на что влияет индекс пружины

Что такое индекс пружины?

Индекс пружины C равен отношению среднего диаметра витка к диаметру проволоки. Низкий индекс соответствует более высокой кривизне намотки проволоки, большей неоднородности распределения напряжений и самому высокому остаточному напряжению.

Как найти диаметр пружины?

Di (Внутренний диаметр): внутренний диаметр пружины может вычисляться путем вычитания из значения внешнего диаметра пружины величины диаметра проволоки, умноженной на два. Допустимое отклонение для этого параметра составляет +/- 2 % (для сведения).

Какая величина называется индексом пружины?

d — диаметр проволоки, мм; С — индекс пружины, который равен отношению среднего диаметра пружины к диаметру проволоки: С = Dm / d.

Как определить средний диаметр пружины?

n1 = n + n2 =18,5 + 1,5= 20. По формуле (9) определяем средний диаметр пружины: D = 11,5 — 1,4 = 10,1мм.
…
Главная

Наименование параметра	Обозначение	Расчетные формулы и значения
13. Максимальная деформация одного витка пружины, мм	s’3 (при F0=0) s»3 (при F0>0)	Выбирается по таблицам ГОСТ 13764-86-ГОСТ 13776-86

Как считаются витки пружины?

Количество «витков всего» (n1) = количество «рабочих витков» (n0) + количество «поджатых витков». Таким образом, вычитая число «поджатых витков» из числа «витков всего» — вы получите количество «рабочих витков» (n0), то есть число витков непосредственно влияющих на силовую характеристику пружины.

Как определить шаг пружины?

перемещение одного витка s3, что позволяет определить шаг пружины в свободном состоянии t = d + s3.

Что такое пружины сжатия?

Пружины сжатия – элементы крепежа, принцип действия которых основан на уменьшение своей длины под определенной нагрузкой. При этом витки без нагрузки совсем не касаются друг друга. Это сделано специально для того, чтобы сохранить необходимую энергию.

Какие бывают виды пружин?

Различают следующие типы пружин:

Как рассчитать длину развернутой пружины?

Берете пружину, отрезаете один виток. Распрямляете этот кусочек, получаете наклонный отрезок — он же гипотенуза прямоугольго треугольника с катетами а=шаг пружины и b=пи*d. И счиатете длину по теореме пифагора. Потом умножить на количество витков.

Каковы возможные дефекты пружин?

Основные дефекты пружин следующие:

Как зависит жесткость пружины от количества витков?

Жесткость пружины определяется как сила требуемая для сжатия (или удлинения пружины) на единицу длины. Если витков скажем 10, то для сжатия пружины на 1см каждый виток должен сжаться на 1 мм (допустим пружина не прогрессивная), а если их уже 9, то сжаться придется на 1 1/9 мм.

Как работает пружина на сжатие?

Пружины сжатия — рассчитаны на уменьшение длины под нагрузкой. Витки таких пружин без нагрузки не касаются друг друга. Концевые витки поджимают к соседним и торцы пружины шлифуют. Длинные пружины сжатия, во избежание потери устойчивости, ставят на оправки или стаканы, либо используют менее габаритные волновые пружины.

Источник

Виды пружин сжатия и их параметры

Пружины сжатия наиболее применяемый вид в современной промышленности и автомобилестроении. Благодаря своей конструкции такой вид изделий имеет высокую чувствительность к прикладываемым усилиям, поэтому довольно часто они являются частью манометрической техники и весовых приборов.

Основное назначение пружин сжатия – это накопление энергии, которая вырабатывается в процессе ее сжимания, необходимой для последующего противостояния прикладываемой нагрузке. После окончания воздействия внешних сил изделие восстанавливает свою начальную форму.

Виды пружин сжатия

По конфигурации исполнения различаются следующие виды пружин сжатия:

Для изготовления данных изделий используются определенные марки пружинных сплавов: 60С2А, 55С2, 65Г, Ст70. Диаметр применяемой проволоки (круглой формы) варьируется в диапазоне 0,3-40 мм. Включение термообработки в технологический процесс производства позволяет получать изделия, сохраняющие свою форму и упругие свойства в течение всего времени применения.

