Содержание
- 2. Определения: 1) Упругие элементы − детали машин, работа которых основана на способности изменять свою форму под
- 3. Функции упругих элементов в машинах и механизмах: 1) создавать постоянно действующие усилия для силового замыкания кинематических
- 4. Рис. 1. Некоторые упругие элементы машин: винтовые пружины - а) растяжения, б) сжатия, в) коническая сжатия,
- 5. Классификация упругих элементов: 1) По виду создаваемой (воспринимаемой) нагрузки: силовые (пружины, амортизаторы, демпферы) - воспринимают сосредоточенную
- 6. Винтовые пружины растяжения-сжатия. Рис. 2. Цилиндрическая пружина сжатия Цилиндрические пружины изготавливаются методом навивки проволоки на оправку.
- 7. Модуль упругости пружинных сталей E = (2,1…2,2)⋅105 МПа, модуль сдвига G = (7,6…8,2)⋅104 МПа. Для изготовления
- 8. Силовые и упругие характеристики пружины связаны соотношениями: Цилиндрические винтовые пружины из холоднокатаной пружинной проволоки стандартизованы. В
- 9. (17.2) Полученное число рабочих витков округляют до 0,5 витка при n ≤ 20 и до 1
- 10. Проектный расчет нестандартных пружин производится из условия прочности по напряжениям скручивания. Как известно, при кручении стержня
- 11. При известных геометрических параметрах цилиндрической винтовой пружины ее жесткость можно вычислить по формуле а величину деформации
- 12. Отношение длины пружины в свободном состоянии l0 к ее среднему диаметру D называют индексом гибкости пружины
- 13. Торсионные валы предназначены для восприятия моментной нагрузки и поэтому устанавливаются так, чтобы исключить воздействие на них
- 14. Рис. 17.3. Некоторые виды торсионов: а, б − моноторсионы − а) цилиндрический; б) призматический; в, г,
- 15. Изготовливают торсионы из высококачественных легированных сталей, обладающих хорошими упругими и усталостными показателями, например, сталь 45ХН2МФА ГОСТ
- 16. и наружный диаметр D рабочей части полого торсиона можно подобрать по соотношению где β = d
- 18. Скачать презентацию
Определения:
1) Упругие элементы − детали машин, работа которых основана на способности
Определения:
1) Упругие элементы − детали машин, работа которых основана на способности
2) Пружины – упругие элементы, выполненные из металла и предназначенные для создания (восприятия) сосредоточенной силовой нагрузки.
3) Торсионы − упругие элементы, выполненные из металла (обычно в форме вала) и предназначенные для создания (восприятия) сосредоточенной моментной нагрузки.
4) Мембраны − упругие элементы, выполненные из металла и предназначенные для создания (восприятия) распределенной по их поверхности силовой нагрузки (давления).
Функции упругих элементов в машинах и механизмах:
1) создавать постоянно действующие усилия
Функции упругих элементов в машинах и механизмах:
1) создавать постоянно действующие усилия
2) обеспечивать беззазорность в кинематических парах механизмов с целью повышения их кинематической точности (например, в составных зубчатых колесах приборов);
3) предохранять механизмы от разрушения под воздействием чрезмерных нагрузок при ударах и вибрациях (рессоры, пружины, амортизаторы);
4) накапливать энергию в процессе деформации под действием внешней нагрузки и отдавать ее при восстановлении исходной формы (часовая пружина в механических часах, боевая пружина стрелкового оружия);
5) Выполнять преобразование нагрузки в перемещение при использовании в качестве чувствительных элементов приборов (весоизмерительные приборы, приборы для измерения крутящего момента, давления, разрежения и т.п.)
