Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
32
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
3.5 Mб
Скачать

ным упором 2, создавая тем самым предварительное натя­ жение пружины.

І

Ж

т

Рис. 29. Прямая пластинчатая пружина с предва­ рительной нагрузкой.

Максимальное напряжение в опасном сечении пружины

(28)

где М„ — изгибающий момент; W — экваториальный момент сопротивле­ ния поперечного сечения пружины; [ст]„ — допускаемое напряжение.

Формулы для максимальных на­ пряжений в опасных сечениях пру­ жин и перемещений точки прило­ жения усилия приведены в табл. 13. Большие пружины с целью умень­ шения их веса и габаритов целе­ сообразно выполнять в виде балок равного сопротивления. Из них наиболее технологична консольно защемленная балка постоянной вы­ соты h, имеющая в плане вид тре­ угольника.

Рис. 30. Координаты цен­ тра вращения свободного конца прямых пластинча­ тых пружин изгиба:

а — н а г р у ж е н и е

моментом;

б — нагружени е СИЛОЙ.

Если в качестве упругого элемента используется пакет из п одинаковых пружин, его расчет производят, исходя из

6*

83

размеров одной пружины, уменьшая

полученные значения

а ш а х и F в п раз.

 

В тех случаях, когда пластинчатая

пружина предназна­

чена для работы в качестве упругой опоры или упругого шарнира, важно определить центр вращения ее свободного

конца. Д л я наиболее типичных схем нагружения

координа­

ты центра вращения, выраженные в долях длины

пружины,

приведены на

рис. 30.

 

Примеры

конструктивных решений крепления

плоских

пружин, а также ориентировочные размеры закрепляемых концов представлены на рис. 31.

Выбор варианта расположения отверстий для винтов (рис. 31, а, б) и конструкции крепления (рис. 31, в, г, д, е) диктуются конструктивными, а в ряде случаев и специаль­ ными соображениями, например необходимостью электро­ изоляции.

П л а с т и н ч а т ые изогнутые

пружины

В тех случаях, когда длина прямой пластинчатой пру­

жины слишком велика и ее не удается

разместить в узле,

целесообразно применять изогнутые пружины, которые при меньших габаритах могут обеспечить большую податли­ вость. Пример использования изогнутой Ѵ-образной пружи­ ны для обеспечения двух устойчивых положений контакт­ ного устройства представлен на рис. 28, а. Другой областью применения изогнутых пружин являются различного рода силоизмерители, в которых они используются в качестве упругих элементов.

Если величина деформации пластинчатой изогнуто^ пру­ жины соизмерима с ее толщиной, то расчет пружины произ­

водят по широко известной линейной теории изгиба

кривых

стержней.

 

 

 

Д л я изогнутых

пружин

справедливо уравнение проч­

ности (28), причем

опасным

следует считать то

сечение,

85

Таблица 14

Формулы для расчета изогнутых пластинчатых пружин с постоянным поперечным сечением

Форма пружины

Максимальное

на-

Вертикальное перемещение

Горизонтальное переме­

пряжение o m

a s

? ѵ

щение F H

 

 

т

Рг3

 

 

Рг

El

 

 

да 0,785 •

Рг3

Рг3

W

 

 

 

El

El

Рг

Зя

Рг3

= 4,71

Рг3

Рг3-

W

2

ЕІ

El

El

 

 

 

 

 

 

 

f_n

2_

Pr>

_2

 

\_\J^3

л

' W

("4

n

El

n

2 j El

да

0,318

Рг

= 0,149

Pr3

 

= 0,137

Pr3

W

El

 

 

2P

РУ + r) El + r W

•П p и ,м e л a H и е. Д л я прямоугольного поперечного сечения экваториальный момент

инерции

/ =

окваториалыіый момент сопротивления W=—г—, где Ь н h — соответственно ширина и

толщина

прѵжины.

