2.5 Расчет пружины возвратного механизма

Пружина, создающая тормозной момент рассчитывается на сжатие.

Исходными данными для расчета пружины являются:

– усилие пружины F_п = 56000 Н;

– рабочий ход h = 15 мм;

– наибольшая скорость передвижения подвижного конца пружины при нагружении или при разгрузке υ_max = 0,15 м/с;

– выносливость N_F = 1∙10⁷;

– наружный диаметр пружины (предварительный) D₁ = 155…160 мм.

При заданной выносливости пружину относят к классу I.

Расчетная схема пружины показана на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Схема пружины

Найдем силу пружины при деформации по формуле [10]:

; (2.14)

где δ – относительный инерционный зазор пружины сжатия, δ = 0,05…0,25;

F_п – усилие пружины, Н.

Найдем значение силы F₁:

Н.

В ГОСТ 13769-86 для пружин класса I , разряда 4 имеется интервал сил F₁ = 58000 Н.

Исходя из заданных размеров диаметра, и стремления обеспечить наибольшую критическую скорость, останавливаемся на витке со следующими данными:

– F₁ = 58000 Н;

– диаметр проволоки d = 30,0 мм;

– наружный диаметр пружины D₁ = 160 мм;

– жесткость одного витка с₁ = 497 Н/мм;

– наибольший прогиб одного витка s^’₃ = 9,134 мм;

– максимальное касательное напряжение τ₃ = 480 МПа.

Определим критическую скорость по формуле [10]:

, (2.15)

где G – модуль сдвига, МПа;

ρ – динамическая плотность материала, Н∙с²/м⁴.

Для пружинной стали модуль сдвига G = 7,85∙10⁴ МПа, ρ = 8∙10³ Н∙с²/м⁴.

Критическая скорость равна:

м/с.

Принадлежность к классу 1 определяем путем определения отношения υ_max/υ_к:

; (2.16)

.

Условие (2.14) выполняется.

Жесткость пружины найдем по следующей формуле [10]:

; (2.17)

где h – рабочий ход, мм.

Жесткость пружины равна:

Н/мм.

Число рабочих витков пружины определим по формуле:

; (2.18)

где с₁ – жесткость одного витка, Н/мм;

с – жесткость пружины.

Число рабочих витков пружины:

.

Полное число витков найдем по формуле [10]:

; (2.19)

где n₂ – число опорных витков, n₂ = 1,5.

Полное число витков равно:

Уточненная жесткость пружины определяется по формуле [10]:

; (2.20)

Н/мм.

Определим средний диаметр пружины по формуле [10]:

; (2.21)

где D₁ – наружный диаметр пружины, мм;

d – диаметр проволоки, мм.

мм.

Определим шаг пружины по формуле [10]:

; (2.22)

где s^’₃ – наибольший прогиб одного витка, мм.

Шаг пружины равен:

мм.

Длина пружины при деформации определяется по формуле [10]:

. (2.23)

Длина пружины при деформации равна:

мм.

Длина пружины в свободном состоянии находится по формуле [10]:

; (2.24)

мм.

Напряжение в пружине при деформации найдем по формуле [10]:

; (2.25)

МПа.