Рабочая деформация пружины что это
Расчет пружин сжатия и растяжения
ФОРМУЛЫ И СПОСОБЫ РАСЧЕТА ПРУЖИН
ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ
(по ГОСТ 13765-86)
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ПРУЖИН ПО ГОСТ 13765-86
2. По величине заданной выносливости Np предварительно определяют принадлежность пружины к соответствующему классу по табл. 1.
3. По заданной силе F2 и крайним значениям инерционного зазора δ вычисляют по формуле (2) значение силы F3.
4. По значению F3, пользуясь табл. 2, предварительно определяют разряд пружины.
5. По табл. 11-17 находят строку, в которой наружный диаметр витка пружины наиболее близок к предварительно заданному значению D1. В этой же строке находят соответствующие значения силы F3 и диаметра проволоки d.
7. По полученным значениям F3и τ3, a также по заданному значению F2 по формулам (5) и (5а) вычисляют критическую скорость vk и отношение vmax / vk, подтверждающее или отрицающее принадлежность пружины к предварительно установленному классу. При несоблюдении условий vmax / vk КЛАССЫ И РАЗРЯДЫ ПРУЖИН
Ниже рассматриваются винтовые цилиндрические пружины сжатия и растяжения из стали круглого сечения с индексами i = d/D от 4 до 12.
Класс пружин характеризует режим нагружения и выносливости, а также определяет основные требования к материалам и технологии изготовления.
Разряды пружин отражают сведения о диапазонах сил, марках применяемых пружинных сталей, а также нормативах по допускаемым напряжениям.
Отсутствие соударения витков у пружин сжатия определяется условием vmax / vk ВЫНОСЛИВОСТЬ И СТОЙКОСТЬ ПРУЖИН
При наличии интенсивного соударения витков выносливость располагается в обратном порядке, т.е. повышается не с понижением, а с ростом τ3. В таком же порядке располагается и стойкость, т.е. уменьшение остаточных деформаций или осадок пружин в процессе работы.
1. КЛАССЫ ПРУЖИН по ГОСТ 13765-86
| Класс пружин | Вид пружин | Нагружение | Выносливость NF (установленная безотказная наработка), циклы, не менее | Инерционное соударение витков |
| I | Сжатия и растяжения | Циклическое | 1×10 7 | Отсутствует |
| II | Циклическое и статическое | 1×10 5 | ||
| III | Сжатия | Циклическое | 2×10 3 | Допускается |
Примечание. Указанная выносливость не распространяется на зацепы пружин растяжения.
2. РАЗРЯДЫ ПРУЖИН по ГОСТ 13765-86
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОЧИХ ЧЕРТЕЖЕЙ ПРУЖИН СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ
1. Пружина сжатия из проволоки круглого сечения с неподжатыми и нешлифованными крайними витками.
2. Пружина сжатия с поджатыми по 3/4 витка с каждого конца и шлифованными на 3/4 окружности опорными поверхностями.
3. Пружины растяжения из проволоки круглого сечения с зацепами, открытыми с одной стороны и расположенными в одной плоскости.
ОПОРНЫЕ ВИТКИ ПРУЖИН СЖАТИЯ
ДЛИНА ПРУЖИН СЖАТИЯ
Длину пружин сжатия рекомендуется принимать Lo Значение зазора z, мм
чертеж пружины сжатия;
чертеж пружины параболоидной;
расчет пластинчатой пружины изгиба;
расчет пружин кручения из круглой проволоки;
ГОСТ 13764-86 » Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения. Классификация»;
ГОСТ 13766-86 «Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения 1 класса, разряда 1 из стали круглого сечения. Основные параметры витков»;
ГОСТ 13767-86 «Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения 1 класса, разряда 2 из стали круглого сечения. Основные параметры витков»;
ГОСТ 13768-86 «Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения 1 класса, разряда 3 из стали круглого сечения. Основные параметры витков»;
ГОСТ 13769-86 «Пружины винтовые цилиндрические сжатия 1 класса, разряда 4 из стали круглого сечения. Основные параметры витков»;
ГОСТ 13770-86 «Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения II класса, разряда 1 из стали круглого сечения. Основные параметры витков»;
ГОСТ 13771-86 «Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения II класса, разряда 2 из стали круглого сечения. Основные параметры витков»;
ГОСТ 13772-86 «Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения II класса, разряда 3 из стали круглого сечения. Основные параметры витков»;
ГОСТ 13773-86 «Пружины винтовые цилиндрические сжатия II класса, разряда 4 из стали круглого сечения. Основные параметры витков»;
ГОСТ 13774-86 «Пружины винтовые цилиндрические сжатия III класса, разряда 1 из стали круглого сечения. Основные параметры витков»;
ГОСТ 13775-86 «Пружины винтовые цилиндрические сжатия III класса, разряда 2 из стали круглого сечения. Основные параметры витков»;
ГОСТ 13776-86 «Пружины винтовые цилиндрические сжатия III класса, разряда 3 из стали круглого сечения. Основные параметры витков».
