3. Конструирование и расчет аккумулятора
3.1. Расчет плоской спиральной пружины
Начальные данные:
- необходимый запас энергии – 500 Дж;
- КПД плоской спиральной пружины при смазке касторовым маслом с графитом = 70,4% [4];
- число рабочих оборотов n=20;
- материал пружины – сталь У8А;
-
модуль упругости Е=2*
кгс·
.
С учетом КПД пружины, а также КПД механизма, передающего момент от колеса на пружину возьмем количество энергии необходимое для запасения в пружине равным Е=1000 Дж. Работа, совершаемая пружиной[6]:
А=М·φ, (24)
где: А – работа, совершаемая пружиной, А=Е=1000 Дж;
М – средний момент пружины;
φ – число рабочих оборотов пружины.
Тогда:
А=1000 Дж = 8,33 Н·м·120 рад. (25)
Момент будем считать в кгс/мм:
М=8,33Н·м=849,41кгс·мм. (26)
Минимальный
момент спуска
=М=849,
41 кгс·мм.
кгс·мм. Отношение моментов спуска
= 1,648. Число рабочих оборотов
=20.
Найдем разность между числом витков в
тугозаведенном и в свободном состояниях:
-
.
(27)
Задаваясь
отношением m=15
найдем по графику (рис 3.1.1)
=58,
,
.
Рис. 7 Номограмма для проектирования нормальной заводской пружины.
Найдем толщину ленты h:
(28)
где: К – коэффициент качества, в соответствии с пунктом 3.2, при креплении с промежуточной пластиной К=0,9 (Табл. 3.1);
b – ширина ленты, b=80мм.
Табл. 3 Коэффициент К качества пружины, в зависимости от типа крепления внутреннего края пружины.
Тогда:
(29)
Затем
найдем:
– радиус внутреннего рабочего витка
пружины,
=m·h=15·0,76=11,4
мм;
R – радиус барабана, R=102·h=102·0,76=77,52 мм;
l – рабочая длина пружины, l=12600·h=12600·0,76=9576мм;
Длину отожженных концевых участков находим по следующим соотношениям:
(30)
(31)
Рис. 8 Нормальная заводная пружина: а – в спущенном; б – в заведенном состояниях.
Следовательно, длина заготовки для пружины:
(32)
Найдем радиус валика:
(33)
Число оборотов при заводе определим по формуле:
(34)
Число холостых оборотов:
(35)
3.2 Крепление пружины
В месте соединения наружного края пружины и корпуса, мною было выбрано крепление с промежуточной пластиной (рис. 9).
Рис. 9 Схема крепления наружного края пружины.
Такое крепление наиболее близко к «идеальному» и обуславливает практически концентричное распускание витков.
Крепление внутреннего конца пружины не оказывает такого сильного влияния на работу пружины, как крепление наружного конца. Конструкция крепления внутреннего конца пружины должна лишь обеспечивать надежную передачу момента от пружины к заводному валику. При неправильной конструкции крепления увеличивается вероятность поломки внутреннего конца пружины, так как в этом месте пружина наиболее сильно деформируется при изготовлении. Внутренний конец пружины отжигается, и ему примерно на длине одного витка придается форма, плотно облегающая заводской валик. Во избежание поломки пружины вследствие концентрации напряжений переход от отожженного участка к закаленному должен быть постепенным. Мной выбрано наиболее качественное крепление – с подкладками (рис 10).
Рис. 10 Крепление внутреннего конца заводской пружины