Opruge i drugi elastični elementi. Nagib opruge je određen ovisnošću. Opruga ovjesa automobila sa promjenjivom krutošću

Nedavno su ponovo počeli da koriste u tehnici odavno poznate, ali malo korišćene opruge, koje se sastoje od nekoliko žica (jezgri) upletenih u užad (Sl. 902, I-V), od kojih se namotaju opruge (kompresija, zatezanje, torzija) . Krajevi užeta su opečeni kako bi se izbjeglo nasukanje. Ugao polaganja δ (vidi sliku 902, I) obično je jednak 20-30°.

Smjer polaganja kabela je odabran tako da se kabel uvija umjesto odmotava kada je opruga elastično deformirana. Kompresijske opruge sa desnim namotajima izrađuju se od lijevog položenog užeta i obrnuto. Za zatezne opruge, smjer polaganja i nagib zavoja moraju se podudarati. Kod torzijskih opruga smjer polaganja je indiferentan.

Gustoća polaganja, nagib i tehnologija polaganja imaju veliki utjecaj na elastična svojstva opruga. Nakon što se uže uvije, dolazi do elastičnog trzaja, jezgre se udaljavaju jedna od druge. Namotavanje opruga, zauzvrat, mijenja međusobni raspored jezgara zavojnica.

U slobodnom stanju opruge, gotovo uvijek postoji razmak između jezgara. U početnim fazama opterećenja, opruge rade kao zasebne žice; njegova karakteristika (sl. 903) ima blag izgled.

S daljnjim povećanjem opterećenja, kabel se uvija, jezgre se zatvaraju i počinju raditi kao jedna; povećava se krutost opruge. Iz tog razloga, karakteristike nasukanih opruga imaju tačku loma (a) koja odgovara početku zatvaranja namotaja.

Prednost nasukanih opruga je zbog sljedećeg. Upotreba nekoliko tankih žica umjesto jedne masivne omogućava povećanje izračunatih napona zbog povećane čvrstoće svojstvene tankim žicama. Zavojnica sastavljena od niti malog promjera savitljivija je od ekvivalentne masivne zavojnice, dijelom zbog povećanih dopuštenih naprezanja, a uglavnom zbog veće vrijednosti za svaki pojedini pramen indeksa c = D / d, što oštro utiče na krutost.

Plosnate karakteristike opruga mogu biti korisne u brojnim slučajevima kada je potrebno postići velike elastične deformacije u ograničenim aksijalnim i radijalnim dimenzijama.

Još jedna karakteristična karakteristika nasukanih opruga je povećan kapacitet prigušenja zbog trenja između zavojnica tokom elastične deformacije. Stoga se takve opruge mogu koristiti za rasipanje energije, sa udarnim opterećenjima, za prigušivanje vibracija koje se javljaju pod takvim opterećenjima; doprinose i samoprigušenju rezonantnih oscilacija namotaja opruge.

Međutim, povećano trenje uzrokuje habanje zavojnica, praćeno smanjenjem otpora opruge na zamor.

U komparativnoj procjeni fleksibilnosti upredenih opruga i jednožilnih opruga, često se pravi greška upoređivanjem opruga sa istom površinom poprečnog presjeka (ukupno za upredene) zavojnice.

Pri tome se ne uzima u obzir činjenica da je nosivost opruga, uz ostale jednake, manja od nosivosti jednožičanih opruga, te se smanjuje s povećanjem broja jezgara.

Procjena treba biti zasnovana na uvjetu jednake nosivosti. Samo u ovom slučaju to je ispravno sa različitim brojem jezgara. U ovoj procjeni, čini se da su prednosti nasukanih opruga skromnije nego što bi se moglo očekivati.

Uporedimo usklađenost opruga sa lancima i jednožilne opruge sa istim prosječnim prečnikom, brojem zavoja, silom (opterećenjem) P i sigurnosnom marginom.

Kao prvu aproksimaciju, posmatraćemo nasukanu oprugu kao niz paralelnih opruga sa zavojnicama malog poprečnog preseka.

Prečnik d" jezgra upletene opruge u ovim uslovima povezan je sa prečnikom d masivne žice omjerom

gdje je n broj jezgara; [τ] i [τ"] su dopuštena posmična naprezanja; k i k" su faktori oblika opruge (njihov indeks).

Zbog bliskosti vrijednosti na jedinstvo se može napisati

Odnos masa upoređenih opruga

ili zamjenom vrijednosti d"/d iz jednačine (418)

Vrijednosti omjera d "/d i m" / m, ovisno o broju jezgara, date su u nastavku.

Kao što se može vidjeti, smanjenje promjera žice za opruge nije toliko veliko da bi dalo značajan dobitak u čvrstoći čak i u rasponu malih vrijednosti d i d" (usput, ova okolnost opravdava gornja pretpostavka da je faktor blizak jedinici.

Odnos naprezanja λ" upletene opruge i naprezanja λ opruge od pune žice

Zamjenom d"/d iz jednačine (417) u ovaj izraz dobijamo

Vrijednost [τ"]/[τ], kao što je gore navedeno, bliska je jedinici. Stoga

Vrijednosti λ"/λ izračunate iz ovog izraza za različit broj lanaca n su date u nastavku (prilikom određivanja uzeta je početna vrijednost k = 6 za k).

Kao što se može vidjeti, pod početnom pretpostavkom jednakosti opterećenja, prijelaz na užete opruge daje, za stvarne vrijednosti broja žica, povećanje usklađenosti od 35-125%.

Na sl. 904 prikazuje zbirni dijagram promjene faktora d "/d; λ" / λ i m "/m za jednako opterećene i jednake čvrstoće upredene opruge u zavisnosti od broja jezgara.

Uz povećanje mase s povećanjem broja niti, treba uzeti u obzir povećanje promjera poprečnog presjeka zavoja. Za broj žica unutar n = 2–7, promjer poprečnog presjeka zavoja je u prosjeku 60% veći od prečnika ekvivalentne cijele žice. To dovodi do činjenice da je za održavanje razmaka između zavojnica potrebno povećati korak i ukupnu dužinu opruga.

