2 Расчет винтовых цилиндрических пружин растяжения и сжатия.

Геометрические параметры пружин(Рис, 148):

d - диаметр проволоки, мм;

D_Н1D - наружный и средний диаметр пружины, мм;

_С=D/d индекс пружины (с=4... 1 2) (Табл. 20);

t - шаг пружины, мм.

При проверочном расчете винтовых цилиндрических пружин расчет ведут по касательным напряжениям кручения:

₍₃₆₂₎

где τ - расчетное максимальное напряжение в поперечных сечениях витков пружины, Н/мм²;

[τ] допускаемое напряжение для проволоки витков пружины, H/мм2 (Рис. 149);

к - коэффициент влияния на напряжение кривизны витков и поперечной силы (Рис. 150);

F- максимальная растягивающая или сжимающая сила, Н

Таблица20 Значения коэффициента к принимают в зависимостиот индекса пружины с

с	4	5	6	8	10	12
k	1,37	1,29	1,24	1,17	1,14	1,11

[τ] определяется по графику (Рис. 149).

При пульсирующей нагрузке [τ] принимают в 1,5 раза меньше, чем по графикам.

При проектном расчете пружины диаметр проволоки будет:

_{. (363)}

Значением индексом с задаются окончательно, диаметр проволоки d согласовывают по ГОСТу для пружинной проволоки.

Средний диаметр D и наружный диаметр D_n пружины определяют по формулам:

(364)

При расчете различают следующие силы пружины(Рис. 151,152):

1. При предварительной деформации

2. При рабочей деформации (соответствуют наибольшему принудительному перемещению подвижной детали в механизме).

3. При максимальной (допускаемой) деформации

При изменении силы пружины от F₁ до F₂ жесткость пружины будет:

, (366)

где h - рабочий ход пружины, мм;

Рис. 149 Допускаемые напряжения кручения при статической

нагрузке для проволоки из разных материалов:

1 - вольфрамовая и рояльная; 2- хромованадиевая

термообработанная; 3- углеродистая, холоднотянутая,

нержавеющая холоднотянутая; 5 - из монель-металла;

6 - из фосфористой бронзы; 7-из специальной латуни.

Рис. 150. Кривые для определения коэффициента кτ

_{Жесткость одного витка пружины:}

_{, (367)}

_{где G - модуль сдвига проволоки пружины, G=80000 МПа, следовательно для стальной пружины;}

_{, (368)}

_{где C1 - Н/мм, d-мм.}

_{Число рабочих витков пружины:}

_{, (369)}

_{Полное число витков:}

₍₃₇₀₎

_{где n2-число опорных витковn2=1,5…2.}

_{Деформация пружины:}

₍₃₇₁₎

_{где λ-деформация пружины, мм. Подставив в формулу (371) вместо силы F силы F1, F2, F3 получим деформации:}

_{λ1 - предварительную,}

_{λ2 - рабочую,}

_{λ3 - максимальную.}

_{Максимальная деформация одного витка пружины:}

₍₃₇₂₎

_{Шаг пружины в ненагруженном состоянии (для пружины сжатия):}

_{, (373)}

_{Для пружины растяжения:}

₍₃₇₄₎

_{Высота пружины при максимальной деформации:}

_{, (375)}

_{где n3 - число зашлифованных витков,}

_{высота пружины в свободном состоянии:}

_{для пружины сжатия:}

_{, (376)}

_{для пружины растяжения:}

_{. (337)}

_{Длина развернутой пружины (без учета зацепов пружины растяжения):}

_{. (378)}

_{Более подробный геометрический расчет винтовых цилиндрических пружин сжатия и растяжения из стальной проволоки круглого сечения дан в ГОСТе 13715-88.}

ЛЕКЦИЯ 25

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ДЕТАЛЕЙ МАШИН

1. Общие принципы проектирования

2. Основные правила проектирования

3. Методика расчета приводов машин

1 Общие принципы проектирования

Проектирование машин и их деталей является особым видом ин­женерного искусства. Для правильного проектирования недостаточно знания одной лишь теории.

НЕОБХОДИМО:

1. знакомство с существующими конструкциями и умение в них критически разобраться;

2. знание условий работы проектируемой машины;

3. знание методов изготовления деталей

4) умение конкретно воплощать свои идеи в виде конструктивного чертежа.

Проектирование машины состоит прежде всего из конструктивной разработки общего расположения машины и выбора формы отдельных ее деталей, а так же тесно связанных между собой расчета машины и ее частей и выполнения чертежей:

1. установочного для машины,

2. сборочных для ее узлов,

3. рабочих для ее деталей.

Рационально спроектированная и правильно построенная машина должна быть прочной, долговечной, возможно дешевой и экономичной в работе, а так же безопасной для обслуживающих людей.

При конструировании машин экономические соображения должны стоять на одном из первых мест.

Для снижения стоимости машин большое значение имеет замена дорогостоящих материалов (например, цветные металлы и легирован­ные стали) более дешевыми, когда это не вызывает ухудшение качества машин. Иногда экономически целесообразно для изготовления деталей машин следует в замен черных и цветных металлов применять пласт­массы.

При проектировании деталей машин следует по возможности пользоваться простыми геометрическими формами и их комбинациями, легко получаемыми при обработке деталей на станках. В большинстве случаев самая простая по форме деталь машины является не только де­шевой, но и самой лучшей во всех отношениях.

Огромное значение для удешевления машины при повышении ее качества имеет применение стандартных деталей и узлов, и стандарт­ных размеров. Поэтому при проектировании машин и их деталей обяза­тельное применение ГОСТов.

Уменьшение вредных сопротивление в машине, увеличение ее КПД достигается:

1. рациональным выбором ее кинематической схемы;

2. назначением наиболее совершенных типов передач;

1. рациональным выбором материала, формы и обработки тру­щихся поверхностей деталей машин;

2. рациональным выбором смазки трущихся поверхностей деталей машин.

Особое внимание необходимо при проектировании машины уде­лить облегчению условий труда рабочих. Машина должна отнимать у рабочего возможно меньше времени для своего управления и обслужи­вания, на утомлять его. Все операции, требующего физического и нерв­ного напряжения, надо устранять.

Разработка схемы машины конструктивной формы отдель­ных ее деталей составляет:

1. первую стадию проектирования;

2. расчет машины и ее деталей и создание чертежей.

Никогда не следует задерживать начало вычерчивания до полного окончания расчета. Это первая, обычная ошибка начинающих почти всегда влечет за собой бесполезную трату времени и труда на неизбеж­ные в этом случае переделки расчета и неожиданные недоразумения при вычерчивании.

Расчеты деталей машин на прочность, жесткость и устойчивость производятся в основном по формулам сопротивления материалов: ка­ждая деталь машины должна быть прочной и долговечной, напряжения в деталях машин не должны превосходить допускаемые.

На размеры деталей машин также влияют не только расчет, но и чисто практические соображения:

1. Простота изготовления деталей;

2. Возможность последней обработки;

3. Возможность сборки машины и монтаж ее на месте;

4. Возможность ее ремонта и технического обслуживания;

5. Безопасность обслуживающих рабочих.