Rugók és rugalmas elemek rugók és rugalmas. Sodrott rugók Elasztikus rugók

Meghatározás

Azt az erőt, amely a test deformációja következtében fellép, és megpróbálja visszaállítani az eredeti állapotát, ún rugalmas erő.

Leggyakrabban $(\overline(F))_(upr)$-val jelöljük. A rugalmas erő csak akkor jelenik meg, ha a test deformálódik, és eltűnik, ha a deformáció megszűnik. Ha a külső terhelés eltávolítása után a test teljesen visszaállítja méretét és alakját, akkor az ilyen deformációt rugalmasnak nevezik.

R. Hooke, I. Newton kortársa megállapította a rugalmas erő függését az alakváltozás nagyságától. Hooke sokáig kételkedett következtetéseinek érvényességében. Egyik könyvében törvényének titkosított megfogalmazását adta. Ami latinul azt jelentette: "Ut tensio, sic vis": mi a nyúlás, olyan az erő.

Tekintsünk egy rugót, amely húzóerőnek van kitéve ($\overline(F)$), amely függőlegesen lefelé irányul (1. ábra).

A $\overline(F\ )$ erőt deformáló erőnek nevezzük. A deformáló erő hatására a rugó hossza megnő. Ennek eredményeként a rugóban egy rugalmas erő ($(\overline(F))_u$) jelenik meg, amely kiegyenlíti a $\overline(F\ )$ erőt. Ha az alakváltozás kicsi és rugalmas, akkor a rugó nyúlása ($\Delta l$) egyenesen arányos a deformáló erővel:

\[\overline(F)=k\Delta l\left(1\right),\]

ahol az arányossági együtthatóban a rugó merevségét (rugalmassági együttható) $k$-nak nevezzük.

A merevség (mint tulajdonság) a deformálódó test rugalmas tulajdonságainak jellemzője. A merevséget a test azon képességének tekintik, hogy ellenálljon a külső erőknek, és képes megtartani geometriai paramétereit. Minél nagyobb a rugó merevsége, annál kevésbé változtatja meg a hosszát adott erő hatására. A merevségi együttható a merevség (mint a test tulajdonsága) fő jellemzője.

A rugó merevségi együtthatója a rugó anyagától és geometriai jellemzőitől függ. Például egy tekercses tekercsrugó merevségi együtthatója, amely kerek huzalból van feltekercselve és tengelye mentén rugalmas deformációnak van kitéve, a következőképpen számítható ki:

ahol $G$ a nyírási modulus (az anyagtól függő érték); $d$ - huzalátmérő; $d_p$ - rugótekercs átmérője; $n$ a rugó tekercseinek száma.

A merevségi együttható mértékegysége in nemzetközi rendszer egység (SI) a newton osztva a mérővel:

\[\left=\left[\frac(F_(upr\ ))(x)\right]=\frac(\left)(\left)=\frac(H)(m).\]

A merevségi együttható megegyezik azzal az erővel, amelyet a rugóra kell kifejteni, hogy egységnyi távolságra változtassa a hosszát.

Rugós merevség formula

Legyen $N$ rugók sorba kötve. Ekkor a teljes ízület merevsége egyenlő:

\[\frac(1)(k)=\frac(1)(k_1)+\frac(1)(k_2)+\pontok =\sum\limits^N_(\ i=1)(\frac(1) (k_i)\bal(3\jobb),)\]

ahol $k_i$ a $i-edik$ rugó merevsége.

Ha a rugókat sorba kötjük, a rendszer merevségét a következőképpen határozzuk meg:

Példák a megoldással kapcsolatos problémákra

1. példa

Gyakorlat. A rugó terhelés nélkül $l=0,01$ m hosszúságú, merevsége pedig 10 $\frac(N)(m).\ $Mekkora lesz a rugó merevsége és hossza, ha a rá ható erő a rugó $F$= 2 N ? Tegyük fel, hogy a rugó deformációja kicsi és rugalmas.

