5 Расчет пружины
Основными элементами кинематической схемы электрического аппарата, создающими различные механические усилия, необходимые для работы аппарата, являются пружины. Наибольшее распространение в тяговых аппаратах получили цилиндрические винтовые пружины сжатия и растяжения. К ним относятся притирающие и выключающие пружины.
Цилиндрическая винтовая пружина сжатия изготавливается из круглой проволоки диаметром d и имеет линейную характеристику.
Материал, применяемый для изготовления винтовых пружин — по большей части стальная, реже бронзовая круглая проволока, в основном работает на кручение, вне зависимости от того, работает ли пружина на сжатие или на растяжение.
Исходными величинами для определение размеров пружины и числа витков обычно являются: необходимая сила Fmax, которую должна развивать пружина, и ее жесткость Ж. Кроме того, надо выбрать материал в [1., прилож.7 табл. П.7.1], определив его модуль сдвига G=78500Н/мм и допустимое напряжение при кручении:
τдоп=[τ]/n=800/1,5=533,3 Н/мм2. (5.1)
где n=1,5 - коэффициент запаса прочности материала пружины;
[τ] – предел прочности на срез (при кручении), [τ]=800 Н/мм2
Выбираем индекс пружины с=10 , и определяем диаметр проволоки d, мм,
(5.2)
где Fmax
– сила, которую развивает притирающая
пружина; Fmax=
Н.
Средний диаметр пружины определяем по формуле:
D=c·d=10·1,7=17мм. (5.3)
Число витков пружины, участвующих в создании усилия (так называемых активных витков), определяем по формуле:
витков (5.4)
где Жп=4,05 Н/мм – жесткость притирающей пружины.
Принимаем n=13 витков.
Концы цилиндрических пружин сжатия выполняются за счет подгибки крайних витков, а при большом диаметре проволоки – их шлифовки таким образом, чтобы образовавшаяся плоскость была перпендикулярна оси пружины. Крайние подогнутые витки рабочими не считаются, и полное число витков пружины сжатия в этом случае:
N=n+2=13+2=15 витков. (5.5)
При определении диаметра пружины следим за тем, чтобы наружный диаметр пружины
Dн=D+d=17+1,7=18,7 мм. (5.6)
не превышал ширину контакта, b=20 мм для притирающей пружины.
Усилие, развиваемое притирающей пружиной, Н:
Н. (5.7)
Шаг пружины с расчетом на прогиб:
мм. (5.8)
Свободная длина пружины:
Lсв=t·n+1,5d=5·13+1,5·1,7=67,5 мм. (5.9)
Существенным недостатком пружин сжатия является потеря ими устойчивости при большой длине: под действием нагрузки длинная пружина сжатия может выгибаться. Для обеспечения достаточной устойчивости пружин сжатия рекомендуются, чтобы отношение свободной длины пружины к диаметру:
(5.10)
Выбираем индекс для выключающей пружины с1=9 , и определяем диаметр проволоки d1, мм,
(5.11)
где Fmax1 – сила, которую развивает выключающая пружина; Fmax1=252,48 Н.
Средний диаметр пружины определяем по формуле:
D1=c1·d1=9·3,47=31,23 мм. (5.12)
Число витков пружины, участвующих в создании усилия (так называемых активных витков), определяем по формуле:
витков (5.13)
где Жв=4,94 Н/мм – жесткость выключающей пружины.
Принимаем n1=9 витков.
Концы цилиндрических пружин сжатия выполняются за счет подгибки крайних витков, а при большом диаметре проволоки – их шлифовки таким образом, чтобы образовавшаяся плоскость была перпендикулярна оси пружины. Крайние подогнутые витки рабочими не считаются, и полное число витков пружины сжатия в этом случае:
N1=n1+2=10+2=12 витков. (5.14)
При определении диаметра пружины следим за тем, чтобы наружный диаметр пружины
Dн1=D1+d1=31,23+3,47=34,7 мм. (5.15)
не превышал диаметр цилиндра, для выключающей пружины.
Усилие, развиваемое выключающей пружиной, Н:
Н. (5.16)
Шаг пружины с расчетом на прогиб:
мм. (5.17)
Свободная длина пружины:
Lсв1=t1·n1+1,5d1=8,58·10+1,5·3,47=91 мм. (5.18)
Существенным недостатком пружин сжатия является потеря ими устойчивости при большой длине: под действием нагрузки длинная пружина сжатия может выгибаться. Для обеспечения достаточной устойчивости пружин сжатия рекомендуются, чтобы отношение свободной длины пружины к диаметру:
(5.19)
