Устройство используется главным образом для поглощения и накопления механической энергии.
1. Материалы для изготовления пружин
5. Пружина Бурдона или трубчатая пружина в манометрах для измерения давления, выполняет роль чувствительного элемента.
3.2. По конструктивному исполнению
4. Свойства пружин
4.1. Закон Гука
Большинство пружин, не испытывают деформаций при пределом упругости) описываются законом Гука, согласно которому приложена сила, прямо пропорциональная линейном удлинение пружины относительно равновесного положения:
x - вектор смещения - расстояние и направление деформации пружины; F - результирующий вектор силы - величина и направление усилия, направленного на возвращение пружины к равновесному состоянию; k - коэффициент жесткости пружины (константа пружины).Цилиндрические пружины характеризуются устойчивым коэффициентом жесткости . Но есть конструкции пружин (например конические, тарельчатые, пластинчатые), коэффициент жесткости которых меняется по мере деформирования. В этом случае зависимость закону Гука усложняется и между усилием и деформацией проявляется нелинейная зависимость.
Энергия упругой деформации стержня или пружины выражается через коэффициент жесткости по формуле:
.4.2. Гармонические колебания
Поскольку согласно вторым законом Ньютона усилия равен произведению массы тела на ускорение, то с учетом
Виды пружин
Пружина упругий элемент, служащий для временного накопления энергии благодаря упругой деформации под действием нагрузки. Материалом упругового элемента может быть использован не только металл твёрдый материал, но и жидкость, и газ.
Пружина является одной из широко распространенных деталей машин, станков и приборов. Во многих механизмах имеются десятки и сотни пружин, выполняющих ответственные и сложные функции. Упругие свойства пружин позволяют использовать их для обеспечения силы натяжения или нажатия в муфтах, тормозах, фрикционных передачах и т. п.; для аккумулирования энергии с последующим использованием пружины как двигателя; для виброизоляции и амортизации ударов; для возвратных перемещений клапанов, кулачковых механизмов; для измерения сил в динамометрах и других приборах. Во многих случаях пружины относятся к таким деталям, для которых требуется высокая точность расчета и изготовления.
Различают следующие типы пружин:
по виду воспринимаемой нагрузки сжатия, растяжения, кручения, изгиба.
по конструкции и форме витые цилиндрические (винтовые), витые конические (амортизаторы), тарельчатые, пластинчатые, торсионные, жидкостные, газовые, плоские, спиральные.
по характеристике постоянной и переменной жесткости.
Пружины сжатия характеризуются расстоянием между витками (шаг пружины), которое уменьшается под воздействием нагрузки - пружины упруго деформируются (сжимаются). Крайние витки пружин сжатия имеют специально обработанную опорную поверхность (торцовка) для равномерного распределения усилия по оси пружины;
Пружины растяжения рассчитаны на увеличение длины под нагрузкой. В ненагруженном состоянии обычно имеют сомкнувшиеся витки. На концах для закрепления пружины на конструкции имеются крючки или кольца;
Пружины кручения это пружины, работающие на скручивание, подвергающиеся нагрузке от пары сил, действующих в параллельных плоскостях, перпендикулярных оси. Такие пружины в основном работают на изгиб, их разделяют на:
торсионные, когда стержень работает на кручение. В этом случае он гораздо длиннее витой пружины;
витые, работающие по принципу мышеловок и бельевых прищепок, а также канцелярских дыроколов, т.е. которые скручиваются и раскручиваются.
Пружины изгиба - имеют разнообразную простую форму (торсионы, стопорные кольца и шайбы, упругие зажимы, элементы реле и т.п.) и применяются для передачи упругих деформаций при незначительных изменениях геометрических размеров пружины или пакета пружин (рессоры, тарельчатые пружины).
По конструкции
Для больших нагрузок при малых упругих перемещениях и стесненных габаритах по оси приложения нагрузки применяют тарельчатые пружины.
Для больших нагрузок при необходимости рассеяния большого количества энергии (амортизаторы) применяют кольцевые пружины, в которых кольца при нагружении вдвигаются одно в другое, причем наружные кольца растягиваются, а внутренние сжимаются.
При стесненных по оси габаритах и не стесненных габаритах в боковом направлении применяют упругие элементы, работающие на изгиб, рессоры.
Пружины кручения в обычных условиях применяют в виде витых цилиндрических пружин, а при стесненных габаритах по оси и преимущественно при небольших крутящих моментах в виде плоских спиральных пружин.
При не стесненных по оси габаритах, значительных крутящих моментах, необходимости воспринятия некоторых изгибающих моментов и при небольшой требуемой податливости применяют торсионные валы.
