Pružiny a další elastické prvky. Elastické prvky. Výpočet plochých a spirálových pružin

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n n 1. obecné charakteristiky pružiny Pružiny jsou široce používány v konstrukcích jako zařízení izolující vibrace, tlumení nárazů, zpětné podávání, napínání, dynamometr a další zařízení. Typy pružin. Podle druhu vnímaného vnějšího zatížení se pružiny dělí na pružiny tažné, tlačné, torzní a ohybové.

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n n vinuté pružiny (válcové - tažné, obr. 1 a, tlačné, obr. 1 b; torzní, obr. 1 c, tvarové stlačení, obr. 1 d-f), speciální pružiny (kotoučové a kroužkové, obr. 2 a a b, - tlačné, pružiny a pružiny, obr. 2 c, - ohyb, spirála, obr. 2 d - torzní, atd.) Nejběžnější jsou točené válcové pružiny z kruhového drátu.

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n Tažné pružiny (viz obr. 1 a) se navíjejí zpravidla bez mezer mezi závity a ve většině případů s počátečním napětím (tlakem) mezi závity, které částečně kompenzují vnější zatížení. Napětí je obvykle (0,25 - 0,3) Fpr (Fnp je maximální tahová síla, při které jsou elastické vlastnosti materiálu pružiny zcela vyčerpány).

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Pro přenos vnějšího zatížení jsou takové pružiny vybaveny háčky. Například u pružin malého průměru (3-4 mm) jsou háčky vyrobeny ve formě ohnutých posledních závitů (obr. 3 a-c). Takové háky však snižují odolnost únavových pružin v důsledku vysoké koncentrace napětí v oblastech ohybu. Pro kritické pružiny s průměrem nad 4 mm se často používají zapuštěné háky (obr. 3 d-e), i když jsou technologicky méně vyspělé.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n n Tlačné pružiny (viz obr. 1 b) se navíjejí s mezerou mezi závity, která by měla být o 10-20% větší než axiální pružné pohyby každého závitu při max. vnější zátěž. Nosné roviny pružin získáme přitlačením posledních závitů k sousedním a jejich zabroušením kolmo k ose. Dlouhé pružiny se mohou při zatížení stát nestabilními (vyboulit se). Aby se zabránilo vyboulení, jsou takové pružiny obvykle umístěny na speciálních trnech (obr. 4 a) nebo ve skle (obr. 4 b).

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n n Vyrovnání pružin s protilehlými částmi je dosaženo instalací nosných cívek do speciálních desek, otvorů v těle, drážek (viz obr. 4 c). Zkrutné pružiny (viz obr. 1c) jsou obvykle navinuty s malým úhlem elevace a malými mezerami mezi závity (0,5 mm). Vnější zatížení vnímají pomocí háčků vytvořených ohnutím koncových závitů.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Základní parametry vinutých pružin. Pružiny se vyznačují následujícími hlavními parametry (viz obr. 1 b): průměr drátu d nebo rozměry průřezu; střední průměr Do, index c = Do/d; počet n pracovních otáček; délka Ho pracovní části; krok t = Ho/n otáčky, úhel = arktg stoupání otáček. Poslední tři parametry jsou brány v úvahu v nezatíženém a naloženém stavu.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Index pružiny charakterizuje zakřivení vinutí. Pružiny s indexem 3 se nedoporučuje používat kvůli vysoké koncentraci napětí v závitech. Typicky se index pružiny volí v závislosti na průměru drátu následovně: pro d 2,5 mm, d = 3--5; 6-12 mm, respektive c = 5-12; 4-10; 4-9.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Materiály. Kroucené pružiny jsou vyráběny studeným nebo horkým navíjením, následným dokončením konců, tepelným zpracováním a kontrolou. Hlavními materiály pro pružiny jsou vysoce pevný speciální pružinový drát třídy 1, II a III o průměru 0, 2-5 mm, dále ocel: vysokouhlíková 65, 70; mangan 65 G; křemík 60 C 2 A, chromvanad 50 CFA atd.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Pružiny určené pro provoz v chemicky aktivním prostředí jsou vyrobeny z neželezných slitin. Pro ochranu povrchů cívek před oxidací jsou pružiny pro kritické účely lakovány nebo naolejovány a pružiny pro zvláště kritické účely jsou oxidovány a také potaženy zinkem nebo kadmiem.

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n n 2. Výpočet a návrh kroucených válcových pružin Napětí v řezech a posunutí závitů. Působením osové síly F (obr. 5 a) vzniká v průřezu závitu pružiny rovnoběžně s osou pružiny výsledná vnitřní síla F a moment T = F D 0/2, jehož rovina se shoduje s rovinou dvojice sil F. Normálový průřez cívky je nakloněn k momentové rovině pod úhlem.

