книги из ГПНТБ / Радчик А.С. Пружины и рессоры

напряжений, возникающих в пружинах при их нагружении. Это достигается рациональной системой предваритель­ ных напряжений, создаваемых путем заневолнвания или в процессе сборки пружин.

при которой в ее материале развиваются напряжения, пре­ вышающие предел упругости и имеющие тот же знак, что и рабочие. Эпюры касательных напряжений т 3 , возникающих в этом случае в поперечных сечениях витков винтовых пру­ жин растяжения — сжатия, и нормальных напряжений а3 , возникающих в поперечных сечениях спиральных и других работающих на изгиб пружин, представлены на рис. 39, а, в.

Эти кривые в определенном масштабе представляют со­ бой диаграммы сдвига или растяжений — сжатия.

104

Если принять, что Ху и (ту — условные пределы упру­ гости соответственно при сдвиге и растяжении — сжатии, то оба поперечных сечения можно разделить на две зоны:

пряжений тр (стр ), снимаемых при разгрузке. Последние опре­ деляются обычными методами исходя из линейной зависи­ мости между силой и деформацией.

Крутящий (изгибающий) момент, создаваемый остаточ­ ными напряжениями, равен нулю.

Положительное влияние остаточных напряжений прояв­ ляется при приложении повторной (рабочей) нагрузки, ве­ личина которой должна быть всегда меньше первоначальной и не превышать того предельного значения, при котором начинаются пластические деформации. В этом случае эпюра

чительно благоприятнее номинальных: их уровень в наибо­ лее напряженных периферийных слоях снизился за счет догрузки сердцевины. Кроме того, происходит упрочнение самого материала, так как его предел упругости, как извест­ но, увеличивается до величины максимальных напряжений, когда-либо имевших место в данной точке детали. Следует иметь в виду, что такое упрочнение носит односторонний характер. Поэтому направление рабочей нагрузки всегда

должно соответствовать направлению заневоливания. Этим же объясняется нецелесообразность заневоливания пружин, предназначенных для восприятия Циклических нагрузок.

В результате заневоливания на 10—20% снижается уро­ вень максимальных эксплуатационных напряжений, а предел упругости существенно увеличивается, что сказывается на повышении несущей способности пружины или увеличении ее запаса прочности.

rföl

І!І І!І ill I!I

- ф - < ^ . - ^ - - ф - . ф - . ф - - £ - - ф - - ^ -

-^- -Ф- -Ф- > -Ф- - Ф - - Ф - - Ф - - Ф - - Т ^ - Ф - - Ф - - Ф - ' Ф -

- ф - - ф - - ф - - * - - ф - - ф - - ф - - ф - -ф- -ф- -ф- -^- -ф- -^- -^- -ф-

Рис. 40. Многоместное приспособление для заневоли­ вания мелких пружин.

Заневоливание является финишной операцией техноло­ гического процесса. После него какая бы то ни было термо­ обработка недопустима.

В большинстве случаев заневоливание производится при комнатной температуре в течение 0,05—72 я в зависимости от степени ответственности пружин. Практически его осу­ ществляют в одноили многоместных приспособлениях,

106

одно из которых (для мелких пружин сжатия) показано на рис. 40. Пружины насаживаются на закрепленные в нижней плите 1 штифты 3 при снятой верхней плите 4, затем гай­ ками 2 сжимаются до соприкосновения витков (за исключе­ нием тех случаев, когда такое сжатие может привести к развитию слишком больших остаточных деформаций).

Заневоливание тарельчатых пружин также производи­ тся путем их сжатия до полного сплющивания.

Спиральные пружины заневоливают после их навивки на федеркерн в туго навитом (или несколько ослабленном) состоянии.

Характерной особенностью перечисленных типов пру­ жин является то, что их деформация в направлении рабочей нагрузки имеет естественное ограничение «до упора».

Несколько сложнее обстоит дело с определением предель­ но допустимой деформации или нагрузки при заневоливании винтовых пружин кручения, торсионов, пластинчатых пру­ жин изгиба и рессор. В этих случаях следует пользоваться общей теорией расчета заневоленных пружин [3] . В первом приближении можно считать, что нагрузка при заневоли­ вании пружин должна на 15 — 20% превышать максималь­ ную рабочую нагрузку. Ориентировочные значения проги­ бов F0 рессор при их предварительной осадке вычисляются по формулам, приведенным в табл. 15.

Большой интерес представляет заневоливание пружин при повышенной (до 100—120° С) температуре. В этом слу­ чае его продолжительность не превышает 2 ч. Такой метод повышает стабильность пружин, работающих при комнат­ ной температуре.

Горячее заневоливание совершенно необходимо для ста­ билизации пружин, работающих при повышенных темпе­ ратурах, при этом температура испытания должна на 20— 30° С превышать рабочую, время выдержки должно состав­ лять 5—10 ч.

