7. Выбор допускаемых напряжений

Значения допускаемых напряжений при проектировании упругих элементов в большой степени определяют их точность и на­дежность.

Основной характеристикой, с ко­торой связаны допускаемые напряжения, является предел упругости материалов:

(7.1)

где и — соответственно до­пускаемые напряжения на изгиб и кручение;

– предел упругости; — коэффициенты запаса по нормальным или касательным на­пряжениям.

Таблица 3

Если предел упругости материала при заданных температурах и нагрузочных режимах неизвестен, то значения допускаемых напряжений определяют по пределу текучести или прочности.

Коэффициент запаса п выбирают в зависимости от режима на­грузки. При определении допускаемых значений по пределу проч­ности используют ориентировочные значения (табл.3).

Коэффициенты запаса выбирают без учета несовершенств свойств упругости и температурного режима работы.

В табл.4 даны значения коэффициентов запаса прочности для некоторых материалов в зависимости от допустимого значения ги­стерезиса и температурного режима.

Таблица 4

При проектировании упругих чувствительных элементов с ли­нейной характеристикой допускаемые напряжения не должны быть больше предела пропорциональности для данного материала.

Значения допускаемых напряжений при проектировании упругих элементов в большой степени определяют их точность и на­дежность.

Основной характеристикой, с ко­торой связаны допускаемые напряжения, является предел упругости материалов:

(7.2)

где и — соответственно до­пускаемые напряжения на изгиб и кручение;

– предел упругости; — коэффициенты запаса по нормальным или касательным на­пряжениям.

8. Расчет упругих элементов

При проектировании упругих элементов определяют их геометрические размеры в зависимости от допускаемых напряжений (для обеспечения необходимых деформаций, сил или моментов) Для этого упругие элементы рассчитывают на жесткость или проч­ность.

Так как основные геометрические параметры определяют де­формации и напряжения в упругих элементах, целесообразно их размеры находить из совместного решения уравнений жесткости и прочности. Полученные в результате расчета геометрические параметры не всегда удовлетворяют конструктивным требованиям. После корректирования размеров упругого элемента выполняют проверочные расчеты.

Основные формулы проектировочного и проверочного расчетов находят из предположения, что деформация упругого элемента мала по отношению к его размерам; поэтому полученные выводы только приближенно можно распространить на конечные деформа­ции упругих элементов.

Многообразие требований, предъявляемых к формам, размерам, условиям эксплуатации упругих элементов, применяемых в при­боростроении, затрудняет их классификацию.

Обычно упругие элементы классифицируют на группы по гео­метрическим формам (прямые, винтовые, спиральные и др.) и по назначению (силовые — аккумуляторы энергии, измерительные — упругие чувствительные элементы и элементы для упругих связей).

Рассмотрим следующие виды упругих элементов: прямые, вин­товые, спиральные пружины, биметаллические, трубчатые, мем­бранные чувствительные элементы и сильфоны.

Прямые пружины. Чаще всего такие пружины выполняют с пря­моугольным и круглым сечениями. В зависимости от направления и характера действующих нагрузок материал пружин испытывает напряжения изгиба или кручения.

Рис. 10. Прямые пружины: а, б – при изгибе; в, г – при кручении

Рассмотрим прямые пружины (рис.10, а, б), работающие на изгиб. Такие пружины применяют, когда сила должна действовать в пределах небольшого прогиба (хода). Их используют в кон­тактных устройствах, щетках реостатов, в качестве упругих подвесов и опор с трением упругости. Для обеспечения надежной работы пружин, осо­бенно в условиях вибраций, их подвергают предваритель­ному прогибу, т. е. при мон­таже пружину нагружают си­лой, направление которой противоположно направлению действия рабочей нагрузки. В ре­зультате действия этой силы в материале пружины возникают остаточные деформации, пружина получает предварительный про­гиб (рис.10).