Megoldás. A rugó merevsége rugalmas alakváltozások esetén állandó érték, ami azt jelenti, hogy a mi feladatunkban:

Rugalmas alakváltozások esetén teljesül a Hooke-törvény:

Az (1.2)-ből megtaláljuk a rugó megnyúlását:

\[\Delta l=\frac(F)(k)\left(1,3\right).\]

A kifeszített rugó hossza:

Számítsa ki a rugó új hosszát:

Válasz. 1) $k"=10\ \frac(Н)(m)$; 2) $l"=0,21 $ m

2. példa

Gyakorlat. Két $k_1$ és $k_2$ merevségű rugó sorba van kötve. Mekkora lesz az első rugó nyúlása (3. ábra), ha a második rugó hosszát $\Delta l_2$-tal növeljük?

Megoldás. Ha a rugókat sorba kötjük, akkor az egyes rugókra ható deformáló erő ($\overline(F)$) azonos, vagyis az első rugóra írható:

A második tavaszra ezt írjuk:

Ha a (2.1) és (2.2) kifejezések bal oldali részei egyenlőek, akkor a jobb oldali részek is egyenlővé tehetők:

A (2.3) egyenlőségből megkapjuk az első rugó nyúlását:

\[\Delta l_1=\frac(k_2\Delta l_2)(k_1).\]

Válasz.$\Delta l_1=\frac(k_2\Delta l_2)(k_1)$

Minden autónak vannak sajátos részletei, amelyek alapvetően különböznek az összes többitől. Ezeket rugalmas elemeknek nevezik. Az elasztikus elemeknek sokféle kialakítása van, amelyek nagyon különböznek egymástól. Ezért egy általános meghatározás adható.

A rugalmas elemek olyan részek, amelyek merevsége sokkal kisebb, mint a többi, és az alakváltozások nagyobbak.

Ennek a tulajdonságnak köszönhetően a rugalmas elemek érzékelik először az ütéseket, rezgéseket és deformációkat.

Leggyakrabban a rugalmas elemeket könnyű felismerni a gép ellenőrzésekor, például gumiabroncsokat, rugókat és rugókat, puha üléseket a vezetők és a vezetők számára.

Néha a rugalmas elem egy másik alkatrész leple alatt van elrejtve, például egy vékony torziós tengely, egy hosszú vékony nyakú csap, egy vékony falú rúd, egy tömítés, egy héj stb. A tapasztalt tervező azonban itt is pontosan a viszonylag alacsony merevségéről tudja felismerni és használni az ilyen "álcázott" rugalmas elemet.

A vasúton a szállítás súlyossága miatt a pályarészek deformációja meglehetősen nagy. Itt a rugalmas elemek a gördülőállomány rugóival együtt valójában sínek, talpfa (főleg fa, nem beton) és a pályatöltés talajává válnak.

A rugalmas elemeket széles körben használják:

è lengéscsillapításra (az ütések és rezgések során fellépő gyorsulások és tehetetlenségi erők csökkentése a rugalmas elem merev részekhez képest lényegesen hosszabb alakváltozási ideje miatt);

è állandó erők létrehozására (például az anya alatti rugalmas és osztott alátétek állandó súrlódási erőt hoznak létre a menetekben, ami megakadályozza az önkicsavarodást);

è a mechanizmusok erőteljes lezárására (a nem kívánt rések megszüntetésére);

è mechanikai energia felhalmozására (felhalmozására) (órarugók, fegyverütő rugója, íj íve, csúzli gumija, tanuló homlokához közel hajlott vonalzó stb.);

è erők mérésére (a rugómérlegek a mérőrugó súlya és nyúlása közötti összefüggésen alapulnak a Hooke-törvény szerint).

Az elasztikus elemek általában különféle kivitelű rugók formájában készülnek.

A gépekben a fő eloszlás a rugalmas nyomó- és hosszabbító rugók. Ezekben a rugókban a tekercsek csavarodásnak vannak kitéve. A rugók hengeres alakja kényelmes a gépekbe való behelyezésükhöz.

A rugó fő jellemzője, mint minden rugalmas elemnek, a merevség vagy annak fordított megfelelősége. Merevség K a rugalmas erő függése határozza meg F deformációtól x . Ha ez a függés lineárisnak tekinthető, mint a Hooke törvényben, akkor a merevséget úgy kapjuk meg, hogy elosztjuk az erőt az alakváltozással K =f/x .

