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

стоянной деформации. Ползучесть обусловливает временную нестабильность характеристики пружины, что может при­ вести к функциональному расстройству агрегата, а в неко­ торых случаях — к аварии.

Характер нагрузки пружины по времени может быть раз­ личным. Из всего многообразия законов нагружения оста­ новимся на трех наиболее характерных.

венным приложением-и снятием с возникновением значитель­

периодичностью действия. Характерные циклы в координа­ тах напряжение — время представлены на рис. 3. Основные

11

среднее напряжение

Материалы. Допускаемые напряжения

Ма т е р и а л пружин должен удовлетворять комплексу разнообразных требований, продиктованных условиями ра­ боты и изготовления пружины. Это прежде всего высокие прочностные характеристики, дающие возможность проекти­ ровать пружины с минимальными весом и размерами. Поэтому желательно применение таких материалов, предел упругости которых приближается к их временному сопро-- тивлению.

Материал пружин, работающих при циклической и удар­ ной нагрузках, должен обладать высокими пределом вы­ носливости и ударной вязкостью. Наконец, все пружины независимо от характера воспринимаемой нагрузки должны длительно сохранять свою геометрию и характеристику, что обеспечивается релаксационной стойкостью материала. Это требование, равно как и требование максимального увели­ чения предела упругости, особенно важно при работе пружин в условиях высоких температур (свыше 120° С). Если пружина работает в агрессивных средах, материал должен обладать высокой коррозионной стойкостью.

12

Требования к материалу, определяемые технологией из­ готовления пружины, включают в себя: достаточную пла­ стичность (для осуществления навивки, штамповки, заневоливания), хорошую прокаливаемость (для равномерной термообработки по всему объему), отсутствие склонности

Для изготовления пружин применяется стальная угле­ родистая холоднотянутая (рояльная) проволока круглого сечения диаметром от 0,14 до 8 мм, стальная пружинная хо­ лоднокатаная лента, качественная рессорно-пружинная го­ рячекатаная сортовая сталь, сплавы цветных металлов.

Углеродистая холоднотянутая проволока (ГОСТ 9389—60) широко применяется в машиностроении благодаря высоким упругим свойствам и простоте термообработки. Упру­ гость проволоки достигается в процессе изготовления — патентирования и волочения. Процесс патентирования заклю­ чается в протягивании проволоки, предварительно нагретой до температуры, соответствующей аустенитному. превраще­ нию, через расплав свинца. Последующее волочение спо­ собствует образованию тонкой структуры на поверхности проволоки в результате наклепа.

Навивку пружин из этой проволоки производят в холод­ ном состоянии, после чего их подвергают лишь невысокому (200—300° С) отпуску, снимающему внутренние напряжения.

Пружины, изготовленные из холоднотянутой пружинной проволоки класса прочности I , могут работать в интервале

13

Таблица 2

Временное сопротивление аъ. кГ/мм2, стальной углеродистой пружинной проволоки (по ГОСТ 9389—ѲО)

14

коррозионностойкую и жаростойкую сталь (ГОСТ 5949—61), а также специальные сплавы. Навивку пружин из этой про­ волоки производят либо в холодном состоянии (в этом случае проволоку перед навивкой тщательно отжигают), либо в го­

получили относительно дешевые углеродистые стали, предел упругости которых возрастает с увеличением содержания углерода. Однако глубина прокаливания этих сталей накла­ дывает ограничения на размеры заготовок: для полосового

обладают легированные стали, предел упругости которых приближается к временному сопротивлению.

Марганцовые стали в малой степени подвержены поверх­ ностному обезуглероживанию, благодаря чему диаметр заготовок может достигать 20 мм. К недостаткам этой стали относится повышенная чувствительность к перегревам, склонность к отпускной хрупкости и образованию закалоч­ ных трещин, что в значительной степени снижает ударную вязкость и упругие характеристики проволоки.

15

Таблица 3

Рессорно-пружинные стали, их свойства и область применения

Д л я пружин, работающих в условиях высоких (до 400° С) температур в коррозионной среде, можно рекомендовать сталь 4X13.

В настоящее время установлено, что применение бора для сталей, легированных марганцем, способствует повыше­ нию прочности, выносливости и релаксационной стойкости.

Таблица 4

Механические свойства стальной термообработанной пружинной ленты (по ГОСТ 2614—65)

Механические свойства стальной холоднокатаной термо­ обработанной. ленты приведены в табл. 4. Эта лента выпус­ кается толщиной 0,08—1,5 мм при ширине 3—100 мм, об­

Наряду с химическим составом большое влияние на рабо­ тоспособность пружин оказывает качество поверхности про­ волоки. Негладкая поверхность, трещины, закаты, раковины, ржавчина и другие дефекты снижают усталостную прочность и могут свести на нет эффективность применения лучших пружинных материалов. Поэтому в ответстЕе.-іных случаях

20

проволоку диаметром до 12 мм целесообразно заказывать в шлифованном состоянии по ГОСТ 14963—69.

Если пружина работает с большой скоростью деформации и в условиях соударения витков, то с целью повышения ее сопротивления смятию закалку и отпуск пружины следует производить до твердости HRC 52 — 54.

Сплавы цветных металлов используются в тех случаях, когда пружины должны работать в условиях агрессивных сред, быть антимагнитными и т. д. Наибольшее распростра­ нение получили пружинные проволоки из кремнемарганцовистых, оловянноцинковых и бериллиевых бронз. Бериллиевые бронзы обладают особыми свойствами: им присущи высокие коррозионная стойкость и усталостная прочность, хорошая электропроводность, малый гистерезис и способ­ ность сохранять упругие свойства до t = 150° С.

Полуфабрикатом для изготовления пружин из цветных сплавов служит проволока, а также полосы и ленты. Меха­ нические свойства проволоки из некоторых цветных сплавов приведены в табл. 5. Дл я изготовления пружинящих контак­ тов приборов широко применяется лента из бериллиевой бронзы марки Бр. Б2 согласно ГОСТ 1789—70. Полосы из бериллиевой бронзы изготовляются толщиной 0,15—6 мм при ширине 40—300 мм; ленты толщиной 0,1—1,5 мм при ширине 10—300 мм. После облагораживания временное сопротивление полос и лент из бериллиевой бронзы марки Бр. Б2 0в = 115 ~ 120 кГ/мм*.

Сортамент и механические свойства полос и лент из дру­ гих цветных сплавов регламентированы ГОСТ 1761—70, ГОСТ 5063—49 и др .

Д о п у с к а е м о е н а п р я ж е н и е материала за­ висит не только от механических характеристик самого ма­ териала, но и от условий эксплуатации пружины и степени ее ответственности, учитываемых коэффициентом запаса прочности.

Выбор допускаемых напряжений для винтовых цилинд­ рических пружин сжатия — растяжения из стали круглого

21