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n n Promítnutím silových součinitelů v průřezu zatížené pružiny na osy x, y a z (obr. 5, b), spojených s normálovým řezem cívky, silou F a momentem T získáme Fx = F cos; Fn = F sin (1) T = Mz = 0,5 F D 0 cos; Mx = 0,5 F D 0 sin ;

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n n Úhel elevace závitů je malý (obvykle 12). Můžeme tedy předpokládat, že průřez pružiny pracuje na kroucení, přičemž ostatní silové faktory zanedbáme. V úseku cívky maximální tangenciální napětí (2), kde Wk je moment odporu proti krutu úseku cívky

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n S uvážením zakřivení závitů a vztahu (2) píšeme ve tvaru rovnost (1), (3) n kde F je vnější zatížení (tahové nebo tlakové); D 0 - střední průměr pružiny; k - součinitel zohledňující zakřivení zatáček a tvar řezu (úprava vzorce pro kroucení přímého nosníku); k je přípustné represivní napětí při kroucení.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n Hodnotu součinitele k pro pružiny z kruhového drátu s indexem c 4 lze vypočítat pomocí vzorce

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n n Vezmeme-li v úvahu, že pro drát kruhového průřezu Wk = d 3 / 16 pak (4) Pružina s elevačním úhlem 12 má axiální posunutí n F, (5)

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n kde n je součinitel osové poddajnosti pružiny. Poddajnost pružiny se nejjednodušeji určí z energetických úvah. Potenciální energie pružiny: kde T je krouticí moment v průřezu pružiny vlivem síly F, G Jk je torzní tuhost úseku vinutí (Jk 0, 1 d 4); l D 0 n - celková délka pracovní části závitů;

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n a součinitel osové poddajnosti pružiny (7) n kde je osová poddajnost jedné otáčky (sednutí v milimetrech při působení síly F = 1 N),

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n určeno vzorcem (8) n kde G = E/ 0,384 E je modul ve smyku (E je modul pružnosti materiálu pružiny).

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n Ze vzorce (7) vyplývá, že součinitel poddajnosti pružiny roste s rostoucím počtem závitů (délkou pružiny), jejím indexem (vnějším průměrem) a snižováním smykového modulu materiálu.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Výpočet a návrh pružin. Průměr drátu se vypočítá z podmínky pevnosti (4). Pro danou hodnotu indexu c (9) n kde F 2 je největší vnější zatížení.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n Dovolená napětí [k] pro pružiny z ocelí 60 C 2, 60 C 2 N 2 A a 50 HFA jsou: 750 MPa - při působení statického nebo pomalu se měnícího proměnlivého zatížení, stejně jako u pružin pro nekritické účely; 400 MPa - pro kriticky dynamicky zatěžované pružiny. Pro dynamicky zatížené bronzové jsou odpovědné pružiny [k] přiřazeny (0,2-0,3) in; pro nezodpovědné bronzové pružiny - (0,4-0,6) c.

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n n Potřebný počet pracovních závitů se určí ze vztahu (5) podle daného pružného pohybu (zdvihu) pružiny. Pokud je tlačná pružina instalována s předpětím (zatížením) F 1, pak (10) V závislosti na účelu pružiny síla F 1 = (0,1-0,5) F 2. Změnou hodnoty F 1 se pracovní tah pružiny lze upravit. Počet otáček se zaokrouhlí na polovinu otáčky pro n 20 a na jednu otáčku pro n > 20.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n Celkový počet závitů n n H 0 = H 3 + n (t - d), (12) kde H 3 = (n 1 - 0. 5) d je délka pružiny, stlačené až do sousední pracovní obrací dotek; t - rozteč pružiny. nnn 1 = n+ (1, 5-2, 0). (11) Další 1,5-2 otáčky se používají pro stlačení, aby se vytvořily opěrné plochy pro pružinu. Na Obr. Obrázek 6 ukazuje vztah mezi zatížením a pnutím tlačné pružiny. Celková délka nezatížené pružiny č

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Celkový počet závitů je snížen o 0,5 z důvodu broušení každého konce pružiny o 0,25 d pro vytvoření plochého konce ložiska. Maximální sedání pružiny, tj. pohyb konce pružiny až do úplného kontaktu závitů (viz obr. 6), je určeno vzorcem

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n n n Rozteč pružiny se určuje v závislosti na hodnotě 3 z následujícího přibližného poměru: Délka drátu potřebná pro výrobu pružiny kde = 6 - 9° je úhel elevace závitů nezatížené pružiny .

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Aby se zabránilo vybočení pružiny v důsledku ztráty stability, měla by být její pružnost H 0/D 0 menší než 2,5 Pokud z konstrukčních důvodů není toto omezení splněno, pak pružiny, jak je naznačeno výše, se připevní k pružině. by měly být umístěny na trnech nebo namontovány v objímkách .