Ha a függés nem lineáris, mint a valós szerkezeteknél, akkor a merevséget az erő deformációhoz viszonyított deriváltjaként találjuk. K =∂ F/ ∂ x.

Nyilvánvalóan itt tudnia kell a függvény típusát F =f (x ) .

Nagy terheléseknél, ha szükséges a vibráció és az ütés energiájának eloszlatása, rugalmas elemeket (rugókat) használnak.

Az ötlet az, hogy amikor a kompozit vagy rétegrugók (rugók) deformálódnak, az energia az elemek kölcsönös súrlódása miatt disszipálódik.

Ennek az ötletnek a kidolgozása során akadémiánk alkalmazottainak kezdeményezésére a Kuibyshev úton tárcsarugókat (alátéteket) használnak a síncsukló burkolatok csavarkötéseiben. A rugókat meghúzás előtt az anyák alá helyezik, és nagy állandó súrlódási erőt biztosítanak a csatlakozásban, a csavarok tehermentesítése mellett.

Az elasztikus elemek anyagainak magas rugalmassági tulajdonságokkal kell rendelkezniük, és ami a legfontosabb, ne veszítsék el őket idővel.

A rugók fő anyagai a nagy széntartalmú acélok 65,70, a mangán acélok 65G, a szilícium acélok 60S2A, a króm-vanádium acél 50HFA stb. Mindezek az anyagok kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek a hagyományos szerkezeti acélokhoz képest.

1967-ben a Samara Aerospace Egyetemen feltaláltak és szabadalmaztattak egy anyagot, az úgynevezett fémgumi "MR". Az anyag gyűrött, összekuszált fémhuzalból készül, amit aztán a kívánt formára préselnek.

A fémgumi kolosszális előnye, hogy tökéletesen ötvözi a fém szilárdságát a gumi rugalmasságával, emellett a jelentős huzalok közötti súrlódás miatt eloszlatja (csillapítja) a rezgésenergiát, rendkívül hatékony rezgésvédelmi eszköz.

Az összegabalyodott huzal sűrűsége és a nyomóerő állítható, így a fémgumi merevségének és csillapításának meghatározott értékei nagyon széles tartományban érhetők el.

A fémguminak kétségtelenül ígéretes jövője van, mint a rugalmas elemek gyártásának anyaga.

A rugalmas elemek nagyon pontos számításokat igényelnek. Különösen a merevségre kell számítani, mivel ez fő jellemzője.

A rugalmas elemek kialakítása azonban olyan sokrétű, és a számítási módszerek olyan összetettek, hogy lehetetlen bármilyen általános képletbe belevinni őket. Főleg a mi tanfolyamunk keretein belül, ami itt van.

ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK

1. Milyen alapon találhatók rugalmas elemek a gép kialakításában?

2. Milyen feladatokhoz használjuk a rugalmas elemeket?

3. A rugalmas elem melyik jellemzőjét tekintjük főnek?

4. Milyen anyagokból készüljenek a rugalmas elemek?

5. Hogyan használják a Belleville-rugókat a Kuibisev úton?

Minden autónak vannak sajátos részletei, amelyek alapvetően különböznek az összes többitől. Ezeket rugalmas elemeknek nevezik. Az elasztikus elemeknek sokféle kialakítása van, amelyek nagyon különböznek egymástól. Ezért egy általános meghatározás adható.

Elasztikus elemek gépalkatrészeknek nevezzük, amelyek munkája azon a képességen alapul, hogy külső terhelés hatására megváltoztatja alakját, és e terhelés eltávolítása után visszaállítja eredeti formáját.

Vagy egy másik meghatározás:

Elasztikus elemek - alkatrészek, amelyek merevsége jóval kisebb, mint a többieké, és az alakváltozások is nagyobbak.

Ennek a tulajdonságnak köszönhetően a rugalmas elemek érzékelik először az ütéseket, rezgéseket és deformációkat.

