19. Пружины – применение, классификация. Пружины растяжения и сжатия – основные геометрические параметры, материалы, изготовление. Основные характеристики пружин (податливость, жесткость).

Упругие элементы — пружины и рессо­ры — широко распространены в машино­строении.

ПРИМЕНЕНИЕ:

1) для создания заданных по­стоянных сил — начального сжатия или натяжения в передачах трением, фрик­ционных муфтах, тормозах, предохрани­тельных устройствах, подшипниках; а так­же для уравновешивания сил тяжести и других сил;

2) для силового замыкания ки­нематических пар, в основном в кулачковых, чтобы исключить влияние зазоров на точность перемещений или упростить конструкции;

3) для выполнения функций двигателя на основе предварительного аккумулирования энергии путем завода, например часовые пружины;

4) для виброизоляции в тран­спортных машинах — автомобилях, ваго­нах, в приборах, в виброизоляционных опорах машин и т. д.; механизм вибро­изоляции удобно наблюдать, например, при езде автомобиля; колеса автомобиля, следуя за рельефом дороги, совершают резкие колебания, которые почти не передаются кузову автомобиля;

5) для восприятия энергии удара — буферные пружины, применяе­мые в ' подвижном железнодорожном составе, артиллерийских орудиях и т. д.; благодаря упругим элементам энергия удара поглощается на больших перемеще­ниях и сила удара соответственно умень­шается; буферные и виброизоляционные пружины в отличие от предыдущих акку­мулируют ие полезную, а вредную для работы машины энергию;

6) для измерения сил, темпера­тур, перемещений, осуществляемого по упругим деформациям пружин (в измери­тельных приборах).

Классификация:

Витые пружины классифицируют в зависимости от формы, способа изготовления, направления навивки, назначения и характера работы.

• От формы

1. Цилиндрические

2. Конические

3. Фасоные

4. Плоские

5. Спиральные

• Направление навивки

1. Цилиндрические

2. Конические

3. Фасонные

• По характеру действия

1. Периодически действующие

2. Постоянно действующие

• По виду нагрузки

1. Растяжения

2. Сжатия

3. Кручения

4. Изгиба

ПРУЖИНЫ РАСТЯЖЕНИЯ И СЖАТИЯ

Пружины, работающие на растяжение, подвергаются продольно-осевой нагрузке, т. е. под действием нагрузки растягиваются вдоль оси пружины. При смятии нагрузки пружина принимает исходное положение — сжимается. Пружины растяжения можно разделить по характеру оформления торцов на два основных вида: пружины без колец, в торцы которых специальные винтовые пробки, и пружины с различными кольцам.

Пружины, работающие на сжатие, подвергаются продольно-осевой нагрузке и сжимаются под ее действием. При снятии этой нагрузки пружина принимает исходное положение — расправляется. Пружины сжатия по виду опорных плоскостей могут быть с не прижатыми и прижатыми заточенными или шлифованными крайними витками.

Основное распростра­нение в машиностроении имеют металли­ческие упругие элементы растяжения и сжатия.

В широком диапазоне нагрузок указан­ным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют витые цилиндриче­ские пружины растяжения и сжатия. В этих пружи­нах витки подвергаются напряжению кру­чения под действием постоянного момента. Цилиндрическая форма' пружины удобна для ее размещения в машинах.

Чем тоньше проволока, тем податливее могут быть витые пружины. При необхо­димости повышенной податливости в усло­виях стесненных габаритов применяют многожильные витые пружины.

Упругие элементы относят к деталям машин, требующим достаточно точных расчетов. В частности, их обязательно рассчитывают на жесткость. При этом неточности расчета не могут быть компен­сированы запасами жесткости.

ОСНОВНЫЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

Пружины характеризуются следующими основными геометрическими параметрами:

- диаметр проволоки d;

- средний диаметр D;

- индекс пружины c = D/d;

- шаг витков h;

- угол подъема витков , ;

- длина рабочей части пружины Нp;

- число рабочих витков i = Hp/h.

МАТЕРИАЛЫ ПРУЖИН

Материалы для пружин должны иметь высокие и стабильные во времени упругие свойства. Делать пружины из материалов низкой прочности нецелесообразно. Эффективность применения высокопрочных материалов для пружин связана также с меньшей концентрацией напряжений в пружинах, чем в других деталях, и с меньшими раз­мерами сечений витков.

Основными материалами для пружин являются высокоуглеродистые стали (У9А...У12А), стали легированные кремнием (60С2А), марган­цем (65Г), хромом, ванадием, никелем (50ХГА, 50ХФА, 65С2ВА). Углеродистые и кремнистые стали обладают невысокой прокаливаемостью и поэтому применяются для пру­жин малых сечений. Марганцовистые стали обладают лучшей прокаливаемостью, но чувствительны к перегреву при закалке. Хромомарганцевые, хромованадиевые и хромокремнемарганцевые стали обладают высокой прочностью при действии переменных напряжений и применя­ются для пружин ответственного назна­чения. Для работы в химически активной среде применяют пружины из цветных сплавов, бериллиевых бронз (БрБ-2), кремнемарганцевых бронз (БрКМЦЗ-1, БрОЦ4-3 и др.). Бериллиевые бронзы относятся к самым совершенным универ­сальным материалам для упругих элемен­тов.

Заготовками для пружин служат проволока, а также лента и полосовая сталь.

Пружины из проволоки диаметром до 8...10 мм изготовляют холодной навивкой преимущественно из проволоки, прошед­шей термообработку, и после навивки под­вергают только отпуску. Пружины боль­ших сечений подвергают навивке в горячем состоянии, потом закаливают.

Пружины статического, ограниченно кратного действия и подвергаемые пере­менным напряжениям с коэффициентами цикла, не сильно отличными от единицы, дополнительно подвергают пластическому деформированию, так называемому заневоливанию.

Основные характеристики пружин (податливость, жесткость).

Основными характеристиками пружины являются максимально допустимая нагрузка на нее и максимально допустимая ее осадка (сжатие) под воздействием этой нагрузки по соответственно сила пружины при рабочей деформации Р2 и рабочая деформация пружины F2. Отношение максимально допустимой нагрузки к сжатию называется жесткостью пружины, а обратная величина — ее податливостью.