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n n Délka zástavby pružiny, tedy délka pružiny po jejím utažení silou F 1 (viz obr. 6), je určena vzorcem H 1 = H 0 - 1 = H 0 - n F 1 při působení největšího vnějšího zatížení, délka pružiny H 2 =H 0 - 1 = H 0 - n F 2 a nejmenší délka pružiny bude při síle F 3 odpovídající délce H 3 = H 0 - 3

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n Úhel sklonu přímky F = f() k ose úsečky (viz obr. 6) se určí ze vzorce

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n Pro velké zatížení a stísněné rozměry použijte Složené tlačné pružiny (viz obr. 4, c) - sada několika (obvykle dvou) soustředně umístěných pružin, které současně vnímají vnější zatížení. Aby se zabránilo silnému zkroucení koncových podpěr a deformacím, jsou koaxiální pružiny navinuty v opačných směrech (doleva a doprava). Podpěry jsou navrženy tak, aby zajistily vzájemné vyrovnání pružin.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Pro rovnoměrné rozložení zatížení mezi nimi je žádoucí, aby složené pružiny měly stejné sedání (axiální pohyby) a délky pružin stlačených do vzájemného dotyku závitů byly přibližně stejné. V nezatíženém stavu je délka tažných pružin Н 0 = n d+2 hз; kde hз = (0, 5- 1, 0) D 0 je výška jednoho háčku. Při maximálním vnějším zatížení je délka tažné pružiny H 2 = H 0 + n (F 2 - F 1 *) kde F 1 * je síla počátečního stlačení závitů při navíjení.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Délka drátu pro výrobu pružiny je určena vzorcem kde lз je délka drátu pro jeden přívěs.

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n Běžné pružiny jsou takové, ve kterých je místo drátu použito lanko stočené ze dvou až šesti drátů malého průměru (d = 0,8 - 2,0 mm) - lankové pružiny. Z hlediska konstrukce jsou takové pružiny ekvivalentní soustředným pružinám. Díky své vysoké tlumicí kapacitě (v důsledku tření mezi prameny) a poddajnosti, slaměné pružiny dobře fungují v tlumičích a podobných zařízeních. Při vystavení proměnlivému zatížení pramenité pružiny rychle selhávají v důsledku opotřebení pramenů.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n V konstrukcích pracujících v podmínkách vibračního a rázového zatížení se někdy používají tvarové pružiny (viz obr. 1, d-f) s nelineárním vztahem mezi vnější silou a pružným pohybem pružiny.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Bezpečnostní okraje. Při vystavení statickému zatížení mohou pružiny selhat v důsledku plastických deformací v závitech. Podle plastických deformací je bezpečnostní součinitel tam, kde max je nejvyšší tangenciální napětí v závitu pružiny, vypočtené podle vzorce (3), při F=F 1.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n Pružiny, které pracují po dlouhou dobu při proměnlivém zatížení, musí být navrženy na odolnost proti únavě. Pružiny se vyznačují asymetrickým zatížením, při kterém se síly mění od F 1 do F 2 (viz obr. 6). Současně se v průřezech napětí otočí

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n amplituda a průměrné namáhání cyklu n Pro tangenciální namáhání bezpečnostní faktor n, kde K d je koeficient účinku měřítka (pro pružiny vyrobené z drátu se d 8 mm rovná 1); = 0, 1 - 0, 2 - koeficient asymetrie cyklu.

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n n Mez únavy - 1 drát s proměnným kroucením v symetrickém cyklu: 300-350 MPa - pro oceli 65, 70, 55 GS, 65 G; 400-450 MPa - pro oceli 55 C 2, 60 C 2 A; 500-550 MPa - pro oceli 60 C 2 HFA atd. Při stanovení součinitele bezpečnosti se vychází z koeficientu efektivní koncentrace napětí K = 1. Koncentrace napětí je zohledněna koeficientem k ve vzorcích pro napětí.

PRUŽINY A PRUŽNÉ PRVKY n V případě rezonančních kmitů pružin (např. ventilových pružin) může dojít ke zvýšení proměnné složky cyklu při nezměněné m. V tomto případě bezpečnostní faktor pro střídavé namáhání

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n Pro zvýšení odolnosti proti únavě (o 20-50%) jsou pružiny zpevněny brokováním, které vytváří tlaková zbytková napětí v povrchových vrstvách závitů. Pro zpracování pružin se používají kuličky o průměru 0,5-1,0 mm. Při vysokých rychlostech letu je efektivnější ošetřit pružiny kuličkami malých průměrů.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Výpočet pro rázové zatížení. V řadě konstrukcí (tlumiče atd.) působí pružiny při rázovém zatížení působícím téměř okamžitě (s vysoká rychlost) se známou energií dopadu. Jednotlivé závity pružiny dostávají značnou rychlost a mohou se nebezpečně srazit. Výpočet reálných systémů pro rázové zatížení je spojen se značnými obtížemi (při zohlednění kontaktních, elastických a plastických deformací, vlnových procesů atd.); Proto se pro inženýrské aplikace omezíme na metodu výpočtu energie.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n n Hlavním úkolem analýzy rázového zatížení je určit dynamické sedání (axiální pohyb) a statické zatížení ekvivalentní rázovému působení na pružinu o známých rozměrech. Uvažujme dopad tyče o hmotnosti m na pružinový tlumič (obr. 7). Pokud zanedbáme deformaci pístu a předpokládáme, že po nárazu pružné deformace okamžitě pokrývají celou pružinu, můžeme rovnici energetické bilance napsat ve tvaru kde Fd je tíhová síla tyče; K je kinetická energie systému po srážce,