Рис. 1. Некоторые упругие элементы машин: винтовые пружины - а) растяжения,
Рис. 1. Некоторые упругие элементы машин: винтовые пружины - а) растяжения,
Классификация упругих элементов:
1) По виду создаваемой (воспринимаемой) нагрузки: силовые (пружины, амортизаторы,
Классификация упругих элементов:
1) По виду создаваемой (воспринимаемой) нагрузки: силовые (пружины, амортизаторы,
2) По виду материала, использованного для изготовления упругого элемента: металлические (стальные, стальные нержавеющие, бронзовые, латунные пружины, торсионы, мембраны, сильфоны, трубки Бурдона) и неметаллические, изготовленные из резин и пластмасс (демпферы и амортизаторы, мембраны).
3) По виду основных напряжений, возникающих в материале упругого элемента в процессе его деформации: растяжения-сжатия (стержни, проволоки), кручения (винтовые пружины, торсионы), изгиба (пружины изгиба, рессоры).
4) По форме связи нагрузки, действующей на упругий элемент, с его деформацией: линейные (график нагрузка-деформация представляет прямую линию) и нелинейные (график нагрузка-деформация непрямолинеен).
5) По конструктивной форме: пружины, цилиндрические винтовые, одно- и многожильные, конические винтовые, бочкообразные винтовые, тарельчатые, цилиндрические прорезные, спиральные (ленточные и круглые), плоские, рессоры (многослойные пружины изгиба), торсионы (пружинные валы), фигурные и т.п.
6) По способу изготовления: витые, точеные, штампованные, наборные и т.п.
Винтовые пружины
растяжения-сжатия.
Рис. 2. Цилиндрическая пружина сжатия
Цилиндрические пружины изготавливаются методом
Винтовые пружины
растяжения-сжатия.
Рис. 2. Цилиндрическая пружина сжатия
Цилиндрические пружины изготавливаются методом
металла.
Крайние (опорные) витки пружин сжатия (рис. 17.2.) обычно поджимаются и сошлифовываются, чтобы получить плоскую, перпендикулярную оси пружины, опорную поверхность, занимающую не менее 75 % круговой длины витка. После обрезки в нужный размер, подгибки и подшлифовки концевых витков пружины подвергаются стабилизирующему отжигу.
Наибольшее количество пружин изготавливают из высокоуглеродистых и легированных сталей с содержанием углерода 0,5…1,1%.
Модуль упругости пружинных сталей E = (2,1…2,2)⋅105 МПа, модуль сдвига G
Модуль упругости пружинных сталей E = (2,1…2,2)⋅105 МПа, модуль сдвига G
Для изготовления пружин, работающих в агрессивной среде, вызывающей коррозию углеродистых сталей, применяют нержавеющие стали или сплавы на основе меди (бронзы). Модуль упругости сплавов на медной основе E = (1,2…1,3)⋅105 МПа, модуль сдвига G = (4,5…5,0)⋅104 МПа.
Основные параметры цилиндрических винтовых пружин (рис. 17.2) −
1) геометрические (мм):
D0 – средний диаметр навивки пружины;
d – диаметр проволоки (прутка);
t – шаг навивки;
l0 – длина пружины в свободном состоянии;
2) конструктивные (величины безразмерные):
n – число рабочих витков;
n1 – полное число витков (с учетом подогнутых опорных витков);
i = D0 / d – индекс пружины, характеризующий кривизну ее витка.
3) силовые и упругие:
c − жесткость пружины, Н/мм;
c1 − жесткость одного витка пружины, Н/мм;
F1 − минимальная рабочая нагрузка, Н или кН;
F2 − максимальная рабочая нагрузка, Н или кН;
F3 − предельная нагрузка, Н или кН;
s (s1, s2, s3)− величина деформации пружины под нагрузкой, мм;
s’(s’1, s’2, s’3) − величина деформации одного витка под нагрузкой, мм.