Параметры пружины сжатия

Для описания соответствующих характеристик пружины сжатия используются следующие параметры:

Пружины сжатия, конструкции

Цилиндрические пружины

Наиболее распространенный вид используемых пружин имеет форму цилиндра. Для корректной работы данного вида пружины сжатия особенное значение уделяют конструкции крайних витков изделия. Форма этих узлов должна соответствовать определенным параметрам:

плоскость конечного витка должна иметь ровную форму, которая позволяет равномерно распределить опорное усилие, быть перпендикулярной к осевой линии изделия. Такие конструкционные особенности позволяют получить приложение нагрузки в полном объеме, а не одной точке; крайние витки в обязательном порядке изготавливаются в форме законченного кольца, что позволяет избежать смещения нагрузки от центра пружины (появления перекоса); конструкционное исполнение пружинного изделия своей формой должно максимально помогать определению центровки при его установке в опорных деталях.

Конические пружины

Используются в случаях, когда требуется увеличение показателя жесткости с повышением силы сжатия. Данная способность обусловлена разницей диаметров имеющихся витков. Первыми в деформацию включаются самые крупные элементы пружины, которые ложатся на опорную плоскость и тем самым исключаются из рабочего цикла. Жесткость оставшейся пружины многократно увеличивается в связи с уменьшением ее длины и диаметра оставшихся задействованных витков.

Призматические пружины

Характеристики пружин сжатия

Для каждой выпускаемой пружины сжатия имеются определенные характеристики, которые учитываются при подборе места установки пружинного изделия, метода его крепления.

Жесткость

Качественный показатель, характеризующий зависимость возможной деформации изделия от прилагаемой к нему нагрузке. Для пружин сжатия деформация возрастает пропорционально приложенной силе сжимания. В графическом изображении данная зависимость имеет вид прямой линии.

Коэффициент

Указывает на отношение усредненного диаметра изделия к диаметру применяемого материала (проволоки круглого сечения). При увеличенном значении этого параметра появляется риск появления излишнего изгиба при полном сжимании пружины.

Степень нагрузки

При изготовлении пружинного изделия используемый материал подвергается воздействию скручивания, при этом получает определенную нагрузку. Во время изгибания готовое изделие также получает дополнительную нагрузку, которая игнорируется до достижения угла наклона в 10 градусов. При превышении суммарного показателя нагрузки существует риск разрушения пружинного изделия.

Количество витков

Данный параметр влияет пропорционально на величину жесткости изделия. Чем больше активных витков, тем выше показатель жесткости. Минимальное их количество не должно быть меньше двух.

Высота пружины в сжатом и в свободном состояниях

Геометрические показатели изделия, по которым определяется место его установки и способы крепления.

Направление навивки

Существуют два типа укладки витков:

Для жестко закрепленных изделий направление навивки должна быть направлена в противоположные стороны. В случае расположения пружины над резьбой направление навивки должно быть противоположно направлению резьбы.

Источник

Перевод статьи о подвеске автомобиля. Часть 1

В койловерах применяются пружины сжатия. Для дальнейших рассуждений определимся с обозначениями пружин и основными их характеристиками:

Диаметр витка (Dw)
Диаметр «проволоки» из которой сделана пружина.

Средний диаметр пружины (Dm)
Диаметр пружины измеренный по оси «проволоки
«, из которой изготовлена пружина. Видно, что справедливо равенство: Dm = Di + Dw

Количество активных витков пружины (Na)
Количество активных витков пружины показывает какой количество витков воспринимает нагрузку. Обычно это число равно полному количеству витков пружины за минусом двух. Эти два витка, не дают вклада в общую жесткость пружины.

Формула расчета коэффициента жесткости пружины:

k = G * (Dw)^4 / 8 * Na * (Dm)^3

45 ГПа)
(небольшое отступление. в оригинале статьи использовали термин «torsional modulus»(модуль кручения), вместо термина модуль сдвига, это разные вещи). Модуль сдвига это отношение касательного напряжения к сдвиговой деформации, т.е. G = (действующая сила/площадь, на которую сила действует) / (смещение / начальная длинна). Формула немного сложная для понимания, но, если учесть, что модуль сдвига есть в таблицах и нет необходимости его высчитывать, то все встает на свои места. В исходном тексте статьи приведен пример, где G = 11250000psi, если перевести в Па, то получим 77,57ГПа (практически наша пружинная сталь, но в оригинале статьи упоминается какая то сталь без указания марки с повышенным содержанием хрома и углерода)

Дальше в оригинале статьи приводится табличка, в которой наглядно показано что как изменяется, при изменении членов этого уравнения. Мы тут все русские люди, изучавшие математику в школе и прекрасно понимающие как работают дроби, позвольте мне тут эту таблицу не приводить и так все понятно.

