Роганов Л.Л., Карнаух С.Г. Расчет пружин, рессор и пружинных амортизаторов
Подождите немного. Документ загружается.
12 101
Пружини з дроту діаметром до 8-10 мм або із стрічки завтовшки до
3 мм навивають в холодному стані з попередньо термооброблених вихідних
матеріалів і після виготовлення інколи піддають лише низькотемпературному
відпуску. Високо відповідальні пружини холодного навивання з легованих
сталей треба термообробляти (гартувати, відпускати) після навивання.
Пружини, для яких робоче навантаження постійне або змінюється з
обмеженим числом циклів, треба заневолювати - попередньо пружно -
пластично деформувати. Для цього їх протягом 10-50 годин навантажують
силою (у напрямі дії робочого навантаження), яка спричинює напруження
вище, ніж межа пружності.
Таблиця 2. 2 - Межі міцності сталевого пружинного дроту
Межа міцності при розтягу
В
σ
, МПа, для дроту
класів
Діаметр дроту d , мм
III II I
1 2 3 4
Менш ніж 0.3
1
1.5
2
3
4
5
6
7
8
1750—2250
1650 - 2100
1450—1850
1400—1800
1300—1650
1150—1500
1100—1400
1050—1350
1000—1250
1000—1250
2250—2700
2050—2500
1850—2200
1800—2100
1650—1950
1500—1750
1400—1650
1350—1600
1250—1450
1250—1450
2700—3100
2500—2850
2200—2500
2000—2300
1700—1950
1600—1850
1500—1750
------
------
-------
В результаті заневолювання зовнішні волокна витків дістають
залишкові деформації. При навантаженні пружини робочою силою ці
залишкові напруження частково компенсують робочі напруження, що
підвищує несучу здатність пружин на 20 - 25 %.
Деякі марки пружинної сталі, яка використовуються в промисловості,
характеризуються такими властивостями й умовами застосування [5,6].
Дріт класу I за ГОСТ 9389-75. Висока розривна міцність. Наявність
великих залишкових напружень від волочіння і навивання обумовлює появу
залишкових деформацій пружин при напруженнях
В
στ
32.0
3
〉
. При
к
νν
〉
max
залишкові деформації високі незалежно від застосування операції
заневолювання.
Дріт класів II і IIА за ГОСТ 9389-75 відрізняється від дроту класу I
меншою міцністю при розриві і підвищеною пластичністю. Застосовують для
Продовження таблиці А. 1
1 2 3 4 5 6
334 1.40 8.0 130.00 0.634
336 1.80 16.0 36.67 2.318
337 2.00 21.0 23.33 3.643
338
85.0
2.20 26.0 17.37 4.893
341 1.80 15.0 45.64 1.972
342 2.00 20.0 27.43 3.281
343
90.0
2.20 25.0 19.78 4.550
344 1.40 7.0 218.80 0.434
346 1.80 14.0 57.75 1.645
348
95.0
2.20 24.0 22.60 4.204
349 1.60 10.0 111.20 0.899
351 2.00 18.0 39.06 2.560
352 2.20 22.0 30.18 3.313
353
100
2.50 32.0 15.22 6.570
355 1.80 12.0 98.93 1.071
358
106
2.50 30.0 18.78 5.644
359 1.60 9.0 162.20 0.690
361 2.00 16.0 58.31 1.921
362 2.20 20.0 41.54 2.696
363
112
2.50 28.0 23.56 4.754
366 2.00 15.0 72.83 1.620
368 2.50 26.0 30.10 3.920
369
118
2.80 36.0 16.78 7.032
370 1.60 8.0 250.00 0.500
372 2.00 14.0 92.59 1.350
373 2.20 18.00 59.44 2.103
374 2.50 25.0 34.29 3.645
375 2.80 34.0 20.24 6.177
376
125
3.00 40.0 16.00 7.812
377 1.80 10.0 189.80 0.695
380 2.50 24.0 39.30 3.359
32.0 2.80 32.0 24.68 5.348
382
132
3.00 38.0 18.88 6.992
10 103
Ресори застосовують переважно у транспортних засобах, а також у
деяких конструкціях ковальсько - пресового обладнання. Із метою зменшення
напружень смугам надають зігнуту форму так, що у зібраному стані ресора
знаходиться з попередньою деформацією, протилежною тій, яка
спричиняється силами, що діють на ресору під час її роботи в машині. При
деформуванні ресори окремі смуги зміщуються одна відносно одної, що
зумовлює тертя між смугами, яке сприяє поглинанню енергії при коливаннях.