Силовые и упругие характеристики пружины связаны соотношениями:
Цилиндрические винтовые пружины из
Силовые и упругие характеристики пружины связаны соотношениями:
Цилиндрические винтовые пружины из
Обычно принимают F1 = (0,1…0,5)⋅F2 и F3 = (1,1…1,6)⋅F2. По величине предельной нагрузки F3 подбирают пружину с подходящими диаметрами – наружным пружины DН и проволоки d. Для выбранной пружины, используя соотношения (17.1) и параметры деформации одного витка, указанные в стандарте, можно определить необходимые жесткость пружины и число рабочих витков:
(17.1)
(17.2)
Полученное число рабочих витков округляют до 0,5 витка при n
(17.2)
Полученное число рабочих витков округляют до 0,5 витка при n
n1 = n + (1,5…2). (17.3)
Длина пружины в сжатом состоянии (под действием силы F3):
Длина пружины в свободном состоянии
Далее можно определить длину пружины при нагружении ее рабочими силами, предварительного сжатия F1 и предельной рабочей F2
Проектный расчет нестандартных пружин производится из условия прочности по напряжениям скручивания.
Проектный расчет нестандартных пружин производится из условия прочности по напряжениям скручивания.
где Mкр – крутящий момент, а Wкр – полярный момент сопротивления сечения витка пружины, навитой из проволоки диаметром d. Для учета неравномерности распределения напряжения по сечению витка из-за его кривизны в формулу вводится коэффициент k, зависящий от индекса пружины . При обычных углах подъема витка, лежащих в пределах 6…12° коэффициент k с достаточной для расчетов точностью можно вычислить по выражению
.
Из последних выражений получаем
или
При известных геометрических параметрах цилиндрической винтовой пружины ее жесткость можно вычислить
При известных геометрических параметрах цилиндрической винтовой пружины ее жесткость можно вычислить
а величину деформации (осадки) пружины
При проектном расчете нестандартных пружин 2 последних выражения можно использовать для вычисления количества рабочих витков. Длина проволоки, необходимой для навивки пружины с заданными геометрическими параметрами, может быть определена по выражению
Или для углов подъема витка α = 6…9° с достаточной для практического применения точностью
Отношение длины пружины в свободном состоянии l0 к ее среднему диаметру
Отношение длины пружины в свободном состоянии l0 к ее среднему диаметру
Таблица 17.2
Рекомендации по выбору допускаемых
напряжений при расчете пружин и торсионов
Торсионные валы предназначены для восприятия моментной нагрузки и поэтому устанавливаются так,
Торсионные валы предназначены для восприятия моментной нагрузки и поэтому устанавливаются так,
Торсионы находят самое широкое применение в подвеске колёсных и гусеничных машин и других устройствах.
Конструкция торсионов может быть достаточно разнообразной:
моноторсион, выполняемый в форме монолитного или пустотелого валика;
пучковый торсион, включающий несколько валиков, концы которых намертво заделаны в общие цапфы;
наборный пластинчатый торсион, в виде пакета листовых пластин, концевые части которых также заделываются в общую цапфу, и т.п.
Один конец торсиона закрепляется на неподвижной детали, например, на корпусе машины, другой – на поворотном элементе, например, на опорной части балансира катка гусеничной машины.
Далее речь будем вести о валиковых моноторсионах, изготавливаемых в форме круглых сплошных или трубчатых валиков.
Концы этих валиков обычно делаются толще основного рабочего диаметра, и на своей цилиндрической части снабжаются треугольными шлицами.
Рис. 17.3. Некоторые виды торсионов:
а, б − моноторсионы − а) цилиндрический;
Рис. 17.3. Некоторые виды торсионов: а, б − моноторсионы − а) цилиндрический;
Изготовливают торсионы из высококачественных легированных сталей, обладающих хорошими упругими и усталостными
Изготовливают торсионы из высококачественных легированных сталей, обладающих хорошими упругими и усталостными
и наружный диаметр D рабочей части полого торсиона можно подобрать по
и наружный диаметр D рабочей части полого торсиона можно подобрать по
где β = d / D – относительная величина диаметра отверстия, выполненного по оси торсиона.
Удельный угол закручивания торсиона (угол поворота вокруг продольной оси одного конца вала относительно другого, отнесенный к длине рабочей части торсиона) определится равенством
Материал торсионного вала работает в чистом виде на кручение, следовательно для него справедливо условие прочности
,
; ( 17.15)
а предельно допустимый угол закручивания для торсиона в целом будет
(17.17)