Точно так же, глядя на формулу мы видим, что увеличение диаметра при прочих одинаковых параметрах ведет к увеличению жесткости пружины и наоборот.

Таким образом можно для себя отметить важные моменты:
1. При заданных длине и диаметре пружины менее жесткая пружина будет иметь большее количество витков, и как следствие меньший ход. Т.е. для сохранения величины хода менее жесткую пружину необходимо делать выше.
2. При заданной жесткости пружины и ее высоте больший диаметр пружины (которая требуется для большего в диаметре амортизатора) будет иметь меньшее количество витков и как следствие больший ход.

Представленные на рынке пружины имеют разную высоту, диаметр и жесткость. Но при этом надо принять во внимание, что разница между 2,5″ и 3″ пружинами при одинаковой жесткости и высоте по остальным параметрам столь не значительна, что в этом случае диаметр не может являться основным фактором, на основе которого принимают решение о покупке того или иного варианта.

Практически жесткость пружины можно узнать непосредственно измерив соответствующие значения: (кг/мм) = Сила(кг)/Деформация(мм)

Жесткость пружины может быть постоянной величиной или переменной (имеется в виду зависимость от деформации). Пружины, которые не меняют свою жесткость от деформации получили название линейные ( * ) Также существуют пружины, которые изменяют свою жесткость в зависимости от деформации, это так называемые прогрессивные пружины. Как правило прогрессивные пружины имеют разный диаметр витков по высоте. Здесь мы не будем рассматривать такие пружины, т.к. в койловерах они не применяются.

( * )В действительности же, если мы начнем измерять жесткость линейной пружины, то в первые и последние 10% ее хода жесткость будет отливаться от остальных 80%. Этот момент так же приходится учитывать.

Высота в свободном состоянии (Lo)

Высота в свободном состоянии это измеренная высота пружины, на которую не действует нагрузка. Теоретически задается производителем при изготовлении пружины.
Существует зависимость количества витков пружины, которые можно изготовить от диаметра пружины. Например, слишком длинная пружина при небольшом диаметре не будет деформироваться под нагрузкой как задумано, что приведет к невозможности выполнять свои функции в полной мере. Именно по этой причине 18″ пружины диаметром 3″ существуют, а диаметром 2″ их нет.

Для создания пружины с различной высотой в свободном состоянии, но с одинаковой жесткостью производитель просто увеличивает расстояние между витками. Т.е. параметры: диаметр проволоки, из которой изготовлена пружина, диаметр витка и количество витков остаются без изменений, изменяется только высота в свободном состоянии.

При нормальной эксплуатации (т.е. при использовании пружины в условиях, которые предусматривал разработчик) высота пружины в свободном состоянии меняться не должна.

Высота в сжатом состоянии(Lc)
Высота в сжатом состоянии это высота,меньше которой пружина сжаться не в состоянии без ее разрушения. В этом состоянии витки пружины прижаты друг к другу.

Ход пружины (Sc)
Ход пружины это разница между высотой пружины в свободном состоянии и высотой пружины в сжатом состоянии.

Предельная нагрузка (Fc)
Предельная нагрузка это нагрузка, при превышении которой не происходит деформации пружины без ее разрушения. При приложенной предельной нагрузки к пружине измеряют высоту в сжатом состоянии. Именно предельная нагрузка вызывает смыкание витков пружины. Это очень важный параметр. Он говорит нам о том, какую максимальную нагрузку способна выдержать пружина вовремя своей работы. Без этой информации не обойтись при проектировании длинно ходовых подвесок, в которых необходимо сделать ход колеса максимальным.

Двойные пружины
Можно с уверенность сказать, что проектирование подвески это прежде всего поиск нужного баланса. С одной стороны пружина должна быть достаточно мягкая для перемещения по дорогам с большими ямами, выступами, хода подвески должно быть достаточно для компенсации перепадов рельефа. Пружина должна обеспечивать достаточный комфорт для перемещения по рельефу подобного типа. С другой стороны жесткость пружины должна быть достаточной для того, чтобы сохранить контроль при быстром движении по неровной дороге, прохождении поворотов, торможении и т.д. В общем жесткая пружина требуется именно тогда, когда мы говорим о скоростном перемещении.

