2. Классификация, характеристики и особенности упругих элементов. – 11 стр. Конспекта.

2.1. Классификация, характеристики и применение упругих элементов

В механизмах приборов в качестве упругих элементов широко используются пружины и упругие чувствительные элементы различной конструкции. На рис.2.1,а-д приведены примеры наиболее распространенных упругих элементов:

– цилиндрические винтовые пружины растяжения (рис.2.1,а) и сжатия (рис.2.1,б);

– прямые плоские пружины, работающие на изгиб (рис.2.1,в);

– спиральные пружины (рис.2.1,г);

– винтовые пружины, работающие на закручивание (рис.2.1,д).

Упругие элементы обладают следующими особенностями:

– усилия и моменты, создаваемые ими, пропорциональны деформациям;

– позволяют запасать (аккумулировать) механическую энергию, полученную в результате деформации элемента;

– занимают мало места.

Зависимость между величиной деформации упругого элемента и усилием, вызывающим эту деформацию, называется характеристикой упругого элемента. Величина деформации упругого элемента определяется прогибом f, возникающем в результате действия силы F (см. рис.2.1,а,б,в), либо углом закручивания j при действии момента пары сил M (рис.2.1,г,д). Характеристика упругого элемента выражается функцией f = f (F) или j = j (M). Характеристики упругих элементов представлены на рис.3.2. Они могут быть линейными (1) и нелинейными (2, 3).

Предел отношения приращения нагрузки DF к приращению прогиба D¦, при стремлении последнего к нулю, называется жесткостью k упругого элемента:

k = lim DF /(D¦)=dF/(d¦). (2.1)

D¦→0

В случае угловых деформаций упругого элемента жесткость будет определяться выражением

k1 =lim DM/(Dj)=dM/(dj). (2.2)

Dj→0

Жесткость упругого элемента можно определить графически как тангенс угла наклона касательной, проведенной в некоторой точке характеристики упругого элемента, к оси ординат. На рис.2.2 угол наклона касательной, проведенной в точке А нелинейной характеристики 2 упругого элемента, с осью ординат равен g.

Величина, обратная жесткости, называется чувствительностью упругого элемента и определяется выражениями (S при линейной и S1 при угловой деформациях):

S= df/(dF); S1=dj /(dM). (2.3)

При снятии характеристики упругого элемента на практике всегда имеют место упругое последействие и упругий гистерезис.

Упругое последействие проявляется в том, что после прекращения изменения нагрузки упругий элемент некоторое время продолжает деформироваться (рис.2.3,а; участок AB при F1 = const).

Упругий гистерезис – это явление несовпадения прямой (полученной при увеличении нагрузки) и обратной (полученной при уменьшении нагрузки) характеристик упругого элемента (рис.2.3,б, ОА – прямая характеристика, АС – обратная).

Отношение максимальной погрешности DГ, вызванной упругим последействием и упругим гистерезисом, к величине максимальной деформации ¦max упругого элемента называется гистерезисом. Величина гистерезиса eГ обычно выражается в процентах:

eГ = (DГ/¦max)100%.

В упругих элементах гистерезис составляет 0,5 - 1,5%.

Упругие элементы могут быть классифицированы по различным признакам. В зависимости от назначения упругие элементы делятся на три группы:

Силовые пружины (аккумуляторы энергии). Энергия, запасенная во время предварительной деформации этих пружин, используется для приведения в движение или возврата в исходное положение подвижных систем механизмов и для силового замыкания кинематических пар.

Измерительные пружины (упругие чувствительные элементы). Эти пружины используются в различных измерительных приборах для создания противодействующих сил и моментов. По величине деформации (прогибу ¦ или углу закручивания j) судят о величине действующих на пружину сил и моментов.

Элементы для упругих связей. Они применяются для виброизоляции механизмов и смягчения толчков путем замены жесткой связи между некоторыми деталями приборов эластичными.

По роду деформации материала упругих элементов различают пружины, рассчитываемые на кручение, изгиб и сложные деформации.