Povećanje prinosa koje pružaju opruge sa više lanaca može se postići u jednožilnoj oprugi. Da biste to učinili, istovremeno povećajte prečnik D opruge; smanjiti prečnik d žice; povećati nivo naprezanja (tj. koriste se visokokvalitetni čelici). U konačnici, jednožičana opruga jednake zapremine bit će lakša, manja i mnogo jeftinija od opruge s više lanaca zbog složenosti proizvodnje višestrukih opruga. Ovome možemo dodati i sljedeće nedostatke nasukanih opruga:

1) nemogućnost (kod tlačnih opruga) pravilnog punjenja krajeva (brušenjem krajeva opruge), čime se obezbeđuje centralna primena opterećenja; uvijek postoji neki ekscentricitet opterećenja, što uzrokuje dodatno savijanje opruge;

2) složenost proizvodnje;

3) disperzija karakteristika iz tehnoloških razloga; poteškoće u dobijanju stabilnih i ponovljivih rezultata;

4) habanje jezgara kao rezultat trenja između namotaja, koje se javlja uz ponovljene deformacije opruga i uzrokuje nagli pad otpornosti opruga na zamor. Posljednji nedostatak isključuje korištenje nasukanih opruga za dugotrajno ciklično opterećenje.

Nasukane opruge su primenljive za statičko opterećenje i periodično dinamičko opterećenje sa ograničenim brojem ciklusa.

Definicija

Sila koja nastaje kao rezultat deformacije tijela i pokušaja da se vrati u prvobitno stanje naziva se elastična sila.

Najčešće se označava sa $(\overline(F))_(upr)$. Sila elastičnosti se javlja samo kada se tijelo deformira i nestaje ako deformacija nestane. Ako nakon uklanjanja vanjskog opterećenja tijelo potpuno vrati svoju veličinu i oblik, tada se takva deformacija naziva elastičnom.

R. Hooke, savremenik I. Newtona, ustanovio je zavisnost elastične sile od veličine deformacije. Hooke je dugo sumnjao u valjanost svojih zaključaka. U jednoj od svojih knjiga dao je šifrovanu formulaciju svog zakona. Što je značilo: "Ut tensio, sic vis" na latinskom: što je rastezanje, takva je i snaga.

Zamislite oprugu koja je izložena vlačnoj sili ($\overline(F)$) koja je usmjerena okomito prema dolje (slika 1).

Sila $\overline(F\ )$ naziva se deformirajuća sila. Pod uticajem sile deformisanja, dužina opruge se povećava. Kao rezultat, elastična sila ($(\overline(F))_u$) se pojavljuje u oprugi, balansirajući silu $\overline(F\ )$. Ako je deformacija mala i elastična, tada je izduženje opruge ($\Delta l$) direktno proporcionalno sili deformacije:

\[\overline(F)=k\Delta l\lijevo(1\desno),\]

gdje se u koeficijent proporcionalnosti naziva krutost opruge (koeficijent elastičnosti) $k$.

Krutost (kao svojstvo) je karakteristika elastičnih svojstava tijela koje se deformira. Krutost se smatra sposobnošću tijela da se odupre vanjskoj sili, sposobnošću održavanja svojih geometrijskih parametara. Što je veća krutost opruge, to manje mijenja svoju dužinu pod utjecajem date sile. Koeficijent krutosti je glavna karakteristika krutosti (kao svojstva tijela).

Koeficijent krutosti opruge zavisi od materijala od kojeg je opruga napravljena i njenih geometrijskih karakteristika. Na primjer, koeficijent krutosti zavojne opruge, koja je namotana od okrugle žice i podvrgnuta elastičnoj deformaciji duž svoje ose, može se izračunati kao:

gdje je $G$ modul smicanja (vrijednost zavisi od materijala); $d$ - prečnik žice; $d_p$ - prečnik namotaja opruge; $n$ je broj namotaja opruge.

Jedinica mjere za koeficijent krutosti u Međunarodnom sistemu jedinica (SI) je njutn podijeljen sa metrom:

\[\left=\left[\frac(F_(upr\ ))(x)\right]=\frac(\left)(\left)=\frac(H)(m).\]

Koeficijent krutosti jednak je količini sile koja se mora primijeniti na oprugu da bi se promijenila njena dužina po jedinici udaljenosti.

Formula krutosti opruge

Neka su $N$ opruge povezane u seriju. Tada je krutost cijelog zgloba jednaka:

\[\frac(1)(k)=\frac(1)(k_1)+\frac(1)(k_2)+\dots =\sum\limits^N_(\ i=1)(\frac(1) (k_i)\lijevo(3\desno),)\]

gdje je $k_i$ krutost $i-te$ opruge.

Kada su opruge spojene u seriju, krutost sistema se određuje kao:

Primjeri problema sa rješenjem

Primjer 1

Vježba. Opruga u odsustvu opterećenja ima dužinu $l=0,01$ m i krutost jednaku 10 $\frac(N)(m).\ $Kolika će biti krutost opruge i njena dužina ako sila djeluje na opruga je $F$= 2 N ? Pretpostavimo da je deformacija opruge mala i elastična.

Rješenje. Krutost opruge pod elastičnim deformacijama je konstantna vrijednost, što znači da u našem zadatku:

Pod elastičnim deformacijama ispunjen je Hookeov zakon:

Iz (1.2) nalazimo izduženje opruge:

\[\Delta l=\frac(F)(k)\left(1.3\right).\]

Dužina istegnute opruge je:

Izračunajte novu dužinu opruge:

Odgovori. 1) $k"=10\ \frac(N)(m)$; 2) $l"=0,21$ m

Primjer 2

Vježba. Dvije opruge krutosti $k_1$ i $k_2$ povezane su serijski. Koliko će biti izduženje prve opruge (slika 3) ako se dužina druge opruge poveća za $\Delta l_2$?