Ki = (Km * Kt) / (Km + Kt)

Ki = суммарная начальная жесткость составной пружины
Km = жесткость мягкой пружины
Kt = жесткость жесткой пружины

Жесткость составной пружины, в случае, когда DRS уперлась в ограничительной кольцо, просто равняется жесткости жесткой пружины.

Примечание: в оригинале статьи введены понятие tender spring и main spring. Судя по фото main spring это мягкая пружина, tender spring это жесткая пружина. Но дальше в статье эти понятия были перепутаны, в частности в вышеприведенной формуле.

На этом про пружины хватить, определимся с некоторыми терминами и двинемся дальше:

Полная нагрузка колеса на поверхность (CW)
Усилие, с которым автомобиль давит на грунт одним из колес. Надо учесть, что это не просто общая масса автомобиля, поделенная на четыре. Данный параметр показывает распределение нагрузки автомобиля на поверхность.

Нагрузка от подрессоренной массы на одно колесо (CSW)
Нагрузка, которая приходится на каждую пружину. Так же как и предыдущий, указанный параметр показывает распределение нагрузки на подвеску.

Нагрузка от не подрессоренной массы на поверхность (CUW)
Нагрузка от не подрессоренной части автомобиля, приходящаяся на одно колесо. Можно сказать, что численно равно сумме масс: колеса в сборе, тормозному суппорту, половине массы моста, половине массы рычага, массе амортизатора и пружины.

Точка перехода(SUR)
Значение в процентах. Показывает в какой момент в составной пружине начинает работать жесткая часть.

SUR = Жесткость жесткой пружины / Жесткость составной пружины* 100% = (Kf / Ki) *100%

Возрастающая жесткость
Термин имеет отношение к элементам подвески, которые дают свой положительный вклад в жесткость, это могут быть, к примеру демпферы, пружины, подрессорные листы и т.д. Термин известен, как прогрессирующая жесткость.

Уменьшающаяся жесткость
Как не трудно догадаться это полная противоположность возрастающей жесткости. Т.е. есть элементы, жесткость которых падает по мере хода подвески. Термин известен как регрессирующая жесткость.

Дальше мы будем говорить как раз об углах, размерностях и взаимном положении отдельных элементов подвески.

Источник

Определение характеристик витых пружин растяжения и сжатия

Страницы работы

Содержание работы

15. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВИТЫХ ПРУЖИН

РАСТЯЖЕНИЯ И СЖАТИЯ
(лабораторная работа № 15)

Цель работы: исследование зависимости изменения деформации пружин растяжения и сжатия от геометрических и силовых параметров, ознакомление с типами пружин, их конструкциями.

Краткие теоретические сведения

По форме и конструкции пружины бывают витые, цилиндрические и конические, тарельчатые, кольцевые, стержневые, блочные, спиральные, плоские, рессоры.

По виду нагружения различают пружины растяжения, сжатия, кручения и изгиба.

Примерная классификация пружин по указанным признакам приведена на (рис. 15.1)

В машиностроении чаще используются пружины из круглой проволоки, так как они дешевле других, лучше работают на кручение. Пружины с витками квадратного и прямоугольного сечения (рис. 10.1,в ) применяют при больших нагрузках, а также когда из-за сложности навивки пружины нужно вырезать из трубы. Это пружины сжатия. В массовом и крупносерийном производстве витые пружины изготавливают на специальных станках-автоматах. В остальных случаях производят на токарных станках.

Технология навивки зависит от индекса изготовляемой пружины. Для пружин с витками круглого сечения индекс , где D – средний диаметр пружины и d – диаметр проволки. Чем меньше индекс c, тем труднее навивать пружины. Обычно c = 4 – 12.

Пружины заневоливают с целью повышения их несущей способности. Заневоливание – это технологический прием, заключающийся в том что, пружину на определённое время (6 – 48 ч ) предельно нагружают до соприкосновения витков при этом в наружных наиболее нагруженных слоях витков возникают остаточные деформации (остаточные напряжения), по знаку противоположные рабочим, в результате чего наибольшие суммарные напряжения снижены.

