Детали машин и основы конструирования

Детали машин и основы конструирования
Классификация деталей и узлов машин
Виды нагрузок, действующие на детали машин
Требования к жесткости деталей машин
Теплостойкость
Классификация соединений и критерии
их работоспособности
Соединения внахлестку
Соединение деталей с гарантированным натягом
Материалы резьбовых соединений
Резьбовые соединения
Расчет винтовых соединений
Расчет винтов, подверженных
переменной нагрузке
Соединение штифтами
Фрикционные передачи
Передачи с цилиндрическими и
коническими катками
Классификация вариаторов
Торовый вариатор
Основы расчета прочности фрикционных пар
Ременные передачи
Клиновые ремни
Силы и напряжениия в ремнях
Передача без натяжного ролика
Кинематика ременных передач и
критерии расчета
Расчет ременных передач
Зубчатые передачи
Виды разрушения зубьев
Расчет зубьев прямозубых цилиндрических
колес на изгиб
Передачи коническими зубчатыми колесами
Расчет конических колес
Червячные передачи
Конструкция червячных редукторов
Причины выхода из строя червячных передач
Глобоидные передачи
Основные параметры цепных передач
Передачи винт – гайка
Ориентировочный и приближенный расчет валов
Уточненный расчет валов
Расчет валов на жесткость
Основные типы подшипников качения,
их характеристика
Трение и смазка в подшипниках скольжения
Виды несоосности валов
Расчет муфты
Конструкция и расчет упругих муфт
Управляемые или сцепные муфты
Конические муфты. Расчет
Цилиндрические шинно-пневматические муфты
Автоматические самоуправляемые муфты
Пружины
 

Пружины, общие сведения, назначение, классификация, конструкция и основные геометрические параметры витых цилиндрических пружин. Основные расчетные зависимости.

Наиболее распространенными упругими элементами являются пружины. В зависимости от выполняемых функций их делят на пружины растяжения, сжатия, кручения и изгиба.

Широко распространены витые пружины растяжения, сжатия и кручения, выполненные из проволоки круглого сечения. Для снижения габаритов применяют составные пружины сжатия, состоящие из двух и реже из большего числа вложенных одна в другую цилиндрических пружин. При составляющие пружины имеют правую и левую винтовые линии с целью снижения закручивания торцовых опор.

Витые пружины в специальных случаях выполняют с прямоугольным сечением. Применяют также многожильные пружины, состоящие из двух, трех и большего числа проволок, свитых в тросы (см. сечения тросов на рис 1).

 

Витые цилиндрические пружины.

Наибольшее распространение получили цилиндрические винтовые пружины растяжения и сжатия из круглой проволоки в связи с их сравнительной дешевизной. При повышенных требованиях к компактности конструкции используют пружины с квадратным или прямоугольным сечением витков.

Важнейшие параметры цилиндрических пружин (см. рис 1):

диаметр проволоки d (или размеры сечения прямоугольного витка)

средний диаметр D

число рабочих витков n

шаг витков р

угол винтовой линии α = arctg [p/(πD)] (как правило, не более 120)

индекс пружины с = D/d, выбираемый в зависимости от d.

В пружинах сжатия крайние витки сближают между собой и навивают без зазора, а торцовые поверхности шлифуют для получения опорной плоскости (рис 1), обеспечивающей необходимую устойчивость благодаря передаче усилия по возможности с минимальным смещением от оси пружины. Навивка этих пружин осуществляется с зазором между витками p – d, превышающим на 10 – 20% наибольшую деформацию λmax /n, приходящуюся на один виток. Это необходимо для предупреждения изменения жесткости пружины в результате касания витков, вызванного погрешностями шагов. Длина рабочей части пружины . Общая высота пружины сжатия Н0 во избежание потери продольной устойчивости должна удовлетворять условию:

.

При больших значениях  пружины устанавливают на оправках или в гильзах.

Пружины растяжения обычно изготовляют закрытой навивкой, обеспечивающей начальное натяжение (прижатие соседних витков) , где Flim – предельная нагрузка, при которой напряжение близко к пределу упругости. Эти пружины снабжают прицепами. Длина недеформированной пружины вместе с прицепами обозначается Н0.

При d > 3 мм рекомендуется применять закладные прицепы, вставленные в конические концевые участки цилиндрической пружины, или устанавливать пружины на винтовых пробках с крючками.


 


Определим деформацию и напряжения цилиндрической пружины круглого сечения.

На любое поперечное сечение со стороны отброшенной часть пружины действуют усилия F и момент, равный 0,5FD (рис 2). Перемещения в направлении оси пружины, вызванные составляющими усилия F·cosα , F·sinα и момента , незначительны в сравнении с деформацией, обусловленной моментом , и в дальнейшем не учитываются. Для определения деформации пружины λ воспользуемся формулой . Заметив, что:

;

,

получим

,  (*)

где С и С1 – соответственно жесткость всей пружины и жесткость одного витка:

.

Наибольшее напряжение кручения возникает на внутренних волокнах сечения:

,  (**)

где Wp – полярный момент сопротивления сечения проволоки; к – поправочный коэффициент, учитывающий кривизну бруса:

.

Заметив, что D = cd, из (**) получим формулу для определения диаметра проволоки:

.



В задании на проектирование пружины указывают упругое перемещение х при изменении нагрузки от Fmin до конечной Fmax (рис 3). Длина пружины при этом изменяется от Hmin до Hmax. Если этим нагрузкам соответствуют деформации λmin и λmax, то на основании формулы (*) имеем:

,

отсюда необходимое рабочее число витков:

.

Величину n округляют до целого числа, если n20, и до полувитка при n < 20. Длина пружины растяжения:

 при FF0;

  при F=Fmax.

Длина пружины сжатия при касании витков:

,

где  - полное число витков; слагаемым  учитываются поджатые витки.

Длина ненагруженной пружины сжатия:

;

шаг ее при F = 0:

.

Детали машин и основы конструирования