Расчет пружин
Формулы и способы расчета пружин из стали круглого сечения по ГОСТ 13765
Пружина сжатия Пружина растяжения
| Наименование параметра | Обозначение | Расчетные формулы и значения | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Сила пружины при предварительной деформации, Н | F 1 | Принимается в зависимости от нагрузки пружины | ||||||||||||||
| Сила пружины при рабочей деформации (соответствует наибольшему принудительному перемещению подвижного звена в механизме), Н | F 3 | Принимается в зависимости от нагрузки пружины | ||||||||||||||
| Рабочий ход пружины, мм | h | Принимается в зависимости от нагрузки пружины | ||||||||||||||
| Наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или разгрузке, м/с | v max | Принимается в зависимости от нагрузки пружины | ||||||||||||||
| Выносливость пружины, число циклов до разрушения | N F | Принимается в зависимости от нагрузки пружины | ||||||||||||||
| Наружный диаметр пружины, мм | D 1 | Предварительно принимаются с учетом конструкции узла. Уточняются по таблицам ГОСТ 13766…ГОСТ 13776 | ||||||||||||||
| Относительный инерционный зазор пружины сжатия. Для пружин растяжения служит ограничением максимальной деформации | δ | δ = 1 — F 2 / F 3 (1) Для пружин сжатия классов I и II δ = 0,05 — 0,25 для пружин растяжения δ = 0,05 — 0,10 для одножильных пружин класса III δ = 0,10 — 0,40 для трехжильных класса III δ = 0,15 — 0,40 | ||||||||||||||
| Сила пружины при максимальной деформации, Н | F 3 |  Уточняется по таблицам ГОСТ 13766 ÷ ГОСТ 13776 | ||||||||||||||
| Сила предварительного напряжения (при навивке из холоднотянутой и термообработанной проволоки), Н | F 0 | (0,1 ÷ 0,25) F 3 | ||||||||||||||
| Диаметр проволоки, мм | d | Выбирается по таблицам ГОСТ 13764 ÷ ГОСТ 13776 | ||||||||||||||
| Диаметр трехжильного троса, мм | d 1 | Выбирается по таблицам ГОСТ 13764 ÷ ГОСТ 13776 | ||||||||||||||
| Жесткость одного витка пружины, Н/мм | c 1 | Выбирается по таблицам ГОСТ 13764 ÷ ГОСТ 13776 | ||||||||||||||
| Максимальная деформация одного витка пружины, мм | s’ (при F0 = 0) s» (при F0 > 0) | Выбирается по таблицам ГОСТ 13764 ÷ ГОСТ 13776
| ||||||||||||||
| Максимальное касательное напряжение пружины, МПа | τ 3 |  Для трехжильных пружин
| ||||||||||||||
| Критическая скорость пружины сжатия, м/с | v k |  Для трехжильных пружин
| ||||||||||||||
| Модуль сдвига, МПа | G | Для пружинной стали G = 7,85 х 10 4 | ||||||||||||||
| Динамическая (гравитационная) плотность материала, Н • с 2 /м 4 | ρ | ρ = γ / g, где g — ускорение свободного падения, м/с 2 γ — удельный вес, Н/м 3 Для пружинной стали ρ = 8•10 3 | ||||||||||||||
| Жесткость пружины, Н/мм | с |  Для пружин с предварительным напряжением
Для трехжильных пружин
| ||||||||||||||
| Число рабочих витков пружины | n |  | ||||||||||||||
| Полное число витков пружины | n 1 |  где n2 — число опорных витков | ||||||||||||||
| Средний диаметр пружины, мм | D |  Для трехжильных пружин
| ||||||||||||||
| Индекс пружины | i |  Для трехжильных пружин
Рекомендуется назначать от 4 до 12 | ||||||||||||||
| Коэффициент расплющивания троса в трехжильной пружине, учитывающий увеличение сечения витка вдоль оси пружины после навивки | Δ | Для трехжильного троса с углом свивки β = 24° определяется по таблице