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n určeno vzorcem (13) n kde v 0 je rychlost pohybu pístu; - koeficient redukce hmotnosti pružiny do bodu nárazu

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n n Pokud předpokládáme, že rychlost pohybu závitů pružiny se lineárně mění po její délce, pak = 1/3. Druhý člen na levé straně rovnice (13) vyjadřuje práci pístu po srážce při dynamickém pěchování pružiny. Pravá strana rovnice (13) je potenciální energie deformace pružiny (s poddajností m), kterou lze vrátit postupným odlehčováním deformované pružiny.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY S okamžitým působením zatížení v 0 = 0; d = 2 polévkové lžíce. Statické zatížení, které je svým účinkem ekvivalentní nárazu, může. vypočteno ze vztahu n n

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Pryžové elastické prvky se používají v návrzích elastických spojek, vibračních a protihlukových podpěr a dalších zařízení pro dosažení velkých pohybů. Takové prvky obvykle přenášejí zatížení přes kovové části (desky, trubky atd.).

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n Výhody pryžových elastických prvků: elektroizolační schopnost; vysoká tlumicí schopnost (ztráta energie v pryži dosahuje 30-80%); schopnost akumulovat více energie na jednotku hmotnosti než pružinová ocel (až 10krát). V tabulce Obrázek 1 ukazuje výpočtové diagramy a vzorce pro přibližné stanovení napětí a posuvů pro pryžové elastické prvky.

PRUŽINY A ELASTICKÉ PRVKY n n Materiál prvků - technická pryž s pevností v tahu (8 MPa; modul ve smyku G = 500-900 MPa. V minulé roky Pneumoelastické elastické prvky jsou stále rozšířenější.

ELASTICKÉ PRVKY. PRAMENY

Dvojice kol vozů jsou spojeny s rámem podvozku a skříní vozu prostřednictvím systému pružných prvků a tlumičů vibrací, nazývaných pružinové odpružení. Pružinové odpružení díky elastickým prvkům změkčuje rázy a rázy přenášené koly na karoserii a také díky práci tlumičů tlumí vibrace, které vznikají při pohybu vozu. Kromě toho (v některých případech) pružiny a pružiny přenášejí vodící síly z kol na rám podvozku vozu.
Když pár kol přejede jakoukoliv nerovnost na dráze (klouby, kříže atd.), vzniká dynamická zatížení včetně rázů. Vznik dynamického zatížení napomáhají i závady na dvojkolí - lokální defekty valivých ploch, excentricita uložení kola na nápravě, nevyváženost dvojkolí atd. Při absenci odpružení by karoserie tuho vnímala všechny dynamické vlivy a zažívají vysoké zrychlení.
Elastické prvky umístěné mezi páry kol a karoserií se vlivem dynamické síly od dvojice kol deformují a provádějí oscilační pohyby společně s karoserií, přičemž doba těchto oscilací je mnohonásobně delší než perioda změny kol. rušivá síla. V důsledku toho se sníží zrychlení a síly vnímané tělem.

Uvažujme změkčující účinek pružinového odpružení při přenosu rázů na karoserii na příkladu pohybu automobilu po kolejích. Když se kolo automobilu odvaluje po kolejové dráze, v důsledku nerovností kolejnice a defektů na valivém povrchu kola bude karoserie vozu, pokud je připojena bez pružin k párům kol, kopírovat trajektorii kola (obr. A). Trajektorie vozové skříně (čára a1-b1-c1) se shoduje s nerovností trati ( čára a-b-c). Pokud existuje odpružení, vertikální rázy (obr. b) se do těla přenášejí prostřednictvím elastických prvků, které změkčují a částečně tlumí nárazy, zajišťují klidnější a hladší jízdu vozu, chrání vozový park a trať před předčasným opotřebením a poškozením. Dráhu tělesa lze znázornit přímkou ​​a1-b2-c2, která má oproti přímce a v c plošší vzhled. Jak je vidět z Obr. b, doba kmitání tělesa na pružinách je mnohonásobně větší než doba změny rušivé síly. V důsledku toho se sníží zrychlení a síly vnímané tělem.

Pružiny jsou široce používány v konstrukci železničních vozů, v podvozcích nákladních a osobních vozů a v rázových trakčních zařízeních. Existují šroubové a spirálové pružiny. Šroubové pružiny se vyrábí stočením ocelových tyčí kruhového, čtvercového nebo obdélníkového průřezu. Vinuté pružiny jsou válcového a kuželového tvaru.