6

 

 

в котором действует максимальный изгибающий момент УИИ (здесь и далее предполагается, что поперечное сечение пру­ жины, а следовательно, и экваториальный момент сопро­ тивления W, постоянны по ее длине).

Места расположения опасных сечений А — А, величины максимальных напряжений o-m a x , а' также значения верти­ кальных Fv и горизонтальных FH составляющих перемеще­ ния под действием приложенной нагрузки Р для наиболее

распространенных типов изогнутых пружин

представлены

в табл. 14.

 

 

При проектировании прямых и изогнутых

пластинчатых

пружин рекомендуется соблюдать соотношение 2 -<

< 1 0 .

В тех случаях, когда пружина работает в области боль­ ших деформаций (соизмеримых с ее длиной), расчет следует производить с использованием теории изгиба гибких стерж­ ней, разработанной Е. П. Поповым [1] .

П р и м е р р а с ч е т а . Исходные данные: определить основные размеры упругого элемента Ѵ-образного силоизмерителя, если при при­ ложении максимального измеряемого усилия Р = 100 кГ сближение его концов должно составлять 1 мм.

Решение.

В

качестве

материала

выбираем

сталь марки

50ХФА,

 

 

 

 

кГ

 

 

 

имеющую предел

прочности ав = 130 3^2". предел

текучести

ат =

= 110 кГІмм2

и модуль

нормальной

упругости

£ =

2 , 1 • 10*

кГ/млР

(см. табл. 3).

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая циклический характер нагружения, а также то обстоя­ тельство, что упругий элемент силоизмерителя даже при 1,5-кратной

перегрузке

не должен

испытывать

напряжений, близких

к пределу

текучести,

принимаем [а) и

=

40

кГ/мм2.

 

 

 

I

 

 

г

 

 

Введя

обозначения

— =

А и

 

— р, из условия прочности (28) и

табл.. 14 найдем

 

 

 

 

 

 

 

 

»

-

?

+ 1

) Р »

(29)

24РрЗ I к3

, л

ту

ЕЪ

 

Решая

совместно эти уравнения

относительно h и задаваясь вели­

чинами X =

2

и ß =

2,5,

получим

 

 

 

 

 

 

h

^ 3EFV

 

 

 

 

 

} . + 1

_

 

 

Р2

[о]а

4 P + 6лХ2

+

24Я + Зл

 

3 • 2,1 • 10» • 1

 

.

2 + 1

 

 

= 4,6 мм;

2,53

-40

4 • 23

+ бхс • 22

+

24 • 2 + Зл

 

 

 

6 Я ( Х +

1)р

 

6 • 100(2+ 1)2,5

= 24,5 мм;

 

 

h [ог]и

 

 

4,6 • 40

 

 

 

 

 

 

 

 

г = ftp =

4,6 • 2,5=

11,5 мм;

 

 

1 = г% = 11,5 • 2 = 23 лш.

Все основные размеры, необходимые для конструирования упругого элемента, найдены. Отношение-тр = ^-g- да 5,3 укладывается в рекомен­

дуемые пределы.

Для возможности сочленения упругого элемента с силопередающнми звеньями, например с помощью сферического подпятника, длину его прямолинейных участков необходимо увеличить на 12—15 мм. При этом размер I = 23 мм необходимо рассматривать как расстояние от центра полукольца до центра этого подпятника.

Г л а в а V

РЕ С С О Р Ы

Ос н о в н ы е понятия и классификация

Листовые рессоры применяются, главным образом, в ка­ честве упругих элементов амортизационных устройств эки­ пажей (автомобилей, железнодорожного подвижного соста­ ва и др.), а также в конструкциях некоторых типов куз­ нечного оборудования и лотковых питателей.

Рессоры допускают большую величину упругой дефоріации (до 300 мм). Наряду с вертикальными, они способны

воспринимать и горизонтальные усилия. Наличие трения между листами способствует быстрому затуханию колеба­ ний. Рессоры просты в изготовлении и надежны в работе.