| ||||||||||||||
| Предварительная деформация пружины, мм | s 1 |  | ||||||||||||||
| Рабочая деформация пружины, мм | s 2 |  | ||||||||||||||
| Максимальная деформация пружины, мм | s 3 |  | ||||||||||||||
| Длина пружины при максимальной деформации, мм | l 3 |  где n3 — число обработанных витков Для трехжильных пружин
Для пружин растяжения с зацепами
| ||||||||||||||
| Длина пружины в свободном состоянии, мм | l 0 |  | ||||||||||||||
| Длина пружины растяжения без зацепов в свободном состоянии, мм | l’ 0 |  | ||||||||||||||
| Длина пружины при предварительной деформации, мм | l 1 |  Для пружин растяжения
| ||||||||||||||
| Длина пружины при рабочей деформации, мм | l 2 |  Для пружин растяжения
| ||||||||||||||
| Шаг пружины в свободном состоянии, мм | t |  Для трехжильных пружин
Для пружин растяжения
| ||||||||||||||
| Напряжение в пружине при предварительной деформации, МПа | τ 1 |  | ||||||||||||||
| Напряжение в пружине при рабочей деформации, МПа | τ 2 |  | ||||||||||||||
| Коэффициент, учитывающий кривизну витка пружины | k |  Для трехжильных пружин
| ||||||||||||||
| Длина развернутой пружины (для пружин растяжения без зацепов), мм | l |  | ||||||||||||||
| Масса пружины (для пружин растяжения без зацепов), кг | m |  | ||||||||||||||
| Объем, занимаемый пружиной (без учета зацепов пружины), мм 3 | V |  | ||||||||||||||
| Зазор между концом опорного витка и соседним рабочим витком пружины сжатия, мм | λ | Устанавливается в зависимости от формы опорного витка | ||||||||||||||
| Внутренний диаметр пружины, мм | D 2 |  | ||||||||||||||
| Временное сопротивление проволоки при растяжении, МПа | R m | Устанавливается при испытаниях проволоки или по ГОСТ 9389 и ГОСТ 1071 | ||||||||||||||
| Максимальная энергия, накапливаемая пружиной, или работа деформации, мДж |  | Для пружин сжатия и растяжения без предварительного напряжения
Для пружин растяжения с предварительным напряжением
|
Методика определения размеров пружин
По величине заданной выносливости NF предварительно определяют принадлежность пружины к соответствующему классу
По заданной силе F 2 и крайним значениям инерционного зазора δ вычисляют по формуле (2) значение силы F 3
По значению F 3, пользуясь таблицей, предварительно определяют разряд пружины
По таблицам «Параметры пружин» находят строку, в которой наружный диаметр витка пружины наиболее близок к предварительно заданному значению D 1. В этой же строке находят соответствующие значения силы F 3 и диаметра проволоки d
Рабочая деформация пружины что это
ГОСТ 14192-77 Маркировка грузов
ТУ 3-592-90 Проволока высокопрочная пружинная коррозионно-стойкая из стали 08Х18Н7Г10АМЗ-ПД
ТУ 3-825-80 Проволока жаропрочная пружинная из сплава марки ХН77ТЮР (ЭИ 437Б)
ТУ 3-1002-77 Проволока пружинная коррозионно-стойкая высокопрочная
ТУ 14-131-819-90 Сортовой прокат из сплава марки ЭИ828-ВД (ХН70МВЮ-ВД)
ТУ АДИ 293-88 Проволока шлифованная из жаропрочного сплава ХН70МВЮ-ВД (ЭИ 828-ВД)
3 КЛАССИФИКАЦИЯ, ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И РАЗМЕРЫ
3.1 Винтовые пружины сжатия и растяжения по виду нагружения подразделяют на классы, указанные в таблице 1.
