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

мм кГ/мм*

				Таблица 5
Механические	свойства	и область	применения пружинной проволоки
		из цветных	металлов
Марка бронзы	Бр.	ОЦ4 — 3	Бр. КМц 3-1	Бр. Б2 (твердая)
	(по ГОСТ 5221—50)		(по ГОСТ 5222—50)	(по ГОСТ 15834—70)

Диа­		5,о.	Диа­		6ю.	Диаметр,
метр,	кГ/мм*		метр,	кГ/мм'
мм		%	мм		%
Механические
свойства	90	0,5	0,1—2,6	90	0,5	0,06-0,50
0,1—2,5
2,8—4,0	85	1,0	2,8—4,2	85	1,0	0,55-5,00
4,0—8,0	83	1,0	4,5-8,0	83	1,5	5,50—12,00
8,5—12	78	2,0	8,5—10	78	2,0

°в.

95-140 75—120 65—100

Модуль

упру­

1,1

10*

1,1

• 104

1,3 • ІО4

гости Е,

кГ/мм1

Модуль

сдвига

4

103

4

• 105

5

• І0<

G, кГ/мм'

Рабочая

тем­

- 40 — +200

- 4 0 -

+200

до

+150

пература, °С

Пружины

немагнит­

Пружины

немагнит­

Пружины

и

пру­

ны,

могут

работать

ны,

могут

работать

жинящие

контак­

Область

при­ во влажной

атмосфе­

во влажной

атмосфе­

ты точных

при­

менения

ре,

пресной

и мор­

ре,

пресной

воде, в

боров;

упругие

ской

воде,

в пару

пару

элементы

енлонз-

мернтелей

сечения производят в соответствии

с ГОСТ

13764—68 в за­

висимости от материала, цикличности нагружения и нали­ чия соударения витков.

Общепринятая методика выбора допускаемых напряже­ ний для пружин других типов, а также пружин, изготов­ ленных из специальных материалов (нержавеющих сталей, цветных металлов и т. д.), в настоящее время отсутствует, поэтому ниже даны лишь ориентировочные рекомендации по этому вопросу.

22

	Допускаемое напряжение для материала проволоки мож­
но	представить выражением	'	^
где	[т]'к —допускаемое напряжение	при статической на­

грузке при температуре окружающей среды 20° С; a — коэф­ фициент, учитывающий цикличность нагружения (число

циклов и коэффициент асимметрии цикла);		ß — коэффи­
циент, учитывающий температуру окружающей среды.
Значения	выбираются в зависимости	от материала

и предполагаемого диаметра проволоки по графикам, пред­

ставленным на рис. 4, а, б.		Д л я	сталей	60С2,	60С2Н2А,
50ХФА,	4X13 напряжения	[т]'к	принимаются		равными
75 кГ/мм2	независимо от диаметра		прутка	[3] .
Значения коэффициентов a и ß определяются по графи­
кам на рис. 4, в, г.
Д л я	пружин, рассчитываемых		на изгиб, допускаемое
напряжение				.
	[а]и =	1,25 [т]к .		'	' " ' .

Значения допускаемых напряжений для пружин, подвер­ гающихся заневоливанию, увеличивают на 15—20%.

Когда число циклов нагружения превышает 107 , вы­ полняют проверочный расчет, определяя коэффициент за­ паса п по выносливости. Расчет по пределу выносливости выполняют, если имеет место неравенство

г т	+ т _ ! — 2 т т ——
Т ^ >	— X		— •	W
lm	г Т — 1		1
Запас прочности определяется		из	соотношения
П	Т 0	'	T _ j

Механические свойства различных групп рессорно-пружин- ных сталей приведены в табл. 6.

23

При неизвестных значениях усталостных характеристик

проволоки пользуются одной из приближенных формул:

при 0 < г <	+ 1
		+	2т т
2т	1 +		I I - '
	т

Углеродистая и нержавеющая.
холоднотянутые і		I
I	Л—_і_—I	I
10	15 20 25	30 й,ш
	а
а		г-0,75	ß
us'		0,5	0,9

\|

іавеющая\ ! Ипльаюамовая

<л юиойанадиеаая

	0,6		0.8Из бронэь
		,0	1
	0,1		0,7Рояльная N
			. . i 1
	0,2'		0,6Углеводи-тая
	О		0,5
		10"	О
		в

Рис. 4. Графики для выбора допускаемых напряжений на скручивание:

а, б — допускаемые напряжения в статике в зависимости от диаметра проволо­ ки или прутка; в — коэффициент снижения допускаемых н а п р я ж е н и й в зави­ симости от коэффициента асимметрии и числа циклов н а г р у ж е н н я ; г — коэф­ фициент с н и ж е н и я допускаемых напряжений в зависимости от температуры.