Typy vinutých pružin
a - válcový s pravoúhlým průřezem tyče; b - válcový s kulatým průřezem tyče; c - kuželový s kulatým průřezem tyče; g - kuželový s obdélníkovým průřezem tyče

V pružinovém odpružení moderních automobilů se nejčastěji vyskytují válcové pružiny. Jsou nenáročné na výrobu, spolehlivé v provozu a dobře tlumí vertikální i horizontální otřesy a nárazy. Nedokážou však tlumit vibrace odpružených hmot vozu, a proto se používají pouze v kombinaci s tlumiči vibrací.
Pružiny jsou vyráběny v souladu s GOST 14959. Nosné plochy pružin jsou vyrobeny ploché a kolmé k ose. K tomu jsou konce polotovaru pružiny staženy zpět na 1/3 délky obvodu cívky. V důsledku toho je dosaženo hladkého přechodu z kulatého na obdélníkový průřez. Výška taženého konce pružiny by neměla být větší než 1/3 průměru tyče d a šířka by neměla být menší než 0,7d.
Charakteristiky válcové pružiny jsou: průměr tyče d, střední průměr pružiny D výška pružiny ve stavu volném Нсв a stlačeném Нсж, počet pracovních závitů nр a index m. Index pružiny je poměr střední průměr pružiny k průměru tyče, tzn. t = D/d.

Válcová pružina a její parametry

Materiál pro pružiny a listové pružiny

Materiál pro pružiny a pružiny musí mít vysokou statickou, dynamickou, rázová houževnatost, dostatečnou tažnost a zachovat si svou pružnost po celou dobu životnosti pružiny nebo pružiny. Všechny tyto vlastnosti materiálu závisí na jeho chemickém složení, struktuře, tepelném zpracování a stavu povrchu pružného prvku. Pružiny pro automobily jsou vyrobeny z oceli 55S2, 55S2A, 60S2, 60S2A (GOST 14959–79). Chemické složení oceli v procentech: C = 0,52 - 0,65; Mn = 0,6 - 0,9; Si = 1,5 - 2,0; S, P, Ni ne více než 0,04 každý; Cr ne více než 0,03. Mechanické vlastnosti tepelně zpracovaných ocelí 55С2 a 60С2: pevnost v tahu 1300 MPa s prodloužením 6 a 5 % a zmenšením plochy průřezu o 30 a 25 %.
Při výrobě jsou pružiny a pružiny podrobeny tepelnému zpracování - kalení a popouštění.
Pevnost a odolnost pružin a pružin v ve větší míře závisí na stavu kovového povrchu. Jakékoli poškození povrchu (drobné praskliny, skvrny, západky, promáčkliny, rizika a podobné vady) přispívají ke koncentraci napětí při zatížení a výrazně snižují mez únosnosti materiálu. Pro povrchové kalení továrny používají tryskání pružinových plechů a pružin.
Podstatou této metody je, že pružné prvky jsou vystaveny proudu kovových broků o průměru 0,6–1 mm, vymrštěných vysokou rychlostí 60–80 m/s na povrch listu pružiny nebo pružiny. Rychlost letu střely je volena tak, aby v místě dopadu vzniklo napětí nad mezí pružnosti, a to způsobilo plastickou deformaci (zpevnění) v povrchové vrstvě kovu, což v konečném důsledku zpevnilo povrchovou vrstvu pružného prvku. .
Ke zpevnění pružin lze kromě tryskání brokem použít donucení, které spočívá v udržení pružin po určitou dobu v deformovaném stavu. Pružina je stočena tak, že vzdálenosti mezi závity ve volném stavu jsou o něco větší než podle výkresu. Po tepelném zpracování se pružina vyjme, dokud se závity nedotknou a v tomto stavu se udržuje 20 až 48 hodin, poté se zahřeje. Při stlačování se ve vnější zóně průřezu tyče vytvářejí zbytková napětí opačného znaménka, v důsledku čehož se při jejím provozu skutečná napětí ukáží jako menší, než by byla bez zajetí.

Na obrázku jsou nové vinuté pružiny

Vinuté pružiny v zahřátém stavu

Kontrola elasticity pružiny

Válcové pružiny se v závislosti na zatížení, které absorbují, vyrábí jednořadé nebo víceřadé. Víceřadé pružiny se skládají ze dvou, tří nebo více pružin zasazených jedna do druhé. U dvouřadých pružin je vnější pružina vyrobena z tyče o větším průměru, ale s malým počtem závitů, a vnitřní pružina je vyrobena z tyče menšího průměru a s velkým počtem závitů. Aby se zajistilo, že při stlačení nedojde k sevření závitů vnitřní pružiny mezi závity vnější pružiny, jsou obě pružiny stočeny v různých směrech. U víceřadých pružin se také zmenšují rozměry tyčí od vnější pružiny k vnitřní a podle toho se zvyšuje počet závitů.

Víceřadé pružiny umožňují při stejných rozměrech jako jednořadá pružina větší tuhost. Dvouřadé a třířadé pružiny jsou široce používány v podvozcích nákladních a osobních vozů a také v tažných převodech automatických spřáhel. Silová charakteristika víceřadých pružin je lineární.
U některých provedení dvouřadých pružin (například u podvozků 18-578, 18-194) jsou vnější pružiny sady pružin vyšší než vnitřní, díky čemuž je tuhost odpružení prázdného vozu 3x méně než u naloženého.