Выносливость в циклах не менее
Циклическое и статическое
3.2 Для пружин, работающих в циклическом режиме нагружения, инерционное соударение витков не допускается.
3.3 Отсутствие соударения витков у пружин сжатия определяют условием по формуле
, (1)
— критическая скорость пружин сжатия, м/с (соответствует возникновению соударения витков пружин от сил инерции).
3.4 По точности на контролируемые силы или деформации пружины подразделяют на три группы.
Допускается изготовление пружин с неконтролируемыми силовыми параметрами.
3.5 Назначение контролируемых геометрических параметров пружин должно быть технически обосновано с учетом размерных ограничений механизмов и необходимости обеспечения для производства тем больших возможностей варьирования геометрическими параметрами, чем более высокие требования предъявляются к точности на силы или деформации.
3.6 Допускается назначение предельных отклонений сил или деформаций и геометрических параметров по разным группам точности.
3.7 Для пружин с неконтролируемыми силами и деформациями предельные отклонения геометрических параметров назначают по одной из групп точности.
3.8 Наименования и обозначения параметров пружин должны соответствовать требованиям ГОСТ 2.401.
3.9 Способы определения параметров пружин указаны в таблице 2.
Наименование параметра и размерность
Сила пружины при предварительной деформации, Н (кгс)
Назначают или вычисляют по условиям работы механизма
Сила пружины при рабочей деформации, Н (кгс)
Наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или разгрузке, м/с
Выносливость (число циклов до разрушения)
Допускаемое касательное напряжение при рабочей деформации, МПа (кгс/мм )
Определяют для рабочей температуры по таблицам A.1 и A.2 (приложение А)
Наружный диаметр пружины, мм
Назначают предварительно с учетом конструкции узла или вычисляют по формуле
(2)
Диаметр проволоки или прутка, мм
(3)
Средний диаметр пружины, мм
(4)
(5)
Модуль сдвига, МПа, (кгс/мм )
Определяют по таблице А.5
Сила пружины при максимальной деформации, Н (кгс)
(6)
Максимальное касательное напряжение при кручении, МПа (кгс/мм )
(7)
Критическая скорость пружины сжатия, м/с
(8)
Плотность материала, кг/м (кгс·с /мм )
Определяют по таблице Б.1 (приложение Б)
* (9)
Число рабочих витков
(10)
Полное число витков
, (11)
Предварительная деформация, мм
(12)
Рабочая деформация, мм
(13)
Максимальная деформация (при соприкосновении витков пружин сжатия или при испытании пружин растяжения), мм
(14)
Длина пружины при максимальной деформации, мм
, (15)
Для пружин растяжения
(16)
Максимальная деформация, одного витка, мм
(17)
Длина пружины сжатия в свободном состоянии, мм
(18)
Длина пружины растяжения без зацепов в свободном состоянии, мм
(19)
Длина пружины при предварительной деформации (определяет габариты узла пружин сжатия), мм
(20)
Для пружин растяжения
(21)
Длина пружины при рабочей деформации (определяет габариты узла пружины растяжения без учета зацепов), мм
(22)
Для пружин растяжения
(23)
Шаг пружины после горячего заневоливания, мм
(24)
Для пружин растяжения
(25)
Пластическая деформация при горячем заневоливании, мм
(26)
Относительная пластическая деформация при горячем заневоливании
Назначают по таблице В.1 (приложение В)
Длина пружины под горячее заневоливание, мм
(27)
Для пружин растяжения
Шаг пружины под горячее заневоливание, мм
(28)
Для пружин растяжения
Длина развернутой пружины, мм
(29)
Для пружин растяжения
, (30)
(31)
Объем, занимаемый пружиной, мм
(32)
Внутренний диаметр пружины, мм
(33)
Зазор между концом опорного витка и рабочим витком, мм
При поджатии одного или более опорных витков
При поджатии 0,75 опорного витка
(34)
Толщина конца опорного витка, мм
Устанавливают в зависимости от формы опорного витка по ГОСТ 2.401