Rješenje. Ako su opruge povezane u seriju, tada je sila deformacije ($\overline(F)$) koja djeluje na svaku od opruga ista, odnosno može se napisati za prvu oprugu:

Za drugo proljeće pišemo:

Ako su lijevi dijelovi izraza (2.1) i (2.2) jednaki, onda se i desni dijelovi mogu izjednačiti:

Iz jednakosti (2.3) dobijamo izduženje prve opruge:

\[\Delta l_1=\frac(k_2\Delta l_2)(k_1).\]

Odgovori.$\Delta l_1=\frac(k_2\Delta l_2)(k_1)$

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n n 1. Opšte karakteristike opruga Opruge se široko koriste u konstrukcijama kao uređaji za izolaciju vibracija, amortizaciju, klipni, zatezni, dinamometrijski i drugi uređaji. Vrste opruga. Prema vrsti percipiranog vanjskog opterećenja razlikuju se opruge zatezanja, kompresije, torzije i savijanja.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n tordirane opruge (cilindrične - produžetke, sl. 1 a, kompresione, sl. 1 b; torzione, sl. 1 c, oblikovane kompresije, sl. 1 d-e), specijalne opruge (u obliku brojčanika i prstenaste, Sl. 2 a i b, - kompresija; prave i opruge, sl. 2 c, - savijanje; spiralna, slika 2 d - torzija, itd.) Najčešće su tordirane cilindrične opruge od okrugle žice.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n Zatezne opruge (vidi sliku 1 a) su po pravilu namotane bez razmaka između namotaja, au većini slučajeva sa početnim zatezanjem (pritiskom) između namotaja, čime se djelimično kompenzuje vanjsko opterećenje. Napetost je obično (0,25 - 0,3) Fpr (Fnp je granična vlačna sila pri kojoj su elastična svojstva materijala opruge potpuno iscrpljena).

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Za prijenos vanjskog opterećenja, takve opruge su opremljene kukama. Na primjer, za opruge malog promjera (3-4 mm), kuke se izrađuju u obliku savijenih zadnjih zavoja (sl. 3 a-c). Međutim, takve kuke smanjuju otpor opruga zamora zbog visoke koncentracije naprezanja na mjestima savijanja. Za kritične opruge prečnika većeg od 4 mm često se koriste ugrađene kuke (sl. 3d-e), iako su tehnološki manje napredne.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n n Kompresijske opruge (vidi sliku 1b) su namotane sa razmakom između namotaja, koji bi trebao biti 10-20% veći od aksijalnih elastičnih pomaka svakog namotaja pri najvećem vanjskom opterećenju. Nosne ravni opruga se dobivaju pritiskom zadnjih zavoja na susjedne i brušenjem okomito na osu. Duge opruge pod opterećenjem mogu izgubiti stabilnost (izbočenje). Da bi se spriječilo izvijanje, takve opruge se obično postavljaju na posebne trnove (sl. 4 a) ili u čaše (slika 4 b).

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n n Koaksijalnost opruga sa spojnim dijelovima postiže se ugradnjom potpornih namotaja u posebne ploče, bušotine u tijelu, žljebove (vidi sl. 4c). Torzione opruge (vidi sliku 1c) obično su namotane sa malim uglom uspona i malim razmacima između namotaja (0,5 mm). Oni opažaju vanjsko opterećenje uz pomoć kuka koje nastaju savijanjem krajnjih zavoja.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Osnovni parametri spiralnih opruga. Opruge se odlikuju sljedećim glavnim parametrima (vidi sliku 1b): prečnik žice d ili dimenzije poprečnog presjeka; prosječni prečnik Do, indeks c = Do/d; broj n radnih okreta; dužina Ho radnog dijela; korak t = Ho/n okreta, ugao = arctg okreta raste. Posljednja tri parametra se razmatraju u neopterećenom i učitanom stanju.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Indeks opruge karakteriše zakrivljenost zavojnice. Opruge sa indeksom 3 se ne preporučuju zbog velike koncentracije naprezanja u zavojnicama. Obično se indeks opruge bira u zavisnosti od prečnika žice na sledeći način: za d 2,5 mm, d = 3--5; 6-12 mm, odnosno c = 5-12; 4-10; 4-9.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Materijali. Namotane opruge se izrađuju hladnim ili toplim namotavanjem nakon čega slijedi završna obrada, termička obrada i kontrola. Glavni materijali za opruge su - specijalna opružna žica visoke čvrstoće 1, II i III klase prečnika 0,2-5 mm, kao i čelici: visokougljenični 65, 70; mangan 65 G; silicijum 60 C 2 A, hrom vanadijum 50 HFA, itd.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Opruge dizajnirane za rad u hemijski aktivnom okruženju izrađene su od obojenih legura. Da bi se površine zavojnica zaštitile od oksidacije, kritične opruge se lakiraju ili podmazuju, a posebno kritične opruge se oksidiraju i premazuju cinkom ili kadmijem.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n 2. Proračun i projektovanje tordiranih cilindričnih opruga Naponi u presjecima i pomaci zavojnica. Pod djelovanjem aksijalne sile F (slika 5 a) u poprečnom presjeku zavojnice opruge, rezultirajuća unutrašnja sila F nastaje, paralelna s osi opruge, i moment T = F D 0/2 , čija se ravan poklapa sa ravninom para sila F. Normalni poprečni presjek zavojnice je nagnut prema momentu ravni po kutu.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Projektujući faktore sile u poprečnom preseku opterećene opruge na ose x, y i z (slika 5, b), povezane sa normalnim presekom zavojnice, silom F i momentom T, dobijamo Fx = F cos ; Fn = F sin (1) T = Mz = 0,5 F D 0 cos ; Mx = 0,5 F D 0 sin ;

OPRUGE I ELEMENTI n n n Ugao elevacije zavoja je mali (obično 12). Stoga možemo pretpostaviti da poprečni presjek opruge djeluje na torziju, zanemarujući druge faktore sile. U presjeku zavojnice, maksimalno smično naprezanje je (2) gdje je Wk moment otpora na torziju presjeka zavojnice