Упругие элементы относят к деталям машин, требующим достаточно точных расчетов. В частности, их обязательно рассчитывают на жесткость. При этом неточности расчета не могут быть компенсированы запасами жесткости.
Фасонные пружины применяют главным образом при необходимости получения нелинейной характеристики, т. е. нелинейной зависимости между силой и упругим перемещением пружины. Нелинейная характеристика пружин (возрастание жесткости пружины с нагрузкой) уменьшает опасность резонансных колебаний.
Пружины с нелинейной характеристикой могут воспринимать, большую энергию удара, чем пружины с линейной характеристикой тех же габаритных размеров и т. д.
К фасонным пружинам относят конические пружины (рис. 3.4.58, а) параболоидные пружины (рис. 3.4.58, б); телескопические буферные пружины для больших нагрузок, выполняемые из полосовой стали (рис. 3.4.58, в).
Фасонные пружины выполняют обычно в виде пружин сжатия. Витки фасонных пружин в связи с разным радиусом имеют различную жесткость. Нелинейная характеристика фасонных пружин связана с тем, что при возрастании нагрузки происходит постепенная посадка витков большого радиуса одного на другой или на опорную поверхность. Таким образом, часть витков перестает деформироваться, и пружина становится более жесткой.
У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы
Преступления против правосудия
Понятие и виды преступлений против правосудия. Посягательства на судей и сотрудников органов предварительного расследования. Служебные преступления участников уголовного судопроизводства. Фальсификация и сокрытие доказательств. Невыполнение процессуальных решений
Лекарственные средства, влияющие на адренергические синапсы
Строение адренергического синапса. Лекарственные средства, стимулирующие адренергическую передачу.
План воспитательной работы с детьми, нуждающимися в оздоровлении
ПЛАН воспитательной работы с детьми, нуждающимися в оздоровлении, оздоровительного лагеря с дневным пребыванием детей государственного учреждения образования «Ижский учебно-педагогический комплекс детский сад базовая школа» «Солнечная страна»
Справка о трудовой занятости и доходах
форма для заполнения. Пример справки о доходах и трудовой занятости
Артикуляторные механизмы
Речь невозможна без работы следующих 4х механизмов: 1) The power mechanism 2) the vibrator mechanism 3) the resonator mechanism 4) the obstructor mechanism.
Механические, а соответственно эксплуатационные свойства пружин - очень серьезный вопрос из-за того, что ни один механизм в технике не может работать без упругих элементов и деталей.
К таким деталям относятся не только пружины. Это могут быть распорные прокладки, контакты, растяжки. Самым знаменитым представителем пружинных изделий наверное являются шайбы Гровера, которые применяются в качестве прокладок в болтовых соединениях и благодаря упругим свойствам которых, создается некоторый перекос гайки, предотвращающий ее от саморазвинчивания. Такое название шайб происходит от фамилии Джона Гровера - английского инженера, который изобрел этот тип шайб.
Для того, чтобы эти изделия отлично справлялись со своей работой, они должны обладать рядом особых свойств.
- Высокая релаксационная стойкость - это стойкость против перераспределения напряжений путем микропластических сдвигов в условиях длительного нагружения. Проба на релаксационную стойкость – заневоливание, т.е. сжатие до соприкосновения витков и выдержка в этом состоянии определенное время. После снятия нагрузки пружина не должна изменять свои размеры. Как правило, требования по времени выдержки в заневоленном состоянии рагламентируются отраслевыми стандартами.
- Сопротивление микропластическим и малым пластическим деформация м - важнейшая характеристика качества пружинных сплавов, так как чем выше это сопротивление, тем меньше при данном приложенном напряжении неупругие и остаточные деформации и, следовательно, ниже все неупругие эффекты, определяющие свойства пружины. Как показывает практика, для получения высокого сопротивления малым пластическим деформациям стали должны иметь определенную микроструктуру. Хотя для разных пружинных сплавов используются различные методы обработки, все они имеют одну цель - обеспечение мелкозернистой микроструктуры, при которй все дислокации будут заблокированы.
- Материал для изготовления пружинных изделий должен обладать достаточной циклической стойкостью . Циклическая стойкость - способность материала сопротивляться действию знакопеременных циклических нагрузок. Характеристикой этой величины является предел выносливости, под которым понимают максимальное напряжение, которое не вызывает разрушения образца при любом числе циклов (физический предел выносливости) или заданном числе циклов (ограниченный предел выносливости). Предел выносливости при симметричном числе циклов обозначается σ-1.
