Упругие элементы (продолжение)

21.1. Винтовые пружины

Винтовая цилиндрическая пружина – стержень (обычно в виде проволоки круглого сечения, навитой по винтовой линии на цилиндрической образующей.)

Параметры:

d – диаметр проволоки,

D_ср– средний диаметр пружины,

D_в – внутренний диаметр,

D_н – наружный диаметр,

t – шаг навивки,

α - угол подъема витков.

h₀ – начальная длина (высота) пружины

λ - рабочий ход

i – число витков

H_max – высота пружины при max F сжат. (раст.)

C = D₀/d – индекс пружины

21.2. Формулы для расчета геометрических параметров винтовой цилиндрической пружины

1.Расчет на прочность

Отсюда выражаем диаметр проволоки:

где:

k_τ – коэффициент безопасности, вычисляется по эмпирической формуле

Индекс пружины в приборостроении с = 4….20,

Индекс пружины в реальных расчетах с = 6….12.

2.Расчет на жесткость

Ход пружины:

Жесткость:

где i_p – число рабочих витков.

21.3. Пружины растяжения с начальным натяжением

При навивке пружины растяжения в поперечном сечении витков можно создать остаточные натяжения, под действием которых витки прижмутся друг к другу с осевой силой (силой начального натяжения F₀). До достижения F₀ пружина не деформируется, что позволяет сэкономить место, занимаемое пружиной в приборе.

21.4. Устойчивость пружин сжатия

При проектировании пружин сжатия для обеспечения необходимой продольной устойчивости выбирают H/ D₀ <3, при H/ D₀ >3 необходимо использовать пружины в сочетании с внутренними или внешними направляющими.

Для уменьшения габаритов пружин в сжатом состоянии и увеличения устойчивости используют конические пружины. Высота конической пружины в сжатом состоянии равна диаметру проволоки. Особенностью конической пружины является сугубая нелинейность характеристики из-за разной величины диаметров витков.

21.5. Упругие несовершенства

К ним относятся: упругое последействие (при нагрузке и разгрузке деформация происходит не мгновенно, а с запаздыванием); релаксация (при отсутствии нагрузки продолжаются изменения внутреннего сопротивления материала); упругий гистерезис, %. (несовпадение характеристик при нагрузке и разгрузке).

Гистерезис сильнее проявляется в пружинах сложной конфигурации: Г ~0,1…1%

С увеличением нагрузки гистерезис проявляется более заметно (т.к. возрастают напряжения в материале).

При расчете простых пружин коэффициент запаса n=1.5…2.5, при расчете

сложных пружин коэффициент запаса n= 5…10.

Лекция №22 Плоские пружины

Наибольшее распространение имеют плоские пружины в форме консольной балки. Их применяют в контактных группах, скользящих токоподводах, контактах потенциометров, а также в виде упругих опор, в качестве элементов измерительного устройства, и в других случаях, когда плоская форма пружины хорошо вписывается в габарит механизма.

Чаще плоские пружины изготавливают из листового материала с b>>h. Пружина должна обладать достаточной прочностью и обеспечивать заданное перемещение свободного конца.

Форма сечения чаще всего прямоугольная или круглая.