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n Uzimajući u obzir zakrivljenost zavojnica i odnos (2), zapisujemo jednačinu (1), (3) n gdje je F vanjsko opterećenje (zatezno ili tlačno); D 0 je prosječni prečnik opruge; k - koeficijent koji uzima u obzir zakrivljenost zavoja i oblik presjeka (ispravka formule za torziju ravne šipke); k - dozvoljeno kazneno naprezanje tokom torzije.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n Vrijednost koeficijenta k za okrugle žičane opruge sa indeksom c 4 može se izračunati po formuli

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Ako uzmemo u obzir da je za žicu kružnog poprečnog preseka Wk = d 3 / 16, tada (4) Opruga sa uglom podizanja od 12 ima aksijalni pomak n F, (5)

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n gdje je n koeficijent aksijalnog popuštanja opruge. Usklađenost opruge najjednostavnije se određuje iz energetskih razmatranja. Potencijalna energija opruge: gdje je T obrtni moment u poprečnom presjeku opruge od sile F, G Jk je torzijska krutost presjeka zavojnice (Jk 0, 1 d 4); l D 0 n je ukupna dužina radnog dijela namotaja;

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n i koeficijent aksijalnog popuštanja opruge (7) n gdje je aksijalna popuštanja jednog namotaja (slijeganje u milimetrima pod djelovanjem sile F = 1 H),

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n određen formulom (8) n gdje je G = E/ 0,384 E modul smicanja (E je modul elastičnosti materijala opruge).

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n Iz formule (7) proizilazi da koeficijent usklađenosti opruge raste sa povećanjem broja zavoja (dužine opruge), njenog indeksa (spoljnog prečnika) i smanjenjem modula smicanja opruge. materijal.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Proračun i projektovanje opruga. Proračun prečnika žice vrši se iz uslova čvrstoće (4). Za datu vrijednost indeksa sa (9) n gdje je F 2 - najveće vanjsko opterećenje.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n Dozvoljena naprezanja [k] za opruge od čelika 60 C 2, 60 C 2 H 2 A i 50 HFA uzimaju: 750 MPa - pod dejstvom statičkog ili sporo promenljivog promenljivog opterećenja, kao i za ne- kritične opruge; 400 MPa - za odgovorne dinamički opterećene opruge. Za dinamički opterećene odgovorne opruge od bronze [k] dodijelite (0, 2-0, 3) in; za neodgovorne bronzane opruge - (0,4-0,6) c.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Potreban broj radnih zavoja određuje se iz relacije (5) prema datom elastičnom pomaku (hodu) opruge. Ako je tlačna opruga ugrađena sa prethodnim zatezanjem (opterećenjem) F 1, tada (10) U zavisnosti od namjene opruge, sila F 1 = (0,1- 0,5) F 2. Promjenom vrijednosti F 1, može podesiti radni nacrt opruge. Broj okreta se zaokružuje na pola okreta za n 20 i na jedan okret za n > 20.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n Ukupan broj zavoja n n H 0 \u003d H 3 + n (t - d), (12) gdje je H 3 = (n 1 - 0, 5) d dužina opruge, komprimirane do susjedni radni zavoji dolaze u kontakt; t je korak opruge. n n n 1 = n + (l, 5 -2, 0). (11) Dodatnih 1, 5-2 okreta se koristi za kompresiju za stvaranje nosivih površina za oprugu. Na sl. 6 prikazuje odnos između opterećenja i slijeganja opruge na pritisak. Puna dužina neopterećene opruge n

OPRUGE I ELEMENTI n n Ukupan broj zavoja se smanjuje za 0,5 zbog brušenja svakog kraja opruge za 0,25 d da se formira ravan potporni kraj. Maksimalno slijeganje opruge, tj. pomicanje kraja opruge do potpunog kontakta namotaja (vidi sliku 6), određuje se formulom

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n n Korak opruge se određuje u zavisnosti od vrijednosti 3 iz sljedećeg približnog odnosa: Dužina žice potrebna za izradu opruge gdje je = 6 - 9° ugao elevacije namotaja neopterećene opruge.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Da bi se spriječilo izvijanje opruge zbog gubitka stabilnosti, njena fleksibilnost H 0 / D 0 mora biti manja od 2,5. .

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n n Dužina ugradnje opruge, odnosno dužina opruge nakon zatezanja silom F 1 (vidi sliku 6), određena je formulom H 1 = H 0 - 1 = H 0 - n F 1 pod djelovanjem najvećeg vanjskog opterećenja dužina opruge H 2 = H 0 - 1 = H 0 - n F 2 i najmanja dužina opruge bit će na sili F 3 koja odgovara dužini H 3 = H 0 - 3

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n Ugao nagiba prave linije F = f() prema osi apscise (vidi sliku 6) određuje se iz formule