- Определенный комплекс стандартных механических свойств в условиях статического нагружения, при испытаниях на растяжение, кручение, изгиб. Должна обеспечиваться высокая прочность, твердость и одновременно достаточная вязкость, во избежание хрупкого разрушения. Требуемые свойства обеспечиваются определенной микроструктурой и субструктурой. В микроструктуре пружинной стали должно присутствовать как можно больше препятствий для перемещения практически всех дислокаций, что создается мелкозернистым трением и равномерным распределением высоко дисперсных фаз, что характерно для структуры сорбита.
Методы торможения и блокировки дислокации в сплавах:
1) легирование твердого раствора, приводящее к повышению сопротивления кристаллической решетки движению дислокации;
2) дислокационный и фазовый наклеп, повышающие плотность дислокации;
3) создание сегрегаций на дислокациях, т.е. повышенная концентрация элементов внедрения и образование частиц выделения;
4) частицы карбидной фазы в повышенном количестве;
5) измельчение зерна.
Наиболее эффективный способ создания необходимых вышеперечисленных свойств это сочетание различных способов упрочнения:
Создание определенного химического состава сплава;
Создание определенной степени деформации, создающей благоприятную дислокационную структуру (ячеистую), но не вызывающую перенаклепа;
Проведение определенной термической обработки, которая сохранит определенную дислокационную структуру.
15. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВИТЫХ ПРУЖИН
РАСТЯЖЕНИЯ
И СЖАТИЯ
(лабораторная
работа № 15)
Цель работы : исследование зависимости изменения деформации пружин растяжения и сжатия от геометрических и силовых параметров, ознакомление с типами пружин, их конструкциями.
Краткие теоретические сведения
Пружины используются в различных машинах и приборах. При помощи их создается постоянная сила нажатия и натяжения между деталями машины или прибора (во фрикционных передачах, муфтах тормозах и.т.п), виброизоляция, автоматизация ударов (амортизаторы, буферы, рессоры и т.п), аккумулирование энергии с последующим использованием пружины как двигателя (часовые и прочие пружины), измерение сил (в динамометрах и других измерительных приборах).
По форме и конструкции пружины бывают витые, цилиндрические и конические, тарельчатые, кольцевые, стержневые, блочные, спиральные, плоские, рессоры.
По виду нагружения различают пружины растяжения, сжатия, кручения и изгиба.
Примерная классификация пружин по указанным признакам приведена на (рис. 15.1)
В машиностроении чаще используются пружины из круглой проволоки, так как они дешевле других, лучше работают на кручение. Пружины с витками квадратного и прямоугольного сечения (рис. 10.1,в ) применяют при больших нагрузках, а также когда из-за сложности навивки пружины нужно вырезать из трубы. Это пружины сжатия. В массовом и крупносерийном производстве витые пружины изготавливают на специальных станках-автоматах. В остальных случаях производят на токарных станках.
Технология навивки зависит от индекса изготовляемой пружины. Для пружин с витками круглого сечения индекс , где D – средний диаметр пружины и d – диаметр проволки. Чем меньше индекс c , тем труднее навивать пружины. Обычно c = 4 – 12.
Пружины заневоливают с целью повышения их несущей способности. Заневоливание – это технологический прием, заключающийся в том что, пружину на определённое время (6 – 48 ч) предельно нагружают до соприкосновения витков при этом в наружных наиболее нагруженных слоях витков возникают остаточные деформации (остаточные напряжения), по знаку противоположные рабочим, в результате чего наибольшие суммарные напряжения снижены.
Пружины сжатия навивают так называемой открытой навивкой, обеспечивающей определенный зазор между витками (рис. 15.1, б , в , г ).
Рис.
15.1 Классификация пружин
Пружины растяжения делают с закрытыми витками, плотно прилегающими друг другу (рис. 15.1, а ).
Чтобы витки плотно прилегали, проволку в прочесе навивания натягивают, подвергая её тем самым упругой деформации растяжения. Такая навивка называется закрытой. При снятии готовой пружины с оправки происходит упругая отдача материала, пружина раздается в диаметре, и витки настолько плотно прилегают друг к другу, что вся пружина приобретает предварительное натяжение, вследствие чего увеличивается её несущая способность.
Пружины растяжения диаметром до 3 мм обычно выполняют с прицепами в виде изогнутых витков (рис. 15.2, а , б ). В метах отгиба концентрируются напряжения, что снижает несущую способность пружины. Поэтому для ответственных сильно напряженных пружин применяют прицепы с коническим переходом (рис.15.2, в ), закладные прицепы с заделкой (рис. 15.2, г) и крепления с помощью пластин (рис. 15.2, д ). Наиболее совершенно крепление ввертными винтовыми пробками с крючками (рис.15.2, е ) для пружин с диаметром проволки свыше 5 мм.