Пружины сжатия навивают так называемой открытой навивкой, обеспечивающей определенный зазор между витками (рис. 15.1, б, в, г).

Рис. 15.1 Классификация пружин

Пружины растяжения делают с закрытыми витками, плотно прилегающими друг другу (рис. 15.1, а).

Чтобы витки плотно прилегали, проволку в прочесе навивания натягивают, подвергая её тем самым упругой деформации растяжения. Такая навивка называется закрытой. При снятии готовой пружины с оправки происходит упругая отдача материала, пружина раздается в диаметре, и витки настолько плотно прилегают друг к другу, что вся пружина приобретает предварительное натяжение, вследствие чего увеличивается её несущая способность.

Пружины растяжения диаметром до 3 мм обычно выполняют с прицепами в виде изогнутых витков (рис. 15.2, а, б). В метах отгиба концентрируются напряжения, что снижает несущую способность пружины. Поэтому для ответственных сильно напряженных пружин применяют прицепы с коническим переходом (рис.15.2, в), закладные прицепы с заделкой (рис. 15.2, г) и крепления с помощью пластин (рис. 15.2, д). Наиболее совершенно крепление ввертными винтовыми пробками с крючками (рис.15.2, е) для пружин с диаметром проволки свыше 5 мм.

Для того чтобы нагрузка на пружину сжатия передавалась по оси пружины и чтобы уменьшить напряжения изгиба концевых винтов, их поджимают к соседним виткам, а торцевые поверхности пружины шлифуют перпендикулярно её оси.

Пружины сжатия, у которых (длина пружины в свободном состоянии), в процессе работы могут выпучиваться (рис. 15.3, а), поэтому их необходимо ставить на оправки или монтировать в направляющих стаканах (рис. 15.3, в) (реже – большего числа) вложенных одна в другую цилиндрических пружин. Уменьшают габариты конструкции.

Применяются также многожильные пружины из двух, трёх и большего числа проволок, свитых в трос (см. сечения тросов на рис. 15.3, б),

Конические пружины могут иметь витки круглого (рис.15.1, г) и прямоугольного сечений с большим отношением сторон. Последние навивают из полосовой стали и называют телескопическими (рис. 15.1, д).

Шаг витка, угол подъёма витков и длины рабочей части пружины рассматривают отдельно в ненагруженном и нагруженном состояниях.

Чем податливее должна быть пружина, тем большим берут индекс пружины c и число витков. Индекс пружины выбирают в независимости от диаметра проволоки в следующих пределах.

Увеличив индекс пружины, можно при той же жесткости сократить габариты пружины по длине за счёт увеличения диаметра, и наоборот, уменьшив индекс пружины, можно уменьшить диаметр пружины за счёт увеличения длины.

в г

д е

Рис. 15.2. Прицепы пружин растяжения: а, б – изогнутые витки; в – с коническим переходом; г, д – закладные, е – ввертные винтовые пробки.

Силовые факторы, действующие в любом поперечном сечении пружин растяжения и сжатия, сводятся к моменту вектор которого перпендикулярен оси пружины и силе действующей вдоль оси пружины (рис. 15.4).

Момент M раскладывается на крутящий Т и изгибающий М моменты:

(15.1)

а б

Рис. 15.3. Способы установки пружин сжатия: а – без оправки;

б – на оправке или в стакане; в – составные

В большинстве пружин угол подъема витков (10 – 12.) Расчёт этих пружин можно вести только на кручения по моменту пренебрегая другими силовыми факторами ввиду их малости. Возникающее на внутренних волокнах максимальное напряжение кручения

(15.2)

где А – коэффициент, учитывающий кривизну витков, ;

— полярный момент сопротивления сечения проволоки.

Допускаемые напряжения кручения [] для пружин при статической нагрузке приведены на рис. 15.5, где отдельные кривые относятся к пружинам из проволоки: 1 – вольфрамовой и рояльной; 2 – хромованадиевой; 3 – углеродистой, закаленной в масле; 4 – углеродистой холоднотянутой; 5 – Монель – металла; 6 – фосфорной бронзы; 7 – специальной латуни. При пульсирующей нагрузке с большим числом циклов допускаемые напряжения следует принимать в 1,25 – 1,5 раза ниже.

Источник