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n Za teška opterećenja i skučene dimenzije koriste se kompozitne kompresione opruge (vidi sliku 4, c) - skup od nekoliko (češće dvije) koncentrično smještenih opruga koje istovremeno doživljavaju vanjsko opterećenje. Da bi se spriječilo snažno uvijanje krajnjih oslonaca i izobličenja, koaksijalne opruge su namotane u suprotnim smjerovima (lijevo i desno). Nosači su izvedeni tako da je osigurano međusobno centriranje opruga.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Za ravnomjernu raspodjelu opterećenja između njih, poželjno je da kompozitne opruge imaju iste promaje (aksijalne pomake), a dužine opruga, stisnutih do dodira namotaja, budu približno iste. U neopterećenom stanju, dužina opruga za produženje H 0 = n d+2 hz; gdje je hz \u003d (0, 5- 1, 0) D 0 visina jedne udice. Pri maksimalnom vanjskom opterećenju, duljina opruge za produženje H 2 = H 0 + n (F 2 - F 1 *) gdje je F 1 * sila početne kompresije zavojnica tijekom namotavanja.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Dužina žice za izradu opruge određena je formulom gdje je lz dužina žice za jednu prikolicu.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n Uobičajene su opruge u kojima se umjesto žice koristi sajla upletena od dvije do šest žica malog prečnika (d = 0,8 - 2,0 mm), - upredene opruge. Po dizajnu, takve opruge su ekvivalentne koncentričnim oprugama. Zbog svog visokog kapaciteta prigušenja (zbog trenja između žica) i usklađenosti, opruge s lancima dobro rade u amortizerima i sličnim uređajima. Pod djelovanjem promjenjivih opterećenja, nasukane opruge brzo pokvare zbog trošenja jezgri.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n U konstrukcijama koje rade pod vibracijama i udarnim opterećenjima, ponekad se koriste oblikovane opruge (vidi sliku 1, d-f) sa nelinearnim odnosom između vanjske sile i elastičnog pomaka opruge.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Sigurnosne granice. Pod djelovanjem statičkog opterećenja, opruge mogu otkazati zbog plastičnih deformacija u zavojnicama. Što se tiče plastičnih deformacija, granica sigurnosti je gdje je max najveća posmična naprezanja u zavojnici opruge, izračunata po formuli (3), pri F=F 1.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n Opruge koje kontinuirano rade pod promjenjivim opterećenjima moraju biti projektovane za otpornost na zamor. Opruge se odlikuju asimetričnim opterećenjem, pri čemu se sile mijenjaju od F 1 do F 2 (vidi sliku 6). Istovremeno, u dijelovima zavoja napona

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n amplituda i prosječno ciklusno naprezanje n Za tangencijalna naprezanja granica sigurnosti n gdje je K d koeficijent skale (za opruge od žice d 8 mm je jednako 1); = 0, 1- 0, 2 - koeficijent asimetrije ciklusa.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Granica izdržljivosti - 1 žica sa varijabilnom torzijom u simetričnom ciklusu: 300-350 MPa - za čelike 65, 70, 55 GS, 65 G; 400-450 MPa - za čelike 55 C 2, 60 C 2 A; 500-550 MPa - za čelike 60 C 2 HFA itd. Prilikom određivanja faktora sigurnosti uzima se efektivni faktor koncentracije napona K = 1. Koncentracija napona se uzima u obzir koeficijentom k u formulama za napone.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n U slučaju rezonantnih vibracija opruga (na primjer, ventilskih opruga) može doći do povećanja promjenljive komponente ciklusa sa nepromijenjenim m. U ovom slučaju, granica sigurnosti za naizmjenična naprezanja

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n Da bi se povećala otpornost na zamor (za 20-50%), opruge su ojačane pjeskarenjem, čime se stvaraju tlačna zaostala naprezanja u površinskim slojevima namotaja. Za obradu opruga koriste se kuglice prečnika 0,5-1,0 mm. Efikasnije je tretiranje opruga kuglicama malih prečnika pri velikim brzinama leta.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Proračun udarnog opterećenja. U brojnim izvedbama (amortizeri, itd.), opruge rade pod udarnim opterećenjima koja se primjenjuju gotovo trenutno (pri velikoj brzini) s poznatom energijom udara. U tom slučaju, pojedinačni namotaji opruge dobijaju značajnu brzinu i mogu se opasno sudariti. Proračun realnih sistema za udarno opterećenje je povezan sa značajnim poteškoćama (uzimajući u obzir kontaktne, elastične i plastične deformacije, talasne procese itd.); stoga, za inženjersku primjenu, ograničavamo se na metodu proračuna energije.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n n Glavni zadatak analize udarnog opterećenja je da se odredi dinamičko slijeganje (aksijalni pomak) i statičko opterećenje ekvivalentno udaru na oprugu poznatih dimenzija. Razmotrimo udar šipke mase m o prigušivač opruge (slika 7). Ako zanemarimo deformaciju klipa i pretpostavimo da nakon udarca elastične deformacije trenutno pokriju cijelu oprugu, možemo napisati jednadžbu energetske ravnoteže u obliku gdje je Fd sila gravitacije štapa; K je kinetička energija sistema nakon sudara,

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n određena formulom (13) n gdje je v 0 - brzina klipa; - koeficijent smanjenja mase opruge do mjesta udara

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n n Ako pretpostavimo da se brzina kretanja namotaja opruge linearno mijenja duž njene dužine, onda je = 1/3. Drugi član na lijevoj strani jednačine (13) izražava rad klipa nakon udara sa dinamičkim slijeganjem opruge q. Desna strana jednačine (13) je potencijalna energija deformacije opruge (sa usklađenošću m), koja se može vratiti postupnim rasterećenjem deformirane opruge.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI Sa trenutnim opterećenjem v 0 = 0; d \u003d 2 žlice. Statičko opterećenje koje je po efektu ekvivalentno udarnoj konzervi. izračunato iz relacije n n

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Gumeni elastični elementi se koriste u konstrukciji elastičnih spojnica, nosača za izolaciju vibracija i buke i drugih uređaja za postizanje velikih pomaka. Takvi elementi obično prenose opterećenje preko metalnih dijelova (ploče, cijevi, itd.).

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n Prednosti gumenih elastičnih elemenata: elektroizolaciona sposobnost; visok kapacitet prigušenja (disipacija energije u gumi dostiže 30-80%); sposobnost skladištenja više energije po jedinici mase od opružnog čelika (do 10 puta). U tabeli. 1 prikazane su proračunske sheme i formule za približno određivanje napona i pomaka za gumene elastične elemente.

OPRUGE I ELASTIČNI ELEMENTI n n Materijal elemenata je tehnička guma vlačne čvrstoće (8 MPa; modul smicanja G = 500-900 MPa. Posljednjih godina pneumoelastični elastični elementi su postali široko rasprostranjeni.

