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

ны отображается кривой АВО, а работа сил трения, состав­ ляющая 60—70% полной работы внешних сил при нагруже­ нии пружины,— площадью ОАВО.

Высокая жесткость в сочетании с хорошей способностью поглощать механическую энергию обусловили применение кольцевых пружин в амортизационных и буферных устрой­ ствах на железнодорожном подвижном составе и других объектах, работающих в условиях больших и резко меняю­ щихся нагрузок.

Кольцевые пружины предназначены для восприятия мак­ симальных усилий от 5 до 200 Т при перемещении одного

кольца. Зазор е между торцами соседних внешних (или внут­ ренних) колец должен быть не менее 1 мм.

Во избежание коробления колец при термообработке толщину их стенок рекомендуется выдерживать одинаковой по высоте, для чего на нерабочей стороне целесообразно пре­ дусматривать канавку соответствующей формы. В процессе

_ Р

° " ~ nS„tg(ß + p) '

где SB и S„— площади поперечных сечений соответствующих колец; р — угол трения.

53

Сближение торцов пружины, собранной из п колец,

F '«=

где DB и DH — диаметры колец по центрам тяжести их по­ перечных сечений; Е — модуль упругости материала колец.

Т а р е л ь ч а т ые пружины

Тарельчатые пружины работают на сжатие, обладают сравнительно большой жесткостью и представляют собой оболочку в форме усеченного конуса (рис. 16, а) с углом

60С2А (или других сталей, близких им по механическим свойствам). Затем их термически обрабатывают до твердости

тые пружины подвергают обжатию (заневоливанию) до пол­ ного сплющивания.

Тарельчатые пружины в комплекте могут устанавливать­ ся последовательно (рис. 16, б), последовательно с проме­

пружина обладает высокими амортизационными свойствами, обусловленными трением между тарелками и шайбами или между тарелками.

Установка пружин пакетами увеличивает нагрузочную способность, и жесткость примерно пропорциональна числу' тарелок в пакете.

Размеры стандартных тарельчатых пружин регламенти­ рованы ГОСТ 3057—54. Предельные размеры пружин: на-

54

жин способна воспринять нагрузку до 54 Т. Максимальная рабочая деформация f2 одной тарелки не должна превышать

Рис. 16. Тарельчатые пружины:

о — одиночная пружина; б — последовательное соединение; « — последова­ тельное соединение с промежуточными шайбами; г — соединение пакетами.

0,8/3 . Необходимое осевое перемещение опорных торцов всей пружины достигается соответствующим подбором числа тарелок.

Жесткость тарельчатой пружины на начальном участке характеристики монотонно убывает. Если - у < ]/"2, жест­ кость продолжает убывать вплоть до разрушения пружины. В том случае, когда tjr > У2, пружина под действием боль­ ших нагрузок теряет устойчивость, «выщелкивает». Такие пружины с двумя устойчивыми состояниями применяются в устройствах, предназначенных для быстрого соединения или разъединения каких-либо деталей (например, электри­ ческих контактов). В машиностроении чаще всего приме­ няются пружины с монотонной характеристикой І4г <С

В процессе деформации тарелки испытывают напря­ женное состояние изгиба. Их точный расчет трудоемок, поэтому для определения размеров пружин, работающих на

65

начальном, практически линейном участке характеристики, рекомендуется пользоваться специальной номограммой

Рис. 17. Номограмма для расчета тарельчатых пружин.

(рис. 17), построенной для материала с коэффициентом Пуассона ц. = 0,3.

П о р я д о к р а с ч е т^а. Исходные данные: макси­ мальная рабочая нагрузка Р2 (кГ), соответствующая ей осадка F2 (мм) всей пружины (в случае необходимости вместо любой из этих величин может быть задана величина потен-

66

ме по вычисленному коэффициенту а и заданному m находят значения х и ß (например, для а = 1,03 и m == 2, как показано на рис. 17 пунктирной линией, л; = 0,13 и ß — 3,3). Толщина тарелки ô = у - "J/^^pr2 - Высота внут­ реннего усеченного конуса / 3 = хЬ. Угол конусности находят из соотношения tg Ѳ = • n l s n . Число тарелок п =

=Л .