Pružiny nainstalované na vozíku

Každé auto má specifické díly, které se zásadně liší od všech ostatních. Říká se jim elastické prvky. Elastické prvky mají různé, navzájem velmi odlišné vzory. Proto lze uvést obecnou definici.

Elastické prvky jsou části, jejichž tuhost je mnohem menší než u ostatních a jejichž deformace jsou vyšší.

Díky této vlastnosti elastické prvky jako první vnímají otřesy, vibrace a deformace.

Nejčastěji jsou elastické prvky snadno zjistitelné při kontrole automobilu, jako jsou gumové pneumatiky, pružiny a pružiny, měkká sedadla pro řidiče a řidiče.

Někdy je elastický prvek skrytý pod maskou jiné části, například tenké torzní hřídele, čep s dlouhým tenkým krkem, tenkostěnná tyč, těsnění, pláště atd. Zkušený konstruktér však i zde dokáže rozpoznat a použít takto „kamuflovaný“ elastický prvek právě podle jeho relativně nízké tuhosti.

Na železnici jsou vzhledem k náročnosti přepravy deformace kolejových dílů poměrně velké. Pružné prvky se zde spolu s pružinami kolejového vozidla vlastně stávají kolejnicemi, pražci (zejména dřevěnými, nikoli betonovými) a zeminou náspu koleje.

Elastické prvky nacházejí nejširší uplatnění:

è pro tlumení rázů (snížení zrychlení a setrvačných sil při rázech a vibracích díky výrazně delší době deformace pružného prvku oproti tuhým dílům);

è vytvářet konstantní síly (např. pružné a dělené podložky pod maticí vytvářejí konstantní třecí sílu v závitech, která brání samovolnému vyšroubování);

è pro silové uzavření mechanismů (k odstranění nežádoucích mezer);

è pro akumulaci (akumulaci) mechanické energie (hodinové pružiny, pružina úderníku zbraně, oblouk luku, guma praku, pravítko ohnuté u čela studenta atd.);

è pro měření sil (škály pružin jsou založeny na vztahu mezi hmotností a deformací měřicí pružiny podle Hookova zákona).

Elastické prvky se obvykle vyrábějí ve formě pružin různých provedení.

Elastické tlačné a tažné pružiny jsou nejčastější v automobilech. Cívky v těchto pružinách podléhají kroucení. Válcový tvar pružin je vhodný pro umístění do strojů.

Hlavní charakteristikou pružiny, jako každého elastického prvku, je tuhost nebo její obrácená poddajnost. Tuhost K určeno závislostí elastické síly F z deformace X . Pokud lze tuto závislost považovat za lineární, jako v Hookeově zákoně, pak tuhost zjistíme vydělením síly deformací K =F/x .

Pokud je závislost nelineární, jako je tomu u skutečných konstrukcí, tuhost se najde jako derivace síly vzhledem k deformaci K =∂ F/ ∂ X.

Je zřejmé, že zde musíte znát typ funkce F =F (X ) .

Pro velká zatížení, kdy je potřeba odvést vibrační a rázovou energii, se používají balíčky pružných prvků (pružin).

Myšlenka je taková, že při deformaci kompozitních nebo vrstvených pružin (pružin) dochází k rozptýlení energie v důsledku vzájemného tření prvků.

Při vývoji této myšlenky se z iniciativy zaměstnanců naší akademie na Kuibyshevskaya Road používají talířové pružiny (podložky) ve šroubových spojích obložení kolejnic. Pružiny jsou umístěny pod maticemi před utažením a zajišťují vysoké konstantní třecí síly ve spoji a také odlehčují šrouby.

Materiály pro elastické prvky musí mít vysoké elastické vlastnosti a hlavně je časem neztrácet.

Hlavními materiály pro pružiny jsou vysoce uhlíkové oceli 65.70, manganové oceli 65G, křemíkové oceli 60S2A, chromvanadová ocel 50HFA atd. Všechny tyto materiály mají oproti běžným konstrukčním ocelím vyšší mechanické vlastnosti.

V roce 1967 byl na Samařské letecké univerzitě vynalezen a patentován materiál zvaný kovová pryž „MR“. Materiál je vyroben z mačkaného, ​​zamotaného kovového drátu, který je následně lisován do požadovaných tvarů.

Obrovskou výhodou kovové pryže je, že dokonale spojuje pevnost kovu s elasticitou pryže a navíc díky značnému mezidrátovému tření odvádí (tlumí) vibrační energii a je vysoce účinným prostředkem ochrany proti vibracím.

Hustotu zamotaného drátu a přítlačnou sílu lze nastavit, čímž se získají stanovené hodnoty tuhosti a tlumení kovové pryže ve velmi širokém rozsahu.

Kovová pryž má nepochybně slibnou budoucnost jako materiál pro výrobu elastických prvků.

Elastické prvky vyžadují velmi přesné výpočty. Zejména musí být navrženy pro tuhost, protože to je hlavní charakteristika.