Elastična svojstva opružnog ovjesa se ocjenjuju pomoću karakteristika snage i koeficijenta krutosti ili koeficijenta fleksibilnosti (fleksibilnosti). Osim toga, opruge i opruge karakteriziraju geometrijske dimenzije. Glavne dimenzije (slika 1) uključuju: visinu opruge ili opruge u slobodnom stanju bez opterećenja H s i visinu pod opterećenjem H gr, dužinu opruge, prečnik opruge, prečnik šipke , broj radnih zavojnica opruge. Razlika između H sv i H gr se naziva otklon opruge (opruge)f. Otklon dobiven od tereta koji mirno leži na oprugi naziva se statičkim. Za lisnate opruge, radi praktičnijeg mjerenja, otklon je određen dimenzijama H St i H gr u blizini stezaljke. Fleksibilna svojstva opruga (opruge) određena jednom od dvije veličine:

• faktor fleksibilnosti(ili samo fleksibilnost);
• koeficijent krutosti(ili samo tvrdoća).

Rice. 1 - Glavne dimenzije opruga i opruga

Otklon opruge (opruge) pod dejstvom sile jednake jedinici naziva se savitljivost f 0:

gdje je P vanjska sila koja djeluje na oprugu, N;

f - otklon opruge, m.

Važna karakteristika opruge je njena krutost. i, što je brojčano jednako sili koja uzrokuje otklon jednak jedan. Na ovaj način,

i= P/f.

Za opruge čiji je otklon proporcionalan opterećenju, jednakost

P= i f.

Krutost- recipročna fleksibilnost. Fleksibilnost i krutost opruga (opruga) zavise od njihovih glavnih dimenzija. S povećanjem dužine opruge ili smanjenjem broja i poprečnog presjeka listova, povećava se njegova fleksibilnost, a smanjuje se krutost. Za opruge, s povećanjem prosječnog promjera zavoja i njihovog broja, te smanjenjem poprečnog presjeka šipke, fleksibilnost se povećava, a krutost se smanjuje.

Veličina krutosti i otklona opruge ili opruge određuje linearni odnos između njenog otklona i elastične sile P = i f, prikazano grafički na (sl. 2). Dijagram rada cilindrične opruge bez trenja (slika 2, a) prikazan je jednom ravnom linijom 0A, koja odgovara i opterećenju opruge (povećanje P) i njenom rasterećenju (smanjenje P). Krutost u ovom slučaju je konstantna vrijednost:

i= P/f∙tgα.

Opruge promjenljive krutosti (aperiodične) bez trenja imaju dijagram u obliku linije 0AB (slika 2, b).

Rice. 2 - Dijagrami rada opruga (a, b) i opruga (c)

At rad lisnatih opruga između njegovih listova dolazi do trenja, što doprinosi prigušenju vibracija opruženog vozila i stvara opuštenije kretanje. Istovremeno, previše trenja, povećavajući krutost opruge, pogoršava kvalitet ovjesa. Priroda promjene elastične sile opruge pri statičkom opterećenju prikazana je na (sl. 2, c). Ovaj odnos je zatvorena kriva linija, čija gornja grana 0A 1 pokazuje odnos između opterećenja i otklona opruge kada je opterećena, a donja A 1 A 2 0 - kada je neopterećena. Razlika između grana koja karakterizira promjenu elastičnih sila opruge kada je opterećena i rasterećena nastala je zbog sila trenja. Površina omeđena granama jednaka je radu utrošenom na savladavanje sila trenja između lisnatih opruga. Kada su opterećene, čini se da sile trenja odolijevaju povećanju progiba, a kada su neopterećene, one sprječavaju da se opruga ispravi. Kod vagonskih opruga sila trenja raste proporcionalno otklonu, jer se u skladu s tim povećavaju sile pritiskanja listova jedan na drugi. Količina trenja u oprugi obično se procjenjuje takozvanim koeficijentom relativnog trenja φ, jednakim omjeru sile trenja Rtr i sile P koja stvara elastičnu deformaciju opruge:

Veličina sile trenja povezana je sa otklonom f i krutošću opruge i, zbog svojih elastičnih svojstava, ovisnosti

Nastaju izbočinama na osovini, koje su uključene u spojne žljebove glavčine kotača. I po izgledu i u smislu dinamičkih radnih uslova, spline se mogu smatrati vezama sa više ključeva. Neki autori ih nazivaju nazubljenim.

U osnovi, koriste se pravostrani ulošci (a), evolventni (b) GOST 6033-57 i trouglasti (c) profili su manje uobičajeni.

Pravostrani izrezi mogu centrirati kotač duž bočnih površina (a), duž vanjskih površina (b), duž unutrašnjih površina (c).

U poređenju sa splajnovima, splinovi:

Imaju veliku nosivost;

Bolje centrirati točak na osovinu;

Ojačati presjek osovine zbog većeg momenta inercije rebrastog dijela u odnosu na okrugli;

` zahtijevaju posebnu opremu za pravljenje rupa.

Glavni kriterijumi za performanse slotova su:

è otpornost bočnih površina na gnječenje (proračun je sličan tiplima);

è otpornost na habanje tokom fretting korozije (mala međusobna vibracijska kretanja).

Prignječenje i habanje povezani su s jednim parametrom - kontaktnim naprezanjem (pritiskom) s cm . Ovo omogućava izračunavanje žljebova prema generaliziranom kriteriju i za drobljenje i za trošenje kontakta. Dozvoljena naprezanja [ s]cm dodjeljuje se na osnovu iskustva u radu sličnih objekata.

Za proračun se uzima u obzir neravnomjerna raspodjela opterećenja na zube,

gdje Z - broj slotova h – radna visina proreza, l - radna dužina proreza, d cf - prosječni prečnik spline veze. Za evolventne klinove, radna visina se uzima jednakom modulu profila, for d cf uzmite prečnik koraka.

Simboli ravne spline veze sastoje se od oznake površine za centriranje D , d ili b , broj zuba Z , nominalne veličine d x D (kao i oznaka tolerancijskih polja za prečnik centriranja i na bočnim stranama zubaca). Na primjer, D 8 x 36H7/g6 x 40 znači osmospinalni spoj centriran na vanjskom prečniku s dimenzijama d = 36 i D =40 mm i stane na prečnik centriranja H7/g6 .