Правила выполнения рабочих чертежей тарельчатых пру­ жин регламентированы ГОСТ 2.401—68.

Блочные пружины

Блочными называют пружины, изготовленные из моно­ литного куска материала с относительно малым модулем упругости (чаще всего — из резины).

Некоторые конструкции таких пружин, работающих на сжатие, показаны на рис. 18. Высокая поглощающая спо­ собность, простота формы, малые габариты и низкая стои­ мость обусловили их широкое применение в приборах и ма­ шинах в качестве амортизаторов.

Блочные пружины снабжаются металлическими опор­ ными элементами, которые соединяются с резиной путем вулканизации или приклеивания.

В простейшем случае блочная пружина имеет форму ци­ линдра (рис. 18, а). Центральное отверстие (рис. 18, б)

57

улучшает теплоотвод при динамическом нагр ужении и повы­ шает податливость. Сборная пружина (рис. 18, в) состоит из ряда одинаковых элементов, числом которых можно ре­ гулировать ее жесткость. Кроме того, такое расчленение

пружин на несколько последовательно работающих элемен­ тов повышает продольную устойчивость.

Блочные пружины в форме усеченного конуса или пира­ миды (рис. 18, г) имеют нелинейную характеристику.

В качестве материала для блочных пружин рекомендуют­ ся резиновые смеси, марки и некоторые механические харак­ теристики которых представлены в табл. 10.

При расчете резиновых блоков следует иметь в виду, что жесткое крепление к ним металлических опорных дета­ лей стесняет деформацию торцевых поверхностей под на­ грузкой («краевой эффект»), что приводит к нелинейности характеристики и некоторому ужесточению пружины.

Однако с достаточной для практики точностью и в преде­ лах допустимых деформаций характеристики блочных пру­ жин можно считать линейными.

Допускаемые относительные деформации пружин с жест­ ким закреплением торцов; [el = 0,15 -г- 0,2 — при стати-

58

где Ф — так называемый фактор формы, равный отношению площадей опорной и боковых (внутренних и внешних) по­ верхностей пружины. Дл я цилиндра Ф = -пг-Значения

модуля сдвига в зависимости от твердости приведены в табл. 11.

59

Таблица 11

Механические свойства резины в зависимости от ее твердости

Д л я резиновых изделий с незакрепленными и хорошо смазанными торцами, имеющими возможность расширяться под действием сжимающего усилия, фактор формы не влия­ ет на модуль упругости: Е0 = 6G. Значения допускаемых напряжений для этого случая приведены в табл. 11.

Г л а в а III

ПРУЖИНЫ КРУЧЕНИЯ

Цилиндрические винтовые пружины

Цилиндрические винтовые пружины могут применяться в качестве упругих звеньев, нагруженных торцевыми мо­ ментами. Пружины этого типа целесообразно применять в тех случаях, когда соединяемые упругим звеном детали соосны и должны проворачиваться одна относительно другой.

60

Под характеристикой пружины кручения понимают за­ висимость величины моментов М, приложенных к ее торцам, от угловой деформации ср (либо числа оборотов яр). С доста­ точной для практических расчетов точностью характеристи­ ку пружины кручения можно представить прямой линией

Рис. 19. Характеристика цилиндрической винтовой пружины кручения.

(рис. 19), причем индексы 1, 2 и 3 при М и ф (либо яр) соот­ ветствуют, как и для пружин растяжения — сжатия, раз­ личным степеням деформации: предварительной, рабочей и максимальной. Полная потенциальная энергия, накоплен­ ная пружиной в процессе деформации,

U = -|-Л1ф = яМф .

Если угол наклона витков а, то при закручивании пру­

61

При а < 10 -f- 12° (как это имеет место в подавляющем большинстве случаев) величиной крутящего момента мож­ но пренебречь, а в качестве изгибающего принять величину приложенного момента М.

Таблица 12

Формулы для расчета винтовых цилиндрических пружин кручения

сжатия, возникают в точках, расположенных на ближай­ шем к ее оси волокне.

Уподобив виток пружины плоскому кривому брусу,

62