Практическая работа №3 (4 часа) Прочностной расчет и определение характеристики упругости (жесткости) пружин
3.1 Цель работы: изучить методику прочностного расчета пружины.
3.2 Теоретическая часть
Зная величину Rzmax упругого элемента можно через определенную ранее величину передаточного числа U найти значение предельной силы пружины Рпр мах. Затем по аналогам или из компоновочных соображений следует задаться расчётным диаметром D пружины и определить диаметр d проволоки:
(3.1)
где τmax= 500…800 МПа.
Полученный диаметр проволоки следует округлить, до ближайшего стандартного значения. ГОСТом предусмотрен выпуск пружинной проволоки следующих диаметров, подходящих для автостроения: от 5 мм до 12 мм с шагом 0,5 мм, и от 12 мм до 14 мм с шагом 1,0 мм.
Определив основные геометрические параметры пружины, следует проверить напряжения кручения в материале пружины с учетом коэффициента концентрации напряжений k:
(3.2)
Коэффициент концентрации напряжений k учитывает, что напряжения на внутренней стороне витка пружины больше, чем на наружной и определяется по формуле:
(3.3)
где с = D / d – индекс пружины.
Допускаемые напряжения [τ ] для проверочного расчёта принимаются в размере 700…1000 МПа.
3.3 Пример расчета
Рассчитаем максимальное усилие сжатия пружины:
Диаметр прутка пружины рассчитывается по формуле 3.1. Полученный результат округляем, до ближайшего стандартного значения.
Тогда коэффициент концентрации напряжения рассчитывается по формуле 3.3.
Далее напряжения кручения в материале пружины по формуле 3.2. и сравнивается с допускаемым напряжением [τ ].
3.4 Содержание отчета
3.4.1 Согласно своему варианту (таблица 1, приложение) и полученным значениям в практической работе № 2 провести расчеты.
3.4.2 По окончании расчета сделать выводы.
Практическая работа №4 (2 часа) Проектирование пружины
4.1 Цель работы: изучить методику проектирования винтовых пружин в Компас-Spring.
4.2 Теоретическая часть
4.2.1 Подключение системы КОМПАС-SPRING
Система (прикладная библиотека) КОМПАС-SPRING предназначена для выполнения проектного и проверочного расчетов цилиндрических винтовых пружин сжатия и растяжения, тарельчатых, конических и фасонных пружин, а также для построения их чертежей (с созданием вида, диаграммы, технических требований, заполнением основной надписи) в среде системы КОМПАС-3D.
Подключение системы КОМПАС-SPRING к системе КОМПАС-3D осуществляется через Менеджер библиотек стандартным способом.
После подключения системы (библиотеки) необходимо создать новый лист чертежа КОМПАС-3D, затем выбрать тип пружины, расчет и построение которой нужно выполнить.
Подключение системы КОМПАС-SPRING:
щелкните в главном меню системы КОМПАС по пункту Сервис, а затем в выпадающем меню по пункту Менеджер библиотек. Появится окно системы управления библиотеками Менеджер библиотек (см. рис. 4.1);
щелкните в левой части окна системы управления библиотеками Менеджер библиотек по пункту Расчет и построение. В правой части появятся соответствующие библиотеки;
щелкните дважды в окне системы управления библиотеками Менеджера библиотек по подключаемой системе КОМПАС-SPRING. Через некоторое время произойдет подключение выделенной системы и раскроется ее содержимое, см. рис. 4.2.
Рисунок 4.1 – Окно системы управления библиотеками Менеджер библиотек с открытыми системами Расчет и построение
Рисунок 4.2 – Окно системы управления библиотеками Менеджер библиотек с добавленной и раскрытой системой КОМПАС-SPRING
Система КОМПАС-SPRING включает несколько модулей для расчета пружин:
- Пружина растяжения;
- Пружина сжатия;
- Пружина тарельчатая;
- Пружины конические и фасонные;
- Пружины кручения.
4.2.2 Проектирование цилиндрической пружины сжатия
Для проектного расчета пружин сжатия необходимо выполнить несколько этапов.
Первый этап - вход в режим проектного расчета пружины сжатия:
щелкните дважды в окне системы управления библиотеками Менеджера библиотек (см. рис. 4.2) по подключаемой системе – Пружина сжатия. Через некоторое время появится главное окно системы Проектирование цилиндрической пружины сжатия, см. рис. 4.3.
Если расчет ранее производился (программой обнаружен файл с данными для построения) и открыт чертеж или фрагмент, то будут доступны кнопки Результаты расчета и Построение.
В разделе Параметры пружины содержится информация о последней пружине, спроектированной в предыдущем рабочем сеансе;
Рисунок 4.3 – Главное окно системы Проектирование цилиндрической пружины сжатия
щелкните в главном окне системы Проектирование цилиндрической пружины сжатия по кнопке Проектный расчет. Появится главное окно системы КОМПАС-SPRING, см. рис. 4.4.
Рисунок 4.4 – Главное окно системы Компас-SPRING. Проектный расчет пружины сжатия
Второй этап – ввод исходных данных для расчета пружины сжатия.
Введите нужные вам значения проектируемой пружины, например те, которые представлены на рис. 4.4. Также существует способ введение данных с помощью встроенных таблиц или с помощью пункта Загрузить данные главного меню системы КОМПАС-SPRING.
Для завершения процесса ввода исходных данных любым из вышерассмотренных способов щелкните в главном окне системы КОМПАС-SPRING. Проектный расчет пружины сжатия по кнопке ОК. Появится диалоговое окно Результаты расчета, показанное на рис. 4.5.
Рисунок 4.5 – Диалоговое окно Результаты расчета
В ходе расчета определяется несколько вариантов пружин с различными диаметрами проволоки и числами витков, при которых выполняется условие прочности.
Чтобы увидеть полный список рассчитанных параметров выбранного варианта пружины, щелкните по кнопке – Подробно. Откроется развернутый отчет о результатах проектного расчета пружины сжатия, см. рис. 4.6.
Рисунок 4.6 – Развернутый отчет о результатах проектного расчета пружины сжатия
Для завершения процесса расчета щелкаем в диалоговом окне Результаты расчета по кнопке ОК, появится следующее окно (рисунок 4.7). Далее по кнопке Да.
Рисунок 4.7 – Диалоговое окно КОМПАС-SPRING
Далее производим построение пружины сжатия (вариант построения плоская модель), см. рис. 4.8.
Рисунок 4.8 – Диалоговое окно построения пружины сжатия
4.3 Пример расчета
Для того чтобы построить пружину сжатия, помимо вводимых данных необходимо определить длину пружины при рабочей деформации (L2, мм):
,
где L0 – длина пружины в свободном состоянии , мм
S2 – рабочая деформация пружины, мм (S2 = F2 / c).
4.4 Содержание отчета
4.4.1 Согласно данных из работы №3 своему варианту (данных из практической работы №3 и таблицы 2 приведенной в приложении) провести расчеты.
4.4.2 По окончании проведения расчета построить пружину сжатия с учетом отрисовок размеров и диаграммы.