TEST PITANJA

s Koja je razlika između odvojivih i nerastavljivih priključaka?

s Gdje i kada se koriste zavareni spojevi?

s Koje su prednosti i nedostaci zavarenih spojeva?

s Koje su glavne grupe zavarenih spojeva?

s Kako se razlikuju glavne vrste zavarenih spojeva?

s Koje su prednosti i nedostaci zakovnih spojeva?

s Gdje i kada se koriste zakovni spojevi?

s Koji su kriteriji za analizu čvrstoće zakovica?

s Koji je princip dizajna navojnih veza?

s Koje su aplikacije za glavne tipove niti?

s Koje su prednosti i nedostaci navojnih veza?

s Zašto je potrebno zaključati navojne veze?

s Koji dizajn se koristi za zaključavanje navojnih spojeva?

s Kako se duktilnost dijelova uzima u obzir pri proračunu navojne veze?

s Koji prečnik navoja se nalazi iz proračuna čvrstoće?

s Koji je prečnik navoja koji označava navoj?

s Koji je dizajn i glavna svrha pin veza?

s Koji su tipovi opterećenja i kriteriji dizajna za klinove?

s Koji je dizajn i glavna svrha spojeva sa ključem?

s Koji su tipovi opterećenja i kriteriji dizajna za ključeve?

s Koji je dizajn i glavna svrha spline?

Koje su vrste opterećenja i kriteriji za izračunavanje spline-a

SPRINGS. ELASTIČNI ELEMENTI U MAŠINAMA

Svaki automobil ima specifične detalje koji se suštinski razlikuju od svih ostalih. Zovu se elastični elementi. Elastični elementi imaju različite dizajne koji se međusobno jako razlikuju. Stoga se može dati opšta definicija.

Elastični elementi su dijelovi čija je krutost znatno manja od ostalih, a deformacije su veće.

Zbog ovog svojstva, elastični elementi su prvi koji percipiraju udarce, vibracije i deformacije.

Najčešće, elastične elemente je lako otkriti prilikom pregleda mašine, kao što su gumene gume, opruge i opruge, meka sedišta za vozače i vozače.

Ponekad je elastični element skriven pod maskom drugog dijela, na primjer, tanka torzijska osovina, klin s dugim tankim vratom, šipka tankih stijenki, brtva, školjka itd. Međutim, i ovdje će iskusni dizajner moći prepoznati i koristiti takav "prikriveni" elastični element upravo po relativno maloj krutosti.

Na željezničkoj pruzi, zbog težine transporta, deformacije dijelova kolosijeka su prilično velike. Ovdje elastični elementi, zajedno sa oprugama voznog parka, zapravo postaju šine, pragovi (posebno drveni, a ne betonski) i tlo kolosiječnog nasipa.

Elastični elementi se široko koriste:

è za apsorpciju udara (smanjenje ubrzanja i inercijskih sila pri udarima i vibracijama zbog znatno dužeg vremena deformacije elastičnog elementa u odnosu na krute dijelove);

è za stvaranje stalnih sila (na primjer, elastične i razdjelne podloške ispod matice stvaraju konstantnu silu trenja u navojima, što sprječava samoodvrtanje);

è za nasilno zatvaranje mehanizama (za otklanjanje neželjenih praznina);

è za akumulaciju (akumulaciju) mehaničke energije (satne opruge, opruga udarača oružja, luk luka, guma praćke, lenjir savijen uz čelo učenika itd.);

è za mjerenje sila (vaga opruge se zasniva na odnosu težine i naprezanja mjerne opruge prema Hookeovom zakonu).

Obično se elastični elementi izrađuju u obliku opruga različitih dizajna.

Glavna distribucija u mašinama su elastične kompresijske i produžne opruge. U ovim oprugama zavojnice su podložne torziji. Cilindrični oblik opruga je pogodan za njihovo postavljanje u mašine.

Glavna karakteristika opruge, kao i svakog elastičnog elementa, je krutost ili njena inverzna usklađenost. Krutost K određena ovisnošću elastične sile F od deformacije x . Ako se ova zavisnost može smatrati linearnom, kao u Hookeovom zakonu, tada se krutost nalazi dijeljenjem sile sa deformacijom K =f/x .

Ako je ovisnost nelinearna, kao što je slučaj u stvarnim strukturama, krutost se nalazi kao derivacija sile u odnosu na deformaciju K =∂ ž/ ∂ x.

Očigledno, ovdje morate znati vrstu funkcije F =f (x ) .

Za velika opterećenja, ako je potrebno raspršiti energiju vibracija i udara, koriste se paketi elastičnih elemenata (opruge).

Ideja je da kada se kompozitne ili slojevite opruge (opruge) deformišu, energija se rasipa zbog međusobnog trenja elemenata.

Paket disk opruga se koristi za apsorpciju udaraca i vibracija u elastičnoj spojnici između okretnih okretnih postolja električnih lokomotiva ChS4 i ChS4 T.

U razvoju ove ideje, na inicijativu zaposlenih u našoj akademiji, na Kuibyshev putu se koriste disk opruge (podloške) u vijčanim spojevima obloga šinskih spojeva. Opruge se postavljaju ispod matica prije zatezanja i obezbjeđuju visoke stalne sile trenja u spoju, osim rasterećenja vijaka.

Materijali za elastične elemente trebaju imati visoka elastična svojstva, i što je najvažnije, ne gube ih tijekom vremena.

Glavni materijali za opruge su visokougljenični čelici 65.70, manganski čelici 65G, silicijumski čelici 60S2A, hrom-vanadijum čelici 50HFA itd. Svi ovi materijali imaju superiorna mehanička svojstva u odnosu na konvencionalne konstrukcijske čelike.

1967. godine, na Samarskom svemirskom univerzitetu, izumljen je i patentiran materijal, nazvan metalna guma "MR". Materijal je napravljen od zgužvane, zamršene metalne žice, koja se zatim presuje u željene oblike.