Для того чтобы нагрузка на пружину сжатия передавалась по оси пружины и чтобы уменьшить напряжения изгиба концевых винтов, их поджимают к соседним виткам, а торцевые поверхности пружины шлифуют перпендикулярно её оси.
Пружины сжатия, у которых 
(длина пружины в свободном состоянии), в
процессе работы могут выпучиваться (рис. 15.3, а
), поэтому их необходимо
ставить на оправки или монтировать в направляющих стаканах (рис. 15.3, в
)
(реже – большего числа) вложенных одна в другую цилиндрических пружин.
Уменьшают габариты конструкции.
Применяются также многожильные пружины из двух, трёх и большего числа проволок, свитых в трос (см. сечения тросов на рис. 15.3, б ),
Конические пружины могут иметь витки круглого (рис.15.1, г ) и прямоугольного сечений с большим отношением сторон. Последние навивают из полосовой стали и называют телескопическими (рис. 15.1, д ).
Витые цилиндрические одножильные пружины
из проволки круглого сечения характеризуются следующими основными
геометрическими параметрами (рис.15.4) диаметр проволоки (сечение витка) – d
;
средний диаметр пружины – D
; индекс пружины – с
; шаг витков – t
;
угол подъёма витка – , 
; длина рабочей части пружины - ; число рабочих витков – n
.
Шаг витка, угол подъёма витков и длины рабочей части пружины рассматривают отдельно в ненагруженном и нагруженном состояниях.
Чем податливее должна быть пружина, тем большим берут индекс пружины c и число витков. Индекс пружины выбирают в независимости от диаметра проволоки в следующих пределах.
d , мм. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . до 2,5 3. . .5 6. . . 12,
c , мм. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. . . 12 4 . . . 10 4 . . . 9.
Увеличив индекс пружины, можно при той же жесткости сократить габариты пружины по длине за счёт увеличения диаметра, и наоборот, уменьшив индекс пружины, можно уменьшить диаметр пружины за счёт увеличения длины.
а б
 |
в г
д е
Рис. 15.2. Прицепы пружин растяжения: а , б – изогнутые витки; в – с коническим переходом; г , д – закладные, е – ввертные винтовые пробки.
Силовые факторы, действующие в любом
поперечном сечении пружин растяжения и сжатия, сводятся к моменту 
вектор которого перпендикулярен оси
пружины и силе действующей вдоль оси пружины (рис. 15.4).
Момент M раскладывается на крутящий Т и изгибающий М моменты:
 |
а б
 |
Рис. 15.3. Способы установки пружин сжатия: а – без оправки;
б – на оправке или в стакане; в – составные
В большинстве пружин угол подъема витков
(10 – 12.) Расчёт этих пружин можно
вести только на кручения по моменту 
пренебрегая другими силовыми факторами
ввиду их малости. Возникающее на внутренних волокнах максимальное напряжение
кручения
где
А – коэффициент, учитывающий кривизну витков, 
;
Полярный момент сопротивления сечения проволоки.
Допускаемые
напряжения кручения для пружин при статической нагрузке
приведены на рис. 15.5, где отдельные кривые относятся к пружинам из проволоки:
1 – вольфрамовой и рояльной; 2 – хромованадиевой; 3 – углеродистой, закаленной
в масле; 4 – углеродистой холоднотянутой; 5 – Монель – металла; 6 – фосфорной
бронзы; 7 – специальной латуни. При пульсирующей нагрузке с большим числом циклов
допускаемые напряжения следует принимать в 1,25 – 1,5 раза
ниже.
Под общим названием пружины объединяют упругие элементы, накапливающие и передающие энергию вследствие упругих деформаций под действием переменных нагрузок. Упругие элементы могут быть металлическими, жидкостными и газовыми.
Разные типы пружин широко применяются в конструкции самых разных механизмах и приборах. В сложных механизмах и агрегатах количество пружинных элементов может исчисляться сотнями и каждый из них выполняет сложные функции. Пружины используются как элемент измерительных приборов, двигателей, находят применение в устройствах, предназначенных для амортизации и виброизоляции, обеспечивают перемещения подвижных элементов кулачковых механизмов и клапанов, необходимую силу сжатия и натяжения в тормозных элементах, муфтах. При внешней простоте конструкции пружины представляют собой ответственные детали, требующие сложных расчетов при разработке и высокой точности изготовления.
Пружины классифицируют по характеристикам жесткости, типу нагрузки, особенностям конструкции.