при — ! < / - < +		!
		+	ь тІ п
2т	т

24

						Таблица 6
Механические		свойства	различных	групп	рессорно-пружинных
			сталей,	кГІмм%
Группа	стали		т т		Т - 1	То
Углеродистая		85—140	60—90		30	40-55	54
Марганцовая		—	—		30	—	60
Кремнемарган-		135	95—100		32	50—55	62
цовая
Кремнистая		—	—		37	—	68
Хромомарганцо-					.		64
вая		—	—			—
Хромокремнис-		—	—			—
тая					30		64
Хромованадие-
вая		120—130	95—100		36	55—60	68
Хромокрем нева­
надиевая		120—125	90			40—45
Запас прочности по нормальным напряжениям опреде­
ляется	по аналогичным		формулам.
При	расчете на выносливость п =					1,3 -f- 1,6 и п > 2,
если исходные		данные	недостоверны. Допускаемые				напря­

жения назначаются, исходя из условий статического на­ гружения пружины, если соотношение (1) не выполняется.

К р а т к ие сведения о технологии изготовления

Цилиндрические винтовые пружины с диаметром про­ волоки до 12 мм изготовляют способом холодной навивки, при диаметре проволоки свыше 12 мм ее нагревают. Термо­ обработку (отжиг) проволоки перед навивкой производят только для пружин, изготовляемых без нагрева.

Навивку производят на токарных или специальных пружинонавивочных станках. При использовании токарных

25

станков применяют оправки (рис. 5, а). Диаметр оправки вследствие упругой отдачи проволоки после навивки дол­ жен быть несколько меньше внутреннего диаметра пружины. Методика расчета диаметра оправок изложена в работе [2].

оправке с отгибом проволоки (пружины растяжения); д — на штифтах с отги­

бом проволоки (пружины растяжения) .

Пружинонавивочные автоматы обладают большой про­ изводительностью и применяются в условиях серийного и массового производства. Принцип их работы основан на формировании винтовой линии по трем точкам, которые овеществляются подающим механизмом и двумя специаль­ ными штифтами (рис. 5, б).

Фасонные винтовые пружины навиваются на оправках соответствующей формы либо на специально настроенных пружинонавивочных автоматах.

При навивке пружин сжатия их опорные витки «под­ жимаются» к рабочим так, чтобы опорная плоскость была

26

перпендикулярна к оси пружины. Это необходимо для обес­ печения центрального приложения нагрузки.

Пружины растяжения с первоначальным межвитковым давлением навиваются на оправках со скручиванием прово­

локи (рис. 5, s) или с отгибом проволоки	на некоторый угол
в сторону, противоположную ходу	винтовой линии

(рис. 5, г). На штифтах отгиб осуществляется их специаль­

ным	расположением относительно падающей	втулки
(рис.	5, о).

Навивка пружин из толстого пруткового материала про­ изводится на оправках при температуре 800—1000° С. Перед навивкой концы заготовок пружин сжатия оттяги­ ваются с таким расчетом, чтобы торцы пружин были плос­ кими на протяжении 3/4 длины витка.

Плоские спиральные пружины образуются путем на­ вивки ленты на специальную оправку (федеркерн) таким образом, чтобы витки последовательно накладывались и плотно прилегали друг к другу. После навивки все спираль­ ные пружины подвергаются заневоливанию.

Тарельчатые пружины изготовляют из листового мате­ риала посредством холодной (при толщине листа до 6 мм) либо горячей (при толщине листа свыше 6 мм) штамповки.

Торцы винтовых пружин сжатия протягиваются или шлифуются, а концевым виткам пружин растяжения и кру­ чения придается специальная форма захватов.

Пружины, навитые из термически обработанной прово­ локи, подвергаются невысокому (до 300° С) отпуску. Осталь­ ные пружины подвергаются закалке и отпуску, режимы которых приведены в работе [3].

Д л я повышения нагрузочной способности пружины заневоливают и подвергают поверхность упрочняющим видам обработки: дробеметному наклецу, азотированию и т. д. В случае необходимости поверхность пружины покрывае­ тся гальваническими покрытиями или лаком. Заключи­ тельными операциями являются контроль и испытания пружин.

27

Г л а в а II

ПРУЖИНЫ Р А С Т Я Ж Е Н И Я - С Ж А Т И Я

Цилиндрические винтовые пружины

Цилиндрическая винтовая пружина представляет собой брус, осью которого является винтовая линия, расположен-

V W W W V V -

Л А А А А г

•н,
а	б

Рис. 6. Характеристики цилиндрических винтовых пружин:

а — растяжения; б — сжатия .