Прогин у ресорах досягає 300 мм. У подвійній ресорі (рис. 1.8,в) жорсткість
змінюється: при малих навантаженнях працює тільки головна ресора 1; при
зростанні навантаження деформація головної ресори збільшується й у роботу
включається ресора 2.
2 МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ПРУЖИН
Матеріали пружин повинні мати високі пружні властивості, достатню
міцність та стійкість проти втомного руйнування, а при роботі в умовах
підвищених температур - також задовільну термостійкість. Крім цього, за
умовами технології виготовлення пружин у більшості випадків зберігається і
вимога достатньої пластичності.
Пружини, що використовують у машинобудуванні, виготовляють із
таких сталей (табл. 2.1) [1,4,5]:
• високо вуглецевих та марганцевих марок - 65, 70, 75, 85, 65Г,
55ГС;
• інструментально - пружинних - У8А, У10А, У12А;
• спеціальних ресорно-пружинних кремнієвих - 55С2, 60С2, 70СЗ,
хромомарганцевої - 50ХГА, хромованадієвої - 50ХФА, нікель кремнієвої -
60С2Н2А та ін. [4].
Вуглецеві сталі відносно дешеві, відрізняються стабільністю своїх
властивостей, але мають низькі показники міцності та прогартовування. Тому
їх застосовують для пружин із розміром перерізу витків до 10-12 мм.
Марганцеві та кремнієві сталі мають підвищені характеристики міцності,
дещо краще прогартовування і тому можуть використовуватись для більших
за розмірами пружин із перерізом витків до 12-20 мм.
Найвищі показники міцності, прогартовування та теплостійкості
мають сталі, що леговані ванадієм та нікелем. Із цих сталей виготовляють
відповідальні пружини довільних розмірів. Пружини із деяких легованих
сталей задовільно працюють при температурах до 400°С (Сталь 50ХФА
використовується для виготовлення пружин клапанів газорозподілу у
дизелях). Заготовками для виготовлення пружин мають бути дріт, стрічка,
прутки та смуга з розглянутих вище сталей.
Таблиця А.2 - Пружини стиску і розтягу I класу розряду 3
(ГОСТ 13768-86). Матеріал: сталь 60С2А, 65С2ВА, твердість HRC 46-
52; сталь 50ХФА, твердість HRC 44-50
Діаметр, мм
Номер
пружини
Сила
пружини при
максимальній
деформації
3
F
, Н
дроту
d
зовнішньо
ї пружини
1
D
Жорсткість
одного
витка
1
c
,
Н/мм
Найбільший
прогин одного
витка
'
3
s , мм
1 2 3 4 5 6
1
2
3
4
5
140
150
160
170
180
3.0
40
38
36
34
32
16.00
18.88
22.54
27.22
33.18
8.750
7.945
7.098
6.245
5.425
6
7
190
3.0
3.5
30
45
41.15
20.98
4.617
9.056
8
9
200
3.0
3.5
28
42
51.84
26.30
3.858
7.604
10
11
212
3.0
3.5
26
40
66.57
30.85
3.185
6.872
12
13
224
3.0
3.5
25
38
76.07
36.51
2.945
6.135
14
15
236
3.0
3.5
24
36
87.46
43.71
2.698
5.399
16
17
18
250
3.0
3.5
4.0
22
34
52
118.30
52.89
23.15
2.113
4.727
10.800
20
21
265
3.5
4.0
32
50
64.82
26.30
4.088
10.080
22
23
24
280
3.0
3.5
4.0
20
30
48
164.60
80.64
30.05
1.701
3.473
9.318
26
27
300
3.5
4.0
28
45
102.00
37.14
2.941
8.078
28 3.0 18 240.00 1.312
29 3.5 26 131.70 2.392
30 4.0 42 46.65 6.752
31
315
4.5 60 24.01 13.120
8 105
кільцями виникає тертя. При знятті навантаження кільця повертаються в
початковий стан, тому що кут
1512−=
β
° більше кута тертя і пружини
змазані. Внаслідок цього кільцеві пружини мають високу здатність
амортизувати поштовхи й удари.
Тарілчасті пружини застосовують для великих навантажень при
відносно малих габаритних розмірах, наприклад, як буфери у різних
амортизаторів. Перевага тарілчастих пружин - можливість регулювати
жорсткість шляхом установки необхідної кількості дисків; недолік -
складність з'єднання деталей із такими пружинами. Пружини (рис. 1.5,б)
складаються із комплекту тонких усічених конусів із кутом
62 −=
ϕ
°.
