20.1.1.Цилиндрические витые пружины растяжения и сжатия

Основное применение в машиностроении имеют пружины из круглой проволоки благодаря их наименьшей стоимости и в связи с тем, что витки круглого сечения лучше других работают на кручение. Пружины с витками квадратного и прямоугольного сечения применяют при больших нагрузках, так как они позволяют лучше использовать габариты, а также в случаях, когда из-за трудности навивки пружины вырезают из трубы. Их исполь­зуют в качестве пружин сжатия.

Пружины характеризуются следующими основными геометрическими параметрами (рис. 20.3):

• диаметром проволоки d или разме­рами сечения витков;

• средним диаметром пружины D,а также наружным диаметром D+d и внутренним диаметром D - d;

• индексом пружин c = D/d;

• шагом витков h;

• углом подъема витков : ;

• диной рабочей части

• числом рабочих витков .

Расчет диаметра проволоки ведут из условия прочности по следующей формуле: (20.1)

где: рабочее усилие; - коэффициент, учитывающий кривизну витков и форму сечения: при допускаемое касательное напряжение: для пружин из сталей 60С2, 60С2Н2А и 50ХФА принимают 400- 750 МПа (большие значения при действии статических нагрузок, меньшие – для ответственных динамически нагруженных пружин), для неответственных пружин [26].

Необходимое число рабочих витков определяют по заданному ходу (упругому перемещению) пружины

(20.2)

где:осевая податливость одного витка; модуль сдвига; предварительное усилие (предварительная затяжка): в зависимости от назначения пружины

Число витков округляют до полувитка при и до одного витка при

Полное число витков

(20.3)

Дополнительные 1,5 -2 витка идут на поджатие для создания опорных поверхностей у пружины.

Полная длина ненагруженной пружины

(20.4)

где длина пружины, сжатой до соприкосновения соседних рабочих витков.

Максимальная осадка пружины, т.е. перемещение торца пружины до полного соприкосновения витков определяется по формуле

(20.5)

Шаг пружины приблизительно можно определить из следующего соотношения:

(20.6)

Необходимая для изготовления пружины длина проволоки

(20.7)

Максимальное касательное напряжение для пружин с углом подъема витка

(20.8)

где осевая сила.

Пружины, работающие с большим числом циклов нагружения (например, клапанные в двигателях внутреннего сгорания), нужно проверять на сопротивление усталости. Расчет ведется в форме определения запаса прочности [10]:

(20.9)

где - амплитуда изменения напряжений; среднее напряжение цикла; - предел прочности материала при сдвиге.

Запас прочности пружин выбирается равным 1,5 – 2,4 в зави­симости от ответственности пружины, материала.