Рессора представляет собой работающую на изгиб балку равного сопротивления, набранную из стальных полос раз­ личной длины.

Наибольшее распространение получили рессоры трех основных типов, представленных в табл. 15: а) полуэл­ липтические, представляющие собой двухопорную балку с нагрузкой, приложенной в средней части; б) кантилеверные, представляющие собой двухопорную балку, к консоли которой прикладывается рабочая нагрузка; в) четвертные (консольно защемленные).

Полуэллиптические и кантилеверные рессоры могут быть симметричными = - у ] или несимметричными.

При прочих равных условиях прогибы четвертной и сим­ метричных кантилеверной и полуэллиптической рессор относятся как 16 : 4 : 1.

Вопрос о применении того или другого типа рессор ре­ шается с учетом их взаимосвязи со смежными узлами, габа­ ритов, условий крепления и других конструктивных и экс­ плуатационных соображений. Наибольшее распространение получили полуэллиптические рессоры.

Характеристика рессор аналогична характеристике коль­ цевой пружины.

В некоторых случаях желательно получить уменьшение

жесткости рессоры при

возрастании нагрузки (например,

для создания одинаково

комфортабельных условий езды

на тяжелых грузовых автомобилях при различной степени их загрузки). Д л я достижения этой цели применяются раз­ личные конструктивные решения: применение подрессор­ ников / (рис. 32, а), которые при достижении определенной нагрузки становятся на упоры 2, увеличивая общую жест­ кость подвески; так называемые прогрессивные рессоры, изменяющие свою жесткость при выборке специально

90

Таблица 15

Формулы для расчета рессор основных типов

Рессора

Эскиз

Прогиб

 

— / — -

/,-

P

 

 

Полуэллип­

 

 

тическая

 

/? (/ _ y »

 

X

/

Кантилевер-

/>

ная

 

{

Четвертная

 

/0

I T " '

X

 

 

V ( i

 

 

 

Максимальное на­

Прогиб при

предваритель­

пряжение 0" m a x

ной осадке Fq

 

Ph

21 X

X

l

Ph

1 Г к

21

к(l ~к)

200ft

k(I -k)

200/1

/ 2

200ft

./

предусмотренного зазора между некоторыми листами (рис. 32, б) либо вследствие перекатывания коренного листа по криволинейным опорам (рис. 32, в).

Материалы, применяемые для изготовления р е с с о р

Рессоры ответственного назначения изготовляются из ле­ гированных сталей, в основном кремнистых (55С2, 6СС2, 60С2А), хромистых (50ХГ и др.), никелькремнистых (60С2Н2А). Отличительной особенностью этих сталей яв­ ляется высокий предел текучести, приближающийся к вре­ менному сопротивлению. Менее ответственные рессоры могут изготовляться из качественных углеродистых сталей.

Основные механические свойства рессорных сталей при­ ведены в табл. 3. Сортамент рессорных сталей регламенти­ рован ГОСТ 7419—55, химический состав и механические свойства — ГОСТ 14959—69.

Основные виды поперечных сечений рессорных листов представлены на рис. 33. Наибольшее распространение по­ лучили листы прямоугольного и двояковогнутого профилей (рис. 33, а, б). В тех случаях, когда необходимы дополни­ тельные меры для предотвращения бокового смещения

листов, они

изготовляются с

профилем,

показанным

на

рис. 33, в, г.

Дл я обеспечения

большей долговечности

рес­

сор рекомендуется применять

профили,

приведенные

на

рис. 33, д, е. Нейтральный слой таких листов смещен в сто­ рону растягивающих напряжений, которые, как показали многочисленные эксперименты, опаснее равновеликих сжи­ мающих.

При выборе допускаемых напряжений необходимо учи­ тывать ряд специфических факторов, влияющих на рабо­ ту рессор: циклический характер нагружения; тяжесть по­ следствий возможной аварии; некоторую неодинаковость предела прочности материала при растяжении и сжатии; неблагоприятное (при неоптимальном проектировании)