Деформація одного конусного диску під навантаженням не повинна
перебільшувати 0.8 його висоти. Пружина може складатися з послідовно
набраних елементів із проміжними шайбами або з пакетів елементів.
а б
Рисунок 1.5 - Конструкції кільцевих і тарілчастих пружин
Блокові пружини з пружними елементами з гуми відрізняються
простотою конструкції, малими відносними габаритними розмірами, високою
здатністю амортизації і низькою вартістю. Вони являють собою монолітні
частини гуми, до яких шляхом вулканізації або приклеювання приєднані
металеві опорні частини. Пружини з отвором (рис. 1.6,б) більш податливі, ніж
суцільні (рис. 1.6,а), краще відводять теплоту; збірні (рис. 1.6,в) - мають
підвищену подовжню стійкість; конічні (рис. 1.6,г) - нелінійну
характеристику. У якості матеріалу для пружин застосовують композитивні
суміші 2671, 3703, 1847 та ін. Недолік - приклеєні до гумового блока металеві
опорні деталі підвищують жорсткість з'єднання.
Продовження таблиці А. 2
1 2 3 4 5 6
72 4.0 24 320.00 1.750
73 4.5 34 159.70 3.506
74 5.0 45 97.66 5.734
75 5.5 60 56.53 9.906
76
560
6.0 80 32.01 17.490
77 4.0 22 439.00 1.367
78 4.5 32 197.30 3.041
79 5.0 42 123.40 4.862
80 5.5 55 75.44 7.953
81
600
6.0 75 39.45 15.210
83 4.5 30 246.90 2.552
84 5.0 40 145.80 4.321
85 5.5 52 91.03 6.921
86
630
6.0 70 49.39 12.760
87 4.0 20 625.00 1.072
88 4.5 28 316.40 2.118
89 5.0 38 173.90 3.852
90 5.5 50 103.80 6.455
91
670
6.0 65 63.10 10.620
92 4.5 26 412.60 1.721
93 5.0 36 209.80 3.384
94 5.5 48 119.20 5.956
95
710
6.0 63 70.00 10.140
96 4.5 25 476.00 1.576
97 5.0 34 256.30 2.926
98 5.5 45 148.50 5.050
99
750
6.0 60 82.30 9.113
100 4.5 24 553.00 1.447
101 5.0 32 317.50 2.520
102 5.5 42 188.20 4.362
103
850
6.0 55 110.00 7.273
104 7.0 90 41.96 19.060
105 4.5 22 764.50 1.112
106 5.0 30 400.00 2.125
107 5.5 40 222.80 3.815
108
850
6.0 52 133.00 6.391
6 107
Додаток Б
Таблиця Б. 1 - Циліндричні гвинтові пружини кручення
Клас точності за ГОСТ 9389-60
III II I
2
D
,
мм
d ,
мм
d
D
c =
2
2
10
−
M
Н м
M
ϕ
град
2
2
10
−
M
Н м
M
ϕ
,
град
2
2
10
−
M ,
Н м
M
ϕ
,
град
1 2 3 4 5 6 7 8 9
2
0.2
0.3
0.4
11.0
7.7
6.0
0.03
0.10
0.23
8.5
5.2
3.9
0.04
0.13
0.30
10.1
6.8
5.1
0.05
0.16
0.36
12.2
8.2
6.2
2.5
0.2
0.3
0.4
0.5
13.5
9.3
7.2
6.0
0.03
0.10
0.24
0.45
9.7
6.5
4.9
3.9
0.04
0.13
0.31
0.59
12.6
8.5
6.4
5.1
0.05
0.16
0.37
0.71
15.2
10.2
7.7
6.2
3
0.3
0.4
0.5
0.6
11.0
8.5
7.0
6.0
0.10
0.25
0.46
0.78
8.5
5.8
4.7
3.9
0.13
0.32
0.60
0.97
18.1
7.6
6.1
4.9
0.16
0.38
0.73
1.22
12.2
9.2
7.4
6.2
4
0.3
0.4
0.5
0.6
0.8
14.3
11.0
9.0
7.7
6.0
0.10
0.25
0.47
0.81
1.17
10.1
8.5
6.2
6.2
3.8
0.13
0.32
0.61
1.00
1.46
13.1
10.1
8.1
6.5
4.7
0.17
0.39
0.75
1.26
1.9
15.8
12.2
9.8
8.2
6.1
5
0.4
0.5
0.6
0.8
1.0
13.5
11.0
9.3
7.2
6.0
0.25
0.48
0.82
1.20
3.31
9.6
7.0
6.6
4.6
3.7
0.32
0.63
1.02
1.50
4.17
12.5
9.0
8.1
5.8
4.6
0.39
0.76
1.29
1.95
5.34
15.1
12.3
10.3
7.5
5.9
6
0.5
0.6
0.8
1.0
1.2
13.0
11.0
8.5
7.0
6.0
0.49
0.84
1.22
3.38
5.53
9.3
7.8
5.6
4.3
3.5
0.64
1.04
1.52
4.26
7.00
12.1
9.7
7.0
5.5
4.3
0.77
1.31
1.99
5.46
8.85
14.6
12.2
9.1
7.0
5.6
8
0.6
0.8
1.0
1.2
1.5
14.3
11.0
9.0