Leggyakrabban a rugalmas elemeket könnyű felismerni a gép ellenőrzésekor, például gumiabroncsokat, rugókat és rugókat, puha üléseket vezetők és gépkezelők számára.

Néha a rugalmas elem egy másik alkatrész leple alatt van elrejtve, például egy vékony torziós tengely, egy hosszú vékony nyakú csap, egy vékony falú rúd, egy tömítés, egy héj stb. A tapasztalt tervező azonban itt is pontosan a viszonylag alacsony merevségéről tudja felismerni és használni az ilyen "álcázott" rugalmas elemet.

A rugalmas elemeket széles körben használják:

Amortizációhoz (gyorsulások és tehetetlenségi erők csökkentése lökés és vibráció során a rugalmas elem lényegesen hosszabb alakváltozási ideje miatt, mint a merev részeknél, például autórugóknál);

Állandó erők létrehozásához (például az anya alatti rugalmas és hornyos alátétek állandó súrlódási erőt hoznak létre a menetekben, ami megakadályozza öncsavarás, a tengelykapcsoló tárcsa nyomóereje);

A kinematikai párok teljesítményzárására, a rés mozgási pontosságra gyakorolt ​​hatásának kiküszöbölésére, például egy belső égésű motor elosztóbütyök mechanizmusában;

Mechanikai energia felhalmozására (akkumulálására) (órarugók, fegyverütő rugó, íjív, csúzli gumi stb.);

Erők mérésére (a rugós mérlegek a mérőrugó súlya és alakváltozása közötti összefüggésen alapulnak a Hooke-törvény szerint);

Becsapódási energia érzékelésére például vonatokban, tüzérségi darabokban használt ütközőrugók.

A műszaki eszközökben nagyszámú különböző rugalmas elemet használnak, de a következő három típusú, általában fémből készült elem a leggyakoribb:

Springs- koncentrált erőterhelés létrehozására (érzékelésére) tervezett rugalmas elemek.

torziós rudak- rugalmas elemek, amelyek általában tengely formájában készülnek, és koncentrált nyomatéki terhelés létrehozására (érzékelésére) vannak kialakítva.

membránok- rugalmas elemek, amelyek a felületükön elosztott teljesítményterhelés (nyomás) létrehozására (érzékelésére) vannak kialakítva.

A rugalmas elemeket széles körben használják a technológia különböző területein. Megtalálhatóak töltőtollakban, amelyekkel absztraktokat ír, és kézi lőfegyverekben (például főrugó), és MGKM-ben (belső égésű motorok szeleprugói, tengelykapcsolók és főtengelykapcsolók rugók, billenőkapcsolók és kapcsolók rugók, gumiököl a lánctalpas járművek kiegyensúlyozóit forgató határolókban stb., stb.).

A technológiában a hengeres spirális egymagos feszítő-nyomó rugók mellett a nyomatékrugókat és a torziós tengelyeket széles körben használják.

Ebben a szakaszban a nagyszámú rugalmas elem közül csak két típust veszünk figyelembe: spirális spirális feszítő-nyomó rugókÉs torziós rudak.

A rugalmas elemek osztályozása

1) A létrehozott (észlelt) terhelés típusa szerint: erő(rugók, lengéscsillapítók, lengéscsillapítók) - koncentrált erőt észlel; pillanatnyi(nyomatékrugók, torziós rudak) - koncentrált nyomaték (erőpár); megosztott terhelés(nyomómembránok, fújtatók, Bourdon csövek stb.).

2) A rugalmas elem gyártásához használt anyag típusától függően: fém(acél, rozsdamentes acél, bronz, sárgaréz rugók, torziós rudak, membránok, fújtatók, Bourdon csövek) és nemfémes gumiból és műanyagból (csillapítók és lengéscsillapítók, membránok).

3) A rugalmas elem anyagában a deformáció során fellépő fő feszültségek típusa szerint: feszítés-kompresszió(rudak, huzalok), csavarodás(tekercsrugók, torziós rudak), hajlítás(hajlító rugók, rugók).