Kolosalna prednost metalne gume je u tome što savršeno kombinuje čvrstoću metala sa elastičnošću gume i, osim toga, zbog značajnog međužičnog trenja, raspršuje (prigušuje) energiju vibracija, što je visoko efikasno sredstvo za zaštitu od vibracija.

Gustoća zamršene žice i sila pritiska mogu se podesiti, postižući specificirane vrijednosti krutosti i prigušenja metalne gume u vrlo širokom rasponu.

Metalna guma nesumnjivo ima obećavajuću budućnost kao materijal za proizvodnju elastičnih elemenata.

Elastični elementi zahtijevaju vrlo precizne proračune. Konkretno, oni se nužno računaju na krutost, jer je to glavna karakteristika.

Međutim, dizajn elastičnih elemenata je toliko raznolik, a metode proračuna su toliko složene da ih je nemoguće dovesti u bilo koju generaliziranu formulu. Pogotovo u okviru našeg kursa koji je ovdje.

TEST PITANJA

1. Na osnovu čega se mogu pronaći elastični elementi u dizajnu mašine?

2. Za koje zadatke se koriste elastični elementi?

3. Koja karakteristika elastičnog elementa se smatra glavnom?

4. Od kojih materijala treba napraviti elastične elemente?

5. Kako se Belleville izvori koriste na putu Kuibyshev?

UVOD………………………………………………………………………………………………
1. OPŠTA PITANJA PRORAČUNA DELOVA MAŠINA…………………………………………………
1.1. Redovi željenih brojeva……………………………………………………………...
1.2. Glavni kriterijumi za performanse mašinskih delova…………………… 1.3. Proračun otpornosti na zamor pri naizmjeničnim naprezanjima………..
1.3.1. Varijabilni naponi…………………………………………………………….. 1.3.2. Granice izdržljivosti…………………………………………………………….. 1.4. Sigurnosni faktori………………………………………………………………….
2. MEHANIČKI PRENOSNICI …………………………………………………………………………… 2.1. Opće informacije……………………………………………………………………………………….. 2.2. Karakteristike pogonskih zupčanika…………………………………………………………..
3. ZUPČANICI …………………………………………………………………….. 4.1. Uslovi rada zuba……………………………………………………. 4.2. Materijali zupčanika………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… 4.3. Tipični tipovi destrukcije zuba…………………………………………… 4.4. Projektno opterećenje…………………………………………………………………………. 4.4.1. Projektni faktori opterećenja……………………………………………. 4.4.2. Tačnost zupčanika………………………………………………………….. 4.5. Cilindrični zupčanici………………………………………
4.5.1. Snage u sukobu…………………………………………………………………. 4.5.2. Proračun otpornosti na zamor pri kontaktu……………………. 4.5.3. Proračun otpornosti na zamor pri savijanju…………… 4.6. Konusni zupčanici………………………………………………………… 4.6.1. Glavni parametri………………………………………………………………. 4.6.2. Snage u sukobu…………………………………………………………………. 4.6.3. Proračun otpornosti na kontaktni zamor ………… 4.6.4. Proračun otpornosti na zamor pri savijanju…………………….
5. PUŽNI ZUPČANICI………………………………………………………………………. 5.1. Opće informacije………………………………………………………………………….. 5.2. Snage u sukobu……………………………………………………………………………. 5.3. Materijali pužnih zupčanika………………………………………………………… 5.4. Proračun čvrstoće…………………………………………………………………………..
5.5. Termički proračun………………………………………………………………………………. 6. OSOVINE I OSOVINE……………………………………………………………………………………………. 6.1. Opće informacije………………………………………………………………………….. 6.2. Procijenjeno opterećenje i kriterij učinka………………………… 6.3. Projektni proračun šahtova………………………………………………………………. 6.4. Proračunska shema i postupak za proračun okna………………………………………….. 6.5. Proračun statičke čvrstoće………………………………………………. 6.6. Proračun otpornosti na zamor………………………………………………………….. 6.7. Proračun osovine za krutost i otpornost na vibracije……………………………
7. KORTLJAJNI LEŽAJI …………………………………………………………………… 7.1. Klasifikacija kotrljajućih ležajeva……………………………………… 7.2. Oznaka ležajeva prema GOST 3189-89………………………………… 7.3. Osobine ugaonih kontaktnih ležajeva……………………………… 7.4. Sheme ugradnje ležajeva na vratila……………………………………… 7.5. Procijenjeno opterećenje na ugaonim kontaktnim ležajevima……………………………….. 7.6. Uzroci neuspjeha i kriteriji proračuna…………………………………….. 7.7. Materijali ležajnih dijelova…………………………………………………. 7.8. Izbor ležajeva prema kapacitetu statičkog opterećenja (GOST 18854-94)…………………………………………………………………
7.9. Izbor ležajeva prema kapacitetu dinamičkog opterećenja (GOST 18855-94)………………………………………………………………………… 7.9.1. Početni podaci…………………………………………………………………. 7.9.2. Osnova za odabir………………………………………………………………………….. 7.9.3. Karakteristike izbora ležajeva……………………………………………..
8. KLIČNI LEŽAJI…………………………………………………………….
8.1. Opće informacije ……………………………………………………………..
8.2. Radni uslovi i režimi trenja ……………………………………………
7. KVAČILA
7.1. Krute spojnice
7.2. Kompenzacijske spojnice
7.3. Pokretne spojnice
7.4. Fleksibilne spojnice
7.5. Frikciona kvačila
8. VEZE MAŠINSKIH DELOVA
8.1. Trajne veze
8.1.1. Zavareni spojevi
Proračun čvrstoće zavarenih spojeva
8.1.2. Zakovice
8.2. Odvojivi priključci
8.2.1. NAVOJNE VEZE
Proračun čvrstoće navojnih spojeva
8.2.2. Pin veze
8.2.3. Veze sa ključem
8.2.4. Spline veze
9. Opruge………………………………………………

	|	sljedeće predavanje ==>