По типу нагрузки различают пружины изгиба, сжатия, растяжения и кручения.
Витые пружины растяжения предназначены для работы в условиях продольно-осевых нагрузок, растягивающих пружину. Витки пружин растяжения в ненагруженном состоянии, как правило, сомкнуты. Пружины этого типа под нагрузкой растягиваются. Для крепления к конструкции на концах пружины при изготовлении формируют кольца или крючки.
Продольно-осевые нагрузки на сжатие воспринимаются пружинами сжатия. Пружины сжатия отличаются сравнительно широким шагом витков, который уменьшается при нагружении детали. Для равномерного распределения нагрузки вдоль оси пружины, на торцах изделия предусмотрены плоские опорные поверхности (торцовки).
Витые пружины растяжения и сжатия изготавливают из высокоуглеродистых сталей разных марок. В зависимости от требуемых технических и эксплуатационных качеств пружины малых сечений изготавливают из углеродистых сталей марок У9А… У12А и кремнистых, в частности 60С2А. Для производства пружин ответственного назначения применяются сложнолегированные хромомарганцевые, хромокремнемарганцевые, хромованадиевые стали, устойчивые к переменным напряжениям. Детали, предназначенные для эксплуатации в химически агрессивных средах, изготавливают из цветных металлов, в частности бериллиевых бронз, которые представляют собой самый совершенный материал для производства упругих элементов. Бериллиевые бронзы устойчивы к износу и не искрят, что особенно важно в некоторых видах производства. В некоторых случаях вместо бериллиевых бронз предпочтительнее использовать различные марки кремнемарганцевых бронз.
Изготовление пружин происходит по следующей схеме:
Навивка;
Формирование зацепов (для пружин растяжения) или отделка торцов (пружины сжатия) ;
Термическая обработка;
Заневоливание.
Порядок действий зависит от диаметра проволоки. Проволока малых сечений (до 10 мм) как правило подвергается термообработке до навивки пружины. Навивка производится холодным методом, готовое изделие подвергается отпуску. Проволока сечением свыше 10 мм подвергается навивке горячим методом, после чего готовая пружина проходит полный цикл термообработки. Пружинная проволока подразделяется на три класса: высокой, повышенной и нормальной прочности.
В случаях, когда кроме упругости требуется податливость элемента при минимальных габаритах, применяются многожильные пружины, изготовленные из стальных тросов, свитых из 2…6 проволок. Такие пружины представляют собой один из лучших элементов для виброзащиты конструкции. Обычно многожильные пружины эксплуатируются как пружины сжатия, иногда - как пружины кручения.
Пружины изгиба имеют сравнительно простую геометрию. К этому типу относятся разнообразные зажимы, стопорные элементы, торсионы и прочие детали, предназначенные для передачи упругих деформаций с минимальными изменениями геометрии.
Пружины кручения работают на скручивание под действием пары сил, прилагаемых в параллельных плоскостях, расположенных перпендикулярно относительно оси пружины. Подразделяются на витые и торсионные. Витыми называют пружины, применяющиеся в бельевых прищепках, мышеловках и прочих устройствах, срабатывающих на открывание-закрывание. В торсионных пружинах момент кручения передается на вал, а пружина накручивается на него. Торсионные пружины, они же плоские спиральные ленточные пружины используются как аккумуляторы энергии в заводных механизмах и некоторых измерительных приборах. Изготавливаются из углеродистой стали высокого качества, прочной и пластичной.
При необходимости уменьшить вероятность возникновения резонанса сила воздействия и упругая деформация пружины должны находиться в нелинейной зависимости. Эта задача решается за счет применения в конструкции так называемых фвасонных пружин, работающих преимущественно на сжатие. К этому типу относятся параболоидные, конические и телескопические пружины.
Пружины могут быть и жесткими, таким как пружины прорезного типа, изготовленные из отрезков труб круглого сечения. Такие пружины работают как на сжатие, так и на растяжение.
Для восприятия больших нагрузок в условиях ограниченного пространства применяются пружины тарельчатого типа . Основное предназначение тарельчатых пружин - гашение ударных нагрузок и демпфирование энергии колебаний, они применяются в буферных устройствах. Для производства тарельчатых пружин чаще всего используется сталь 60С2А.
В амортизаторах используются пружины кольцевого типа , в которых под нагрузкой кольца вдвигаются друг в друга. Пружины, работающие на односторонние изгибающие нагрузки, могут быть и плоскими. Плоская пружина представляет собой предварительно изогнутую жестко зафиксированную пластину.
Помимо этого в конструкции механизмов встречаются торсионные валы и фигурные пружины.
Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2015.06.02