4) A rugalmas elemre ható terhelés és annak deformációja közötti összefüggéstől függően: lineáris(a terhelés-nyúlás görbe egy egyenes) és

5) A formától és a kialakítástól függően: rugók, hengeres spirális, egyetlen és sodrott, kúpos csavar, hordócsavar, ütőfej, hengeres hornyolt, spirál(szalag és kör), lapos, rugók(többrétegű hajlító rugók), torziós rudak(rugós tengelyek), göndör stb.

6) Az úttól függően gyártás: csavart, esztergált, bélyegzett, gépbeállítás stb.

7) A rugókat osztályokra osztják. 1. osztály - nagyszámú terhelési ciklushoz (autómotorok szeleprugói). 2. osztály az átlagos betöltési ciklusok és 3. osztály a kis számú töltési ciklusok esetén.

8) Pontossága szerint a rugókat csoportokra osztják. Az 1. pontossági csoport az erők és a rugalmas mozgások megengedett eltéréseivel ± 5%, a 2. pontossági csoport - ± 10% és a 3. pontossági csoport ± 20%.

Rizs. 1. A gépek néhány rugalmas eleme: csavarrugók - A) nyújtás, b) tömörítés, V) kúpos összenyomás, G) csavarodás;

e) teleszkópos szalag nyomórugó; e) számlap alakú rugó;

és , h) gyűrűs rugók; És) kompozit nyomórugó; Nak nek) spirálrugós;

l) hajlító rugó; m) rugó (kompozit hajlítórugó); m) torziós görgő.

Az elasztikus elemek általában különféle kivitelű rugók formájában készülnek (1.1. ábra).

Rizs. 1.1. Tavaszi tervek

A gépekben a fő eloszlás a rugalmas feszítőrugók (1.1. ábra, A), tömörítés (1.1. ábra, b) és torzió (1.1. ábra, V) különböző huzalprofillal. Használnak formázottakat is (1.1. ábra, G), sodrott (1.1. ábra, d) és kompozit rugók (1.1. ábra, e), amelynek összetett rugalmas jellemzője összetett és nagy terhelésekhez használatos.

A gépészetben a legszélesebb körben használják a huzalból csavart egymagos csavarrugókat - hengeres, kúpos és hordó alakú. A hengeres rugók lineáris karakterisztikával rendelkeznek (erő-nyúlás-függés), a másik kettő nemlineáris. A rugók hengeres vagy kúpos alakja kényelmes a gépekbe való behelyezésükhöz. Az elasztikus nyomó- és hosszabbítórugókban a tekercsek csavarodásnak vannak kitéve.

A hengeres rugókat általában úgy készítik, hogy huzalt tekernek egy tüskére. Ebben az esetben a legfeljebb 8 mm átmérőjű huzalból készült rugókat általában hidegen, nagyobb átmérőjű huzalból (rúdból) pedig melegen, azaz előmelegítéssel tekerik fel. a munkadarabot a fém alakíthatósági hőmérsékletére. A nyomórugókat a tekercsek között a szükséges osztással kell felcsavarni. A feszítőrugók tekercselésekor a huzal általában további tengelyirányú forgást kap, ami biztosítja a tekercsek egymáshoz való szoros illeszkedését. Ezzel a tekercselési módszerrel a fordulatok között összenyomó erők lépnek fel, amelyek elérik az adott rugóra megengedett maximális érték 30%-át. Más alkatrészekkel való összekötéshez különféle típusú pótkocsikat használnak, például ívelt tekercsek formájában (1.1. ábra, A). A legtökéletesebbek a horgokkal ellátott csavaros csavaros rögzítések.

A nyomórugókat nyitott tekercsben tekercseljük fel, a menetek közötti rés 10...20%-kal nagyobb, mint az egyes fordulatok számított tengelyirányú rugalmas elmozdulásai maximális üzemi terhelés mellett. A nyomórugók szélső (referencia) fordulatait (1.2. ábra) általában megnyomják, ill. le vannak csiszolva hogy a rugó hossztengelyére merőleges lapos támasztófelületet kapjunk, amely a tekercs körhosszának legalább 75%-át elfoglalja. A kívánt méretre vágás, a végtekercsek hajlítása és köszörülése után a rugókat stabilizáló izzításnak vetik alá. A stabilitás elvesztésének elkerülése érdekében, ha a rugó szabad állapotban lévő magasságának és a rugó átmérőjének aránya több mint három, akkor tüskére kell helyezni, vagy vezetőhüvelyekbe kell szerelni.