7.7
6.3
0.85
1.25
3.49
5.73
10.18
10.3
7.4
5.8
4.7
3.5
1.05
1.57
4.39
6.80
13.8
12.8
9.2
7.3
5.9
4.8
1.33
2.04
5.63
9.16
16.0
16.1
12.0
9.3
7.5
5.5
Рис
у
нок 1.2 – Класи
ф
іка
ц
ія п
ру
жин основних типів
4 109
1 ПРИЗНАЧЕННЯ ТА КОНСТРУКЦІЇ ПРУЖИН І РЕСОР
1.1 Призначення пружних елементів
Пружними елементами називаються деталі з високою піддатливістю
при мінімальній масі і габаритах (пружини, ресори, гумові вироби, робоча
рідина та ін.), що використовуються для амортизації поштовхів і ударів,
демпфірування коливань, акумулювання енергії за рахунок сил пружних
деформацій та ін.
Пружини належать до розповсюджених деталей, що
використовуються в різних машинах, механізмах та приладах. Пружні
з'єднання застосовуються в сільськогосподарських машинах, автоматах,
двигунах внутрішнього згоряння, транспортних машинах і будівельних
конструкціях, годинниках і механізмах приладів та ін. Вони виконують
інколи дуже відповідальні та складні функції. Пружні властивості пружин
дають змогу використовувати їх у таких випадках:
а) для створення потрібних постійних сил (у натискних та натяжних
пристроях передач тертям, муфтах, гальмах, клапанах);
б) для акумулювання механічної енергії попереднім деформуванням
пружин (пружинні двигуни приладів часу та інші пристрої);
в) для віброізоляції та амортизації ударів за рахунок пружних
характеристик відповідним чином підібраних пружин (у транспортних
засобах, опорних пристроях чутливих елементів приладів та ін.);
г) для вимірювання сил, що здійснюється фіксацією пружних
деформацій пружин (динамометри та інші вимірювальні прилади) [1].
Пружне з'єднання деталей 1 і 2 (рис. 1.1) здійснюється за допомогою
пружної деталі 3 - пружини (а) або ресори (б), встановленою між ними.
Рисунок 1.1 - Пружини та ресори
Додаток В
Таблиця В. 1 – Параметри та розміри тарілчастих пружин типів
1 і 3 (ГОСТ 3057 – 90)
Сила F , Н при
деформації
Номер пружини
Сила F
3
,Н
Зовнішній діаметр
пружини D
1
, мм
Внутрішній діаметр
пружини D
2
, мм
Товщина пружини t,
мм
Максимальна
деформація s
3
, мм
Висота пружини l
0
,
мм
3
2.0 s
3
4.0 s
3
6.0 s
3
8.0 s
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
001 8.0 3.55 0.30 0.25 0.55 39 70 94 114
002
132
14.0 7.20 0.35 0.45 0.80 58 94 115 126
003 6.3 3.55 0.30 0.14 0.44 32 60 87 112
004
140
8.0 4.10 0.30 0.25 0.55 42 75 101 122
005 10.0 4.00 0.40 0.20 0.60 36 69 99 127
006 12.5 6.20 0.35 0.45 0.80 70 116 142 155
007
160
16.0 8.20 0.40 0.50 0.90 71 117 144 158
008 200 10.0 4.00 0.40 0.25 0.65 50 92 129 162
009 9.0 5.60 0.40 0.20 0.60 59 111 160 205
010 10.0 5.00 0.40 0.30 0.70 71 128 175 215
011 14.0 7.00 0.50 0.30 0.80 64 118 167 210
012 18.0 9.20 0.45 0.60 1.05 103 166 202 218
013
250
20.0 10.2 0.50 0.65 1.15 120 196 239 261
014 9.0 5.60 0.40 0.25 0.65 80 147 207 260
015
315
20.0 8.00 0.55 0.65 1.20 131 218 272 305
016 9.0 5.60 0.50 0.15 0.65 77 152 224 294
017 10.0 4.00 0.50 0.25 0.75 89 169 242 311
018 12.5 6.30 0.50 0.35 0.85 100 183 253 314
019
355
20.0 10.0 0.55 0.65 1.20 143 237 297 332
020 8.0 3.70 0.50 0.17 0.67 91 177 260 341
021
400
10.0 5.00 0.50 0.25 0.75 97 184 264 338