Návrhy pružných prvků jsou však tak rozmanité a výpočtové metody tak složité, že je nelze prezentovat v nějakém zobecněném vzorci. Zejména v rámci našeho kurzu, který je zde absolvován.

KONTROLNÍ OTÁZKY

1. Podle jakých kritérií lze nalézt elastické prvky v konstrukci stroje?

2. K jakým úlohám se používají elastické prvky?

3. Jaká charakteristika pružného prvku je považována za hlavní?

4. Z jakých materiálů mají být elastické prvky vyrobeny?

5. Jak se používají pružinové podložky Belleville na Kuibyshevskaya Road?

Kovové a nekovové prvky se používají jako elastická zařízení v závěsech moderních automobilů. Nejběžnějšími kovovými zařízeními jsou pružiny, listové pružiny a torzní tyče.

Pružina odpružení auta s proměnnou tuhostí

Nejpoužívanější (zejména v závěsech osobních automobilů) spirálové pružiny, vyrobený z ocelové elastické tyče kruhového průřezu.
Když je pružina stlačena podél svislé osy, její závity se přiblíží k sobě a zkroutí se. Pokud má pružina válcový tvar, pak při její deformaci zůstává vzdálenost mezi závity konstantní a pružina má lineární charakteristiku. To znamená, že deformace vinuté pružiny je vždy přímo úměrná působící síle a pružina má konstantní tuhost. Pokud vyrobíte kroucenou pružinu z tyče s proměnným průřezem nebo dáte pružině určitý tvar (ve formě sudu nebo kokonu), bude mít takový elastický prvek proměnnou tuhost. Když je taková pružina stlačena, méně tuhé závity se zpočátku přiblíží k sobě a poté, co se dotknou, začnou pracovat pevnější závity. Pružiny s proměnnou tuhostí jsou široce používány v závěsech moderních osobních automobilů.
Mezi výhody pružin používaných jako elastické prvky závěsů patří jejich nízká hmotnost a schopnost zajistit vysokou hladkost vozidla. Pružina přitom nemůže přenášet síly v příčné rovině a její použití vyžaduje složité vodicí zařízení v závěsu.

Odpružení zadních listových pružin:
1 - oko pružiny;
2 - pryžové pouzdro;
3 - držák;
4 - průchodka;
5 - šroub;
6 - podložky;
7 - prst;
8 - pryžová pouzdra;
9 - pružinová podložka;
10 - ořech;
11 - držák;
12 - pryžové pouzdro;
13 - průchodka;
14 - destička na náušnice;
15 - šroub;
16 - tyč stabilizátoru;
17 - kořenový list;
18 - jarní listy;
19 - pryžový nárazník kompresního zdvihu;
20 - štafle;
21 - překrytí;
22 - nosník zadní nápravy;
23 - tlumič nárazů;
24 - svorka;
25 - nosník rámu;
26 - držák stabilizátoru;
27 - náušnice stabilizátoru

Listová pružina sloužil jako pružný závěsný prvek na koňských povozech a prvních automobilech, ale používá se dodnes, i když převážně na nákladních automobilech. Typická listová pružina se skládá ze série listů různých délek spojených dohromady, vyrobených z pružinové oceli. Listová pružina má obvykle tvar půlelipsy.

Způsoby upevnění pružin:
a - se stočenýma ušima;
b - na gumových polštářích;
c - s horním okem a posuvnou podpěrou

Plechy, které tvoří pružinu, mají různé délky a zakřivení. Čím kratší je délka plechu, tím větší by mělo být jeho zakřivení, které je nutné pro těsnější vzájemné uložení plechů v sestavené pružině. U této konstrukce se snižuje zatížení nejdelšího (hlavního) listu pružiny. Pružinové listy jsou připevněny k sobě pomocí středového šroubu a svorek. Pomocí hlavního listu je pružina zavěšena na obou koncích ke karoserii nebo rámu a může přenášet síly z kol automobilu na rám nebo karoserii. Tvar konců hlavního plechu je dán způsobem jeho připevnění k rámu (tělu) a potřebou kompenzace změn délky plechu. Jeden konec pružiny se musí otáčet, zatímco ostatní konce se otáčí a pohybují.
Při deformaci pružiny se její listy ohýbají a mění svou délku. V tomto případě se plechy třou o sebe, a proto vyžadují mazání a mezi listy pružin osobních automobilů jsou instalována speciální těsnění proti tření. Přítomnost tření v pružině zároveň umožňuje tlumit vibrace karoserie a v některých případech umožňuje obejít se bez použití tlumičů v zavěšení. Pružinový závěs má jednoduchou konstrukci, ale velkou hmotnost, která určuje jeho největší rozložení v závěsech nákladních a některých terénních osobních automobilů. Někdy se používají pro snížení hmotnosti pružinových závěsů a zlepšení hladkosti málolistý A jednokřídlé pružiny s list sekce s proměnnou délkou. Poměrně zřídka se v závěsech používají pružiny vyrobené z vyztuženého plastu.

