин. Материалы.

d - диаметр проволоки;

Do средний диаметр ;

Индекс c = Do/d;

n - число рабочих витков ;

Длина рабочей части -H₀; шаг витков- t = Ho/h ;

Индекс пружины характеризует кривизну витка. Пружины с индексом С 3 применять не рекомендуется из-за высокой концентрации напряжений в витках. Его выбирают в зависимости от диаметра проволоки .

Основными материалами пружин являются высокопрочная специальная пружинная проволока, высокоуглеродистые стали, марганцовистая сталь, кремнистая сталь, хромованадиевая сталь и др.

Для работы в химически активной среде пружины изготовляют из цветных сплавов.

Рис. 17.1. Некоторые упругие элементы машин: винтовые пружины - а) растяжения, б) сжатия, в) коническая сжатия, г) кручения; д) телескопическая ленточная пружина сжатия; е) наборная тарельчатая пружина; ж, з) кольцевые пружины; и) составная пружина сжатия; к) спиральная пружина; л) пружина изгиба; м) рессора (наборная пружина изгиба); н) торсионный валик. Упругие элементы в машинах и механизмах могут выполнять следующие функции: 

1. создавать постоянно дей_­ствующие усилия (моменты), необходимые для силового замыкания кинематических пар (кулачковые механизмы, муфты фрикционные, кулачковые и др., стопоры, защелки и т.п.);

2. обеспечивать беззазорность в кинематических парах ме­ханизмов с целью повышения их кинематической точности (например, в составных зубчатых колесах приборов);

3. предохранять механизмы от воздействия чрезмерных нагрузок при ударах и вибрациях (рессоры, пружины, амортизаторы);

4. накапливать энергию в процессе деформации под действием внешней нагрузки и отдавать ее для работы механизмов в процессе восстановления исходной формы (часовая пружина в механических часах, боевая пружина стрелкового оружия); 5) Выполнять преобразование силы в перемещение при использовании в качестве чувствительных элементов приборов (весоизмерительные приборы, приборы измерения давления, вакуумметры и т.п.) Классификация упругих элементов:

1. По виду создаваемой (воспринимаемой) нагрузки: силовые (пружины, амортизаторы, демпферы) - воспринимают сосредоточенную силу; моментные(моментные пружины, торсионы) – сосредоточенный крутящий момент (пару сил); воспринимающие распределенную нагрузку (мембраны давления, сильфоны, трубки Бурдона и т.п.).

2. По виду материала, использованного для изготовления упругого элемента: металлические (стальные, стальные нержавеющие, бронзовые, латунные пружины, торсионы, мембраны, сильфоны, трубки Бурдона) и неметаллические, изготовленные из резин и пластмасс (демпферы и амортизаторы, мембраны).

3. По виду основных напряжений, возникающих в материале упругого элемента в процессе его деформации: растяжения-сжатия (стержни, проволоки),кручения (винтовые пружины, торсионы), изгиба (пружины изгиба, рессоры).

4. В зависимости от взаимосвязи нагрузки, действующей на упругий элемент, с его деформацией: линейные (график нагрузка-деформация представляет прямую линию) и нелинейные (график нагрузка-деформация непрямолинеен).

5. В зависимости от формы и конструкции: пружины, цилиндрические винтовые, одно- и многожильные, конические винтовые, бочкообразные винтовые, тарельчатые, цилиндрические прорезные, спиральные (ленточные и круглые), плоские, рессоры (многослойные пружины изгиба), торсионы (пружинные валы), фигурные и т.п.

6. В зависимости от способа изготовления: витые, точеные, штампованные, наборные и т.п.