022 16.0 8.00 0.60 0.40 1.00 117 215 299 374
023 20.0 8.00 0.60 0.70 1.30 181 302 378 425
024
450
22.5 11.2 0.60 0.80 1.40 205 333 403 435
025 10.0 5.00 0.55 0.23 0.78 113 218 317 411
026 12.5 7.50 0.50 0.40 0.90 141 253 342 417
027
500
18.0 9.00 0.60 0.55 1.15 155 270 357 424
028 10.0 4.20 0.60 0.25 0.85 148 286 415 539
029 16.0 8.00 0.67 0.43 1.10 172 318 444 557
030 20.0 10.0 0.67 0.63 1.30 204 355 466 551
031
630
25.0 12.2 0.70 0.90 1.60 281 460 562 614
2 111
УДК 62 - 272 – 82
Навчальний посібник до курсового та дипломного проектування для
студентів механічних спеціальностей. Розрахунок пружин, ресор та пружних
амортизаторів / Роганов Л.Л., Карнаух С. Г. – Краматорськ: ДДМА, 2000. -
112 с.
Методичний посібник включає стислі відомості про теоретичні
передумови до розрахунку та методи розрахунку найбільш поширених типів
пружин, приклади розрахунків і необхідні довідкові матеріали.
Л.Л. Роганов, С.Г. Карнаух
Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний
посібник для студентів вищих навчальних закладів освіти від 01.06.2000
Продовження таблиці В. 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
077 28.0 12.0 1.5 0.75 2.25 937 1780 2550 3273
078 31.5 11.0 1.7 0.70 2.40 916 1765 2565 3330
079 35.5 16.0 1.0 1.05 2.65 1120 2063 2874 3596
080 45.0 25.0 1.6 1.40 3.00 1239 2190 2910 3490
081
4000
50.0 20.0 1.8 1.40 3.20 1132 2035 2767 3383
082 25.0 14.0 1.6 0.50 2.10 996 1947 2867 3760
083 50.0 25.0 1.8 1.45 3.25 1304 2332 3150 3830
084
4500
63.0 31.0 1.8 2.35 4.15 2007 3280 3990 4340
085 31.5 16.0 1.8 0.65 2.45 1110 2150 3150 4115
086
5000
50.0 28.0 1.8 1.50 3.30 1490 2650 3560 4300
ПЕРЕЛІК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1 Павлище В.Т. Основи конструювання та розрахунок деталей
машин: Підручник. – К.: Вища школа, 1993. –556 с.
2 Детали машин в примерах и задачах / Ничипорчик С.Н.,
Корженцевский М.И., Калачев В .Ф. и др. – Минск: Вышейш. школа, 1981. –
432 с.
3 Радчик А.С., Буртовский И.И. Пружины и рессоры. – К.:
Техника, 1973. – 120 с.
4 Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно –
методическое пособие: В 2 кн. - Кн. 2 / Под ред. П.Н. Учаева. – Изд. 3 – е,
испр. – М.: Машиностроение, 1988. – 560 с.
5 Анурьев В.И. Справочник конструктора –
машиностроителя: В 3 –х т. Т. 3. – 5 – е изд., перераб. и доп. – М.:
Машиностроение, 1979. – 557 с.
6 ГОСТ 13764-86. Пружины винтовые цилиндрические сжатия
и растяжения из стали круглого сечения. Классификация.- Взамен ГОСТ
13764-68; Введ. 01.01.86. – М.: Изд-во стандартов, 1986.
7 ГОСТ 13765-86 – ГОСТ 13776. Пружины винтовые
цилиндрические сжатия и растяжения 1 – 3 класса, разряда 1 – 3 из стали
круглого сечения. Обозначение параметров, методика определения размеров.
Основные параметры витков.- Взамен ГОСТ 13765 – 68 – ГОСТ 13776 - 68;
Введ. 01.01.86. – М.: Изд-во стандартов, 1986.
8 Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. – Л.:
Машиностроение, 1979. – 520 с.
9 ГОСТ 3057-90. Пружины тарельчатые. Общие технические
условия. – Взамен ГОСТ 3057-79; Введ. 01.01.90. - М: Изд-во стандартов,
1990.