Другим способом повышения несущей способности упру­ гих элементов является создание в них предварительных

сборочных напряжений с целью более благоприятного рас­ пределения напряжений в процессе эксплуатации. Такой способ применяется при изготовлении рессор. Он заклю­ чается в том, что их листы до сборки получают неодинаковую кривизну, причем короткие листы изогнуты больше, чем

Рис. 41. Форма предварительно деформированных листов рессоры до сборки.

длинные (рис. 41). Сборочные напряжения возникают в про­ цессе затяжки рессоры; при приложении нагрузки они складываются (алгебраически) с рабочими, способствуя не­ которой разгрузке длинных листов, воспринимающих как вертикальные, так и горизонтальные тяговые и тормозные усилия.

Д р о б е м е т н ый нанлеп

Наиболее распространенным в настоящее время тех­ нологическим методом повышения несущей способности и усталостной прочности пружин и рессор является дробемет­ ный наклеп.

В результате дробеметной обработки в поверхностных

108

пружин, приводит к снижению упругого последействия и склонности к релаксации напряжений.

В результате дробеметного наклепа срок службы пру­ жин при циклическом нагружении увеличивается в не­ сколько раз.

Дробеметный наклеп осуществляется на специальных установках механического и пневматического действия. Наибольшее распространение в настоящее время получили роторные механические дробеметы.

Д л я дробеметной обработки пружин и рессор применяют твердую стальную дробь диаметром от 0,4 до 2 мм в зависи­ мости от диаметра (толщины) обрабатываемой детали. Ско­ рость перемещения дроби составляет 50—80 м/сек, расстоя­ ние изделия от ротора — 300—400 мм, наилучший угол па­ дения дроби на обрабатываемую поверхность — 75—90°. Продолжительность обработки колеблется в пределах 0,5— 15 мин в зависимости от сложности формы обрабатываемой поверхности, необходимости вращения изделия относитель­ но ротора и некоторых других факторов. Глубина наклепан­ ного слоя при прочих равных условиях примерно пропор­ циональна диаметру дроби-.

Эффективность дробеметного наклепа значительно воз­ растает, если он сочетается с заневоливанием. Особенно хо­ рошо зарекомендовал себя так называемый напряженный наклеп, т. е. обработка дробью пружин в нагруженном со­ стоянии. Напряженному наклепу рекомендуется подвер­ гать листы рессор, торсионы, ответственные (например, кла­ панные) пружины.

Весьма перспективным методом повышения несущей спо­ собности пружин является гидроабразивная обработка. Ее применение в качестве финишной операции после напря­ женного наклепа обеспечивает наилучшие результаты.

Д л я сравнения эффективности различных методов упроч­ нения ниже приведены относительные величины повышения предела выносливости (в %) пружины из патентированной проволоки диаметром 2 мм при базовом числе циклов N = 107 :

109

А з о т и р о в а н и е в отличие от покрытий не связано с нанесением на поверхность изделия каких-либо внешних защитных слоев и представляет собой процесс химикотермического насыщения поверхностных слоев стальных изделий (из стали 35ХМЮА, 50ХФА и др.) азотом путем нагревания их в атмосфере аммиака.

Азотированные детали обладают более высоким преде­ лом усталости, что объясняется возникновением в их поверх­ ностных слоях остаточных напряжений сжатия.

Контроль и испытания

Технические требования, правила приемки и мето­ ды контроля винтовых цилиндрических пружин сжатия и растяжения из стали круглого сечения установлены ГОСТ 16118—70.

Последовательность контрольных операций можно рас­ смотреть на примере наиболее распространенных нажимных пружин.

В н е ш н и й о с м о т р . На поверхности пружин не допускаются риски, царапины, следы ржавчины, отслаива­ ние покрытий. Д л я выявления пористости покрытий поль­ зуются специальными реагентами.

Внешний осмотр производят также после термообработ­ ки. Д л я лучшего выявления закалочных трещин, рисок, волосовин в наиболее ответственных случаях производят магнитную дефектоскопию пружин.

П р о в е р к а р а з м е р о в . Стандарт устанавливает три группы точности пружин: первая группа — пружины с допускаемыми отклонениями на контролируемые силы или

112

состояниях, перпендикулярность торцевых плоскостей к образующей пружины и неравномерность шага в свободном состоянии.

Контроль наружного диаметра пружины можно произ­ водить универсальными средствами измерения. В этом слу­ чае наружный диаметр замеряется не менее чем в трех

4 — |

Рис. 42. Приспособления для контроля геометрии пружин:

а — внутреннего диаметра и высоты в свободном состоянии; б — перпенди­ кулярности опорного торца к оси.

местах пружины во взаимно перпендикулярных направле­ ниях. При контроле калибрами длина рабочей части ка­ либра должна быть не менее утроенного шага пружины.

Наружный диаметр пружины в предельно сжатом состо­ янии проверяют с помощью контрольной гильзы. Помещен­ ная внутрь гильзы пружина сжимается до соприкосновения витков, при этом гильза должна свободно перемещать­ ся вдоль пружины. При контроле внутреннего диаметра контрольный стержень должен свободно проходить через по­ лость ненагружелной пружины (рис. 42, а). По контрольным

113