Пружні елементи в машинах

У кожній машині є специфічні деталі, що принципово відрізняються від всіх інших. Їх називають пружними елементами. Пружні елементи мають різноманітні, досить несхожі один на одного конструкції. Тому можна дати загальне визначення.

Пружні елементи - деталі, твердість яких набагато менша, ніж в інших, а деформації вище.

Завдяки цій своїй властивості, пружні елементи першими сприймають удари, вібрації, деформації.

Найчастіше пружні елементи легко виявити при огляді машини, як, наприклад, гумові покришки коліс, пружини і ресори, м'які крісла водіїв і машиністів.

Іноді пружний елемент схований під видом іншої деталі, наприклад, тонкого торсіонного вала, шпильки з довгою тонкою шийкою, тонкостінного стрижня, прокладки, оболонки і т.п. Однак і тут досвідчений конструктор зможе розпізнати і застосовувати такий "замаскований" пружний елемент саме по порівняно малій твердості.

На залізниці через вагу транспорту, деформації деталей досить великі. Тут пружними елементами, поряд з ресорами рухливого составу, фактично стають рейки, шпали (особливо дерев'яні, а не бетонні) і ґрунт шляхового насипу.

Пружні елементи знаходять найширше застосування:

• для амортизації (зниження прискорень і сил інерції при ударах і вібрації, за рахунок значно більшого часу деформації пружного елемента в порівнянні з твердими деталями);

• для створення постійних сил (наприклад, пружні і розрізні шайби під гайкою створюють постійну силу тертя у витках різьблення, що перешкоджає самовідгвинчуванню);

• для силового замикання механізмів (щоб виключити небажані зазори);

• для акумуляції (нагромадження) механічної енергії (запобігаючі пружини, пружина збройового бойка, дуга лука, гума рогатки і т.п.);

• для виміру сил (пружинні ваги основані на зв'язку ваги і деформації вимірювальної пружини за законом Гука).

Звичайно пружні елементи виконуються у вигляді пружин різних конструкцій.

Основне поширення в машинах мають пружні пружини стиску і розтягання. У цих пружинах витки піддаються крутінню. Циліндрична форма пружин зручна для розміщення їх у машинах.

Основною характеристикою пружини, як і всякого пружного елемента, є твердість або зворотна їй податливість. Твердість K визначається залежністю пружної сили F від деформації x. Якщо цю залежність можна вважати лінійної, як у законі Гука, то твердість знаходять розподілом сили на деформацію .

Якщо залежність нелінійна, як це і буває в реальних конструкціях, твердість знаходять, як похідну від сили по деформації .

Очевидно, що тут потрібно знати вид функції F=f(x).

Для більших навантажень при необхідності розсіювання енергії вібрації і ударів застосовують пакети пружних елементів (пружин).

Ідея полягає в тому, що при деформації складених або шаруватих пружин (ресор) енергія розсіюється за рахунок взаємного тертя елементів.

Пластинчасті пакетні ресори успішно застосовувалися ще з перших кроків транспортного машинобудування –в підвіску карет, застосовувалися вони і на електровозах, електропоїздах перших випусків, де були через нестабільність сил тертя пізніше замінені крученими пружинами з паралельними демпферами, їх можна зустріти в деяких моделях автомобілів і будівельно-дорожніх машин.

Пластинчасті ресори мають більше демпфірування (здатністю розсіювати вібрацію).

Матеріали для пружних елементів повинні мати високі пружні властивості, а головне, не губити їх згодом.

Основні матеріали для пружин - багато вуглецеві сталі 65,70, марганцеві сталі 65М, кременисті сталі 60С2А, хромистованадієві сталі 50ХФА і т.п. Всі ці матеріали мають більш високі механічні властивості в порівнянні з звичайними конструкційними сталями.

В 1967 році в Самарському Аерокосмічному університеті був винайдений і запатентований матеріал, названий метало резиною "МР". Матеріал виготовляється з зім'ятого, поплутаного металевого дроту, що потім пресується в необхідні форми.

Колосальна перевага металорезини в тому, що вона чудово поєднує міцність металу з пружністю гуми і, крім того, за рахунок значного міждротового тертя розсіює (демпфірує) енергію коливань, будучи високоефективним засобом віброзахисту.

Густоту поплутаного дроту і силу пресування можна регулювати, одержуючи задані значення твердості і демпфірування металорезини в дуже широкому діапазоні.

Металорезина, безсумнівно, має перспективне майбутнє як матеріал для виготовлення пружних елементів.

Пружні елементи вимагають досить точних розрахунків. Зокрема, їх обов'язково розраховують на твердість, оскільки це головна характеристика.

Однак конструкції пружних елементів настільки різноманітні, а розрахункові методики настільки складні, що привести їх у якій-небудь узагальненій формулі неможливо.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. По якій ознаці в конструкції машини можна знайти пружні елементи ?

2. Для яких завдань застосовуються пружні елементи ?

3. Яка характеристика пружного елемента вважається головною ?

4. З яких матеріалів варто виготовляти пружні елементи ?

5. Яким образом на Одеської ж/д застосовуються тарілчасті шайби-пружини ?