Odpružení torzní tyčí. Zadní zavěšení Peugeotu 206 využívá dvě torzní tyče spojené s vlečenými rameny. Vedení zavěšení využívá trubková ramena namontovaná pod úhlem k podélné ose vozidla

Kroucení- kovový elastický prvek, který funguje pro kroucení. Typicky je torzní tyč pevná kovová tyč kulatého průřezu se zesíleními na koncích, na kterých jsou vyříznuty štěrbiny. Existují závěsy, ve kterých jsou torzní tyče vyrobeny ze sady desek nebo tyčí (vozy ZAZ). Jeden konec torzní tyče je připevněn k tělu (rámu) a druhý k vodícímu zařízení. Když se kola pohybují, torzní tyče se stáčejí a poskytují elastické spojení mezi kolem a tělem. V závislosti na konstrukci zavěšení mohou být torzní tyče umístěny buď podél podélné osy vozu (obvykle pod podlahou) nebo příčně. Závěsy torzních tyčí jsou kompaktní a lehké a umožňují nastavení odpružení předtočením torzních tyčí.
Nekovové elastické prvky závěsů se dělí na gumové, pneumatické A hydropneumatické.
Pryžové elastické prvky jsou přítomny téměř ve všech konstrukcích odpružení, ale ne jako hlavní, ale jako doplňkové, používané k omezení pohybu kol nahoru a dolů. Použití přídavných pryžových dorazů (nárazníků, nárazníků) omezuje deformaci hlavních elastických prvků odpružení, zvyšuje jeho tuhost při velkých pohybech a zabraňuje nárazům kov na kov. V Nedávno pryžové prvky jsou stále častěji nahrazovány zařízeními ze syntetických materiálů (polyuretan).

Elastické prvky vzduchových pérování:
a - typ rukávu;
b- dvojité válce

V pneumatické elastické prvky Využívá se elastických vlastností stlačeného vzduchu. Pružným prvkem je válec z vyztužené pryže, do kterého je pod tlakem přiváděn vzduch ze speciálního kompresoru. Tvar vzduchových válců může být různý. Objímkové válce (a) a dvojité (dvoudílné) válce (b) se rozšířily.
Mezi výhody pneumatických elastických prvků odpružení patří vysoká plynulost jízdy vozidla, nízká hmotnost a schopnost udržet konstantní úroveň podlahy karoserie bez ohledu na zatížení vozidla. Odpružení s pneumatickými elastickými prvky se používají na autobusech, nákladních a osobních automobilech. Stálá úroveň podlahy nákladní plošiny zajišťuje pohodlí při nakládání a vykládání nákladního automobilu a pro osobní automobily a autobusy - pohodlí při nastupování a vystupování cestujících. Pro získávání stlačeného vzduchu se u autobusů a nákladních vozidel s pneumatickým brzdovým systémem používají standardní kompresory poháněné motorem, na osobní automobily jsou instalovány speciální kompresory, obvykle s elektrickým pohonem (Range Rover, Mercedes, Audi).

Vzduchové odpružení. U nových vozů Mercedes třídy E se místo pružin začaly používat pneumatické elastické prvky

Použití pneumatických elastických prvků vyžaduje použití složitého vodícího prvku a tlumičů v zavěšení. Odpružení s pneumatickými elastickými prvky některých moderních osobních automobilů mají složité elektronické ovládání, které zajišťuje nejen konstantní úroveň karoserie, ale také automaticky mění tuhost jednotlivých vzduchových pružin v zatáčkách a při brzdění, aby se snížilo naklánění karoserie a střemhlavý náklon, který obecně zlepšuje jízdní komfort a bezpečnost. .

Hydropneumatický elastický prvek:
1 - stlačený plyn;
2 - tělo;
3 - kapalina;
4 - k čerpadlu;
5 - k vzpěře tlumiče

Hydropneumatický elastický prvek je speciální komora rozdělená na dvě dutiny elastickou membránou nebo pístem.
Jedna z komorových dutin je naplněna stlačeným plynem (obvykle dusíkem) a druhá kapalinou (speciální olej). Elastické vlastnosti zajišťuje stlačený plyn, protože kapalina je prakticky nestlačitelná. Pohyb kola způsobuje pohyb pístu umístěného ve válci naplněném kapalinou. Když se kolo pohybuje nahoru, píst vytlačuje kapalinu z válce, která vstupuje do komory a působí na oddělovací membránu, která pohybuje a stlačuje plyn. K udržení požadovaného tlaku v systému slouží hydraulické čerpadlo a hydraulický akumulátor. Změnou tlaku kapaliny vstupující pod membránu pružného prvku můžete změnit tlak plynu a tuhost zavěšení. Když tělo osciluje, tekutina prochází ventilovým systémem a zažívá odpor. Hydraulické tření zajišťuje tlumicí vlastnosti odpružení. Hydropneumatické odpružení poskytuje vysoce plynulou jízdu, možnost nastavení polohy těla a účinné tlumení vibrací. Mezi hlavní nevýhody takového zavěšení patří jeho složitost a vysoká cena.