1.2. ábra. Hengeres nyomórugó

A kis méreteknek való nagyobb megfelelés érdekében többmagos csavart rugókat használnak (1.1. ábra, d) az ilyen rugók metszeteit mutatja). Kiváló minőségűből készült szabadalmaztatott huzal, megnövelt rugalmassággal, nagy statikus szilárdsággal és jó csillapító képességgel rendelkeznek. Azonban a vezetékek közötti súrlódás okozta megnövekedett kopás, az érintkezési korrózió és a csökkent kifáradási szilárdság miatt nem javasolt a használata változó terheléseknél nagyszámú terhelési ciklus mellett. Mind ezeket, mind a többi rugót a GOST 13764-86 ... GOST 13776-86 szerint választják ki.

Kompozit rugók(1.1. ábra, e) nagy terhelésnél és a rezonanciajelenségek csökkentésére használják. Több (általában két) koncentrikusan elrendezett nyomórugóból állnak, amelyek egyidejűleg veszik fel a terhelést. A végtámaszok csavarodásának és eltolódásának kiküszöbölése érdekében a rugóknak jobb és bal tekercselési irányúaknak kell lenniük. Elegendő sugárirányú hézagnak kell lenni közöttük, és a támasztékokat úgy kell kialakítani, hogy a rugók ne csússzanak oldalra.

A nemlineáris terhelési karakterisztika eléréséhez használja a alakúra(különösen kúpos) rugók(1.1. ábra, G), amelynek fordulatainak vetületei a referenciasíkra spirál alakúak (archimedesi vagy logaritmikus).

Csavart hengeres torziós rugók kerek huzalból készülnek, ugyanúgy, mint a feszítő- és nyomórugók. Valamivel nagyobb a rés a fordulatok között (a terhelés elkerülése érdekében). Speciális horgokkal rendelkeznek, amelyek segítségével külső nyomaték terheli a rugót, amitől a tekercsek keresztmetszete elfordul.

Sokféle speciális rugót fejlesztettek ki (2. ábra).

2. ábra Speciális rugók

A leggyakrabban használt korong alakúak (2. ábra, A), kör alakú (2. ábra, b), spirál (2. ábra, V), rúd (2. ábra, G) és laprugók (2. ábra, d), amelyek ütéselnyelő tulajdonságain túl nagy oltóképességgel rendelkeznek ( nedvesítsd) a lemezek közötti súrlódás miatti kilengések. Egyébként a sodrott rugók is ugyanezzel a képességgel rendelkeznek (1.1. ábra, d).

Jelentős forgatónyomatékok mellett viszonylag kis megfelelőség és axiális mozgásszabadság érvényesül torziós tengelyek(2. ábra, G).

Nagy axiális terhelésekhez és kis elmozdulásokhoz használható tárcsa- és gyűrűrugók(2. ábra, a, b), sőt ez utóbbiakat a jelentős energialeadás miatt széles körben alkalmazzák az erős lengéscsillapítókban is. A Belleville rugókat nagy terhelésekhez, kis rugalmas elmozdulásokhoz és szűk méretekhez használják a terhelés alkalmazási tengelye mentén.

A tengely mentén korlátozott méretekkel és kis nyomatékokkal lapos spirálrugókat használnak (2. ábra, V).

A terhelési jellemzők stabilizálása és a statikus szilárdság növelése érdekében a felelős rugókat műveleteknek vetik alá fogság , azaz terhelés, amelynél a keresztmetszet egyes területein képlékeny alakváltozások lépnek fel, a tehermentesítés során pedig az üzemi terhelések során keletkező feszültségek előjelével ellentétes előjelű maradó feszültségek.

Széles körben használt nemfémes rugalmas elemek (3. ábra), amelyek általában gumiból vagy polimer anyagokból készülnek.

