1.2. Розрахунок пружини. (гост 2.401-68*)

Пружина – деталь, що сприймає й віддає механічну енергію за рахунок використання пружності в період деформації. Пружини розділяють на гвинтові й негвинтові. За видом напруги розрізняють пружини стиску, розтягу й вигину. У більшості випадків застосовуються гвинтові пружини, навиті із круглого дроту, рідше – із дроту прямокутного або квадратного перерізу.

Загальні правила оформлення креслення:

Основні правила зображення встановлює ГОСТ 2.401-68. Гвинтові пружини, як провило, зображуються із правою навивкою в горизонтальному положенні. Витки гвинтової пружини зображують прямими лініями, що з'єднують відповідні ділянки контурів, а в розрізі – перерізів. Дійсний напрямок навивки вказують у технічних вимогах. На ескізах вісь пружини розташовують горизонтально, при чому витки гвинтової циліндричної або конічної пружини показують прямими лініями, що з'єднують відповідні дільниці контурів. Пружину в розрізі зображують прямими лініями, що з'єднують відповідні частини контурів. Гвинтову пружину із числом витків більше чотирьох показують спрощено. З кожного кінця показують один-два витка, не вважаючи опорних, і по всій довжині пружини через центри перетинів витків проводять осьові лінії. При перетині пружини менш 2 мм її зображують лініями товщиною 0,6…1,5 мм.

У гвинтової пружини, що працює на стиск, у вільному стані між витками є проміжок, що забезпечує її хід. Форма кінців пружини має бути такою, щоб прикладене зусилля не могло утворити момент, що викривляє пружину. Тому опорні витки пружин стиску із дроту великого діаметра підгинають і зішліфовують. Оскільки опорні витки не робочі, при розрахунку їх не враховують. На ескізі, крім зображення, розміщують діаграму випробовувань, на якій показують залежність навантаження від деформації. У технічних вимогах наводять додаткові дані, необхідні для виготовлення й контролю пружини. Гвинтові пружини на складальному кресленні показуються з врахуванням величини початкової деформації, а на робочому кресленні пружини кресляться у вільному стані. На кресленнях гвинтових пружин указують зовнішній D_{1 ,} внутрішній D₂ діаметр залежно від призначення пружини, а також довжину L у вільному стані; марку витків пружини приводять для довідок.

Розрахунок пружини розтягу:

При розрахунку пружини задані її осідання й зовнішнє навантаження; необхідно визначити діаметр дроту d, діаметр пружини D і кількість робочих витків n виходячи з умов міцності. При складанні ж ескізу реальної пружини з натури ці дані відомі. Виходячи з умови роботи витка циліндричної гвинтової пружини розтяну на крутіння визначають максимальне навантаження, на яке була розрахована пружина, використовуючи наступну залежність:

Вихідними величинами для визначення розмірів пружини становлять:

1. F₁ – сила пружини при попередній деформації, F₁ = 5 Н;

2. F₂ – сила пружини при робочій деформації, F₂ = 32 Н;

3. h – робочий хід пружини, h = 10 мм;

4. V_max – найбільша швидкість переміщення рухомого кінця пружини,

V_max= 4м/с;

5. N_f – витривалість пружини (число циклів до руйнування), N_f = 10⁷;

6. D₁ – зовнішній діаметр пружини, D₁ = 8÷10мм

Згідно з ГОСТ 13766-86 підтверджуємо, що при заданій витривалості пружину слід віднести до першого класу.

За формулою для визначення сили пружини при максимальній деформації,

користуючись інтервалом значень δ= 0,05 ÷0,25, знаходимо граничні значення

сили F₃, а саме:

F₃ = (F₂/(1-0,05)) ÷ (F₂/(1-0,10)) = 33,7 ÷ 35,6Н;

За заданими розмірами діаметра та знайденим вище силам F₃ зупиняємось на пружині з наступними даними (номер позиції 252):

F₃ = 33,5H;

d = 1 мм;

D₁ = 8,5 мм;

C₁ = 23,25 Н/мм;

S₃ = 1,441 мм.

Визначаємо жорсткість пружини:

С = (F₂ – F₁)/h = 2,7 Н/мм;

Визначаємо число робочих витків пружини:

n = C₁ /C = 9;

При 2 неробочих витків повне число витків знаходимо за формулою:

n₁ = n+n₂ = 11;

Визначаємо середній діаметр пружини:

D = D₁ – d = 7,5 мм;

Деформації, довжини і крок пружини відповідно обчислюємо за формулами:

S₁ = F₁ / C = 1,85 мм;

S₂ = F₂ / C = 11,85 мм;

S₃ = F₃ / C = 12,4 мм;

L₀ = (n₁ + 1)•d = 10 мм (без зачепів);

L₀ = L₀ + 2х(D₁-2d) = 23 мм (з зачепами);

L₁ = L₀ + S₁ = 24,85 мм;

L₂ = L₀ + S₂ = 34,85 мм;

L₃ = L₀ + S₃ = 35,4 мм;

t = d = 1 мм;

Довжина розгорнутої пружини визначається згідно з формулою:

L_нов= D•n₁•π = 266,9 мм;

Н а цьому закінчується визначення розмірів пружини і габаритів вузла.

Написи, які роблять на робочому кресленику (в даному випадку):

1. Пружина №252 ГОСТ 13770-86.

2. Напрям навивання пружини – правий.

3. Довжина розгорнутої пружини L=266,9 мм.

4. Число робочих витків n=9.

5. *Розміри та параметри для довідок.