ная на цилиндрической поверхности. Пружины этого типа получили. Наибольшее распространение вследствие своих высоких эксплуатационных качеств, надежности работы и простоты изготовления.

В первом приближении можно считать, что характери­ стики этих пружин прямолинейны (рис. 6).

28

Основные параметры: Рг — наименьшая			(предваритель­
ная) нагрузка	и соответствующая ей длина		пружины	Нъ
Р2 — рабочая нагрузка,		соответствующая допускаемому		на­
пряжению [х]к	и длине	Я 2 ; Р3 — максимальная нагрузка,

растягивающая пружину до появления напряжений, близ­ ких к пределу упругости, либо сжимающая пружину до соприкосновения витков; максимальной нагрузке соответ­ ствует длина # 8 ; Р„ — предварительное натяжение, обу­ словленное межвитковым давлением, которое создается при навивке 3aj<pj£rbix пружин растяжения; предварительным межвитковым давтгеттеж"объясТГяется то обстоятельство, что характеристика пружин растяжения не проходит через

начало координат (рис. 6, а), т. к.			она начинает удлиняться
лишь	при	усилии Р > Рн; h =	Н2 — Н1	— рабочий		ход;
Pu р2< Рз		— предварительная,	рабочая	и	максимальная
деформации; Н0 — длина ненагруженной				пружины; Hd		—
длина, занятая рабочими витками.
Расчет пружин с витками круглого сечения. Под дейст­
вием	рабочей нагрузки пружина		не должна		разрушаться,

и заданному приращению нагрузки должна					соответствовать
определенная	деформация.
Практически расчет пружин на прочность и жесткость
(безразлично, -пружины		натяжной	или нажимной)			сводится
к определению диаметра		d заготовки,		среднего диаметра D 0
пружины и числа п рабочих витков.
При углах	подъема	витков	а =	6	12° и	индексе
пружины с =	> 4 внутренние силы в сечениях					каждого

витка (рис. 7, а) приводятся, в основном, к крутящему мо­ менту MKœ Р ^ и поперечной силе Q « Р. Эпюры на­ пряжений от этих силовых факторов и результирующая

эпюра показаны на рис. 7, б, в и г.

Из результирующей эпюры следует, что максимальное касательное напряжение т т а х возникает на внутреннем волокне, поскольку здесь совпадают по знаку наибольшее

29

напряжение кручения и напряжение среза

''•max =	"Сц Н~	^ с р	—	1 £~ >		(2)
где Wp — полярный	момент		сопротивления		(для	круглого
поперечного сечения	Wp	=	-^г œ	0,2 d3);	S —	площадь

г

Рас. 7. Внутренние силовые факторы винтовых пружин растяжения — сжатия:

о — схема нагружения; б, в, г — эпюры распределения касатель­ ных напряжении-

поперечного сечения витка (для круглого поперечного се­

чения S
Подставляя в уравнение (2) значения Мк,	Wp и 5,
получим
+ , £ - ) - - £ - ( ! +	(3)

30

Эта зависимость выведена в предположении, что каса­ тельные напряжения распределяются по поперечному се­

чению витка пружины так же, как и в прямолинейном										брусе
с таким		же сечением,		нагруженном			крутящим		моментом
Мк	и поперечной силой Q =				Р.
	Уточненный расчет, выполненный без упрощений, при­
водит к несколько			иному значению сомножителя,						стояще­
го в скобках, а следовательно, и к другому								значению			ве­
личины		т т а х :
			"Ціах = k		я(р	,					(4)
где	k — коэффициент,			зависящий		от	формы	сечения,			кри­
визны и		угла подъема		витка.
	Ориентировочно для наиболее распространенных пру­
жин с индексом с =			4 -=- 12, углом подъема винтовой							линии
до	15° и круглым поперечным сечением витка							k =	1,2	-~ 1,4.

Более точно значение этого коэффициента определяется по формуле

Ä = l + J £ .

(5)

Условие прочности пружины при статическом нагружении вытекает из выражения (4), если в качестве расчет­ ной принять наибольшую рабочую нагрузку Pz:

k	^ < w « >	(6)
откуда при проектном	расчете

'-^/tïSF'				( 7 )
где [ т ] к — д о п у с к а е м о е	напряжение на скручивание.
Осевую деформацию	F под	действием	приложенно­
го внешнего усилия Р найдем, исходя			из	равенства
потенциальной энергии	пружины	U работе	этой	силы на

31