3. ábra. Tipikus gumirugók

Az ilyen gumi elasztikus elemeket rugalmas tengelykapcsolók, rezgésszigetelő támasztékok (4. ábra), aggregátumok lágy felfüggesztése és kritikus terhelések építésénél használják. Ezzel egyidejűleg a torzulások és eltolódások kompenzálódnak. A gumi kopás elleni védelme és a terhelés átvitele érdekében fém alkatrészeket használnak bennük - csövek, lemezek stb. elem anyaga - műszaki gumi σ szakítószilárdsággal ≥ 8 MPa, nyíró modulus G= 500…900 MPa. A gumiban az alacsony rugalmassági modulus miatt a rezgési energia 30-80 százaléka disszipálódik, ami körülbelül 10-szer több, mint az acélban.

A gumi elasztikus elemek előnyei a következők: elektromosan szigetelő képesség; nagy csillapítóképesség (az energiadisszipáció a gumiban eléri a 30...80%-ot); az a képesség, hogy több energiát tároljon tömegegységenként, mint a rugóacél (akár 10-szer).

Rizs. 4. Rugalmas tengelytámasz

Egyes kritikus fogaskerekek kialakításánál rugókat és gumi rugalmas elemeket alkalmaznak, ahol kisimítják az átvitt nyomaték pulzációit, jelentősen megnövelve a termék élettartamát (5. ábra).

5. ábra. Elasztikus elemek a fogaskerekekben

A- nyomórugók b- laprugók

Itt rugalmas elemek vannak beépítve a fogaskerék kialakításába.

Nagy terheléseknél, ha szükséges a vibráció és az ütés energiájának eloszlatása, rugalmas elemeket (rugókat) használnak.

Az ötlet az, hogy amikor összetett vagy rétegrugók (rugók) deformálódnak, az elemek kölcsönös súrlódása miatt az energia disszipálódik, ahogy ez a rétegrugóknál és a sodrott rugóknál történik.

Lamellás csomagrugók (2. ábra. d) nagy csillapításuk miatt a közlekedéstechnika első lépéseitől kezdve sikeresen alkalmazták még a kocsik felfüggesztésében is, az első kibocsátású villanymozdonyokon és villamos vonatokon is alkalmazták, ahol később párhuzamos hajtású tekercsrugókra cserélték őket. lengéscsillapítók a súrlódási erők instabilitása miatt, megtalálhatók egyes autó- és útépítő gépekben.

A rugók nagy szilárdságú és stabil rugalmas tulajdonságokkal rendelkező anyagokból készülnek. Az ilyen tulajdonságok megfelelő hőkezelés után a magas széntartalmú és ötvözött (0,5 ... 1,1% széntartalommal rendelkező) acélok, 65, 70; mangán acélok 65G, 55GS; szilícium acélok 60S2, 60S2A, 70SZA; króm-vanádium acél 51KhFA, stb. Rugóacélok rugalmassági modulusa E = (2,1…2,2)∙ 10 5 MPa, nyírási modulus G = (7,6…8,2)∙ 10 4 MPa.

Agresszív környezetben való munkához rozsdamentes acélokat vagy színesfémötvözeteket használnak: bronz BrOTs4-1, BrKMts3-1, BrB-2, monel-fém NMZhMts 28-25-1,5, sárgaréz stb. A réz rugalmassági modulusa -alapú ötvözetek E = (1,2…1,3)∙ 10 5 MPa, nyírási modulus G = (4,5…5,0)∙ 10 4 MPa.

A rugók gyártásához használt nyersdarabok huzal, rúd, acélszalag, szalag.

Mechanikai tulajdonságok bemutatjuk a rugók gyártásához használt anyagok egy részét táblázatban. 1.

Asztal 1.A rugók anyagainak mechanikai tulajdonságai

Hengeres tekercses húzó- és nyomórugók tervezése és számítása

A fő alkalmazási terület a gépészetben a kerek huzalrugók a legalacsonyabb költségük és a torziós feszültségek alatti legjobb teljesítményük miatt.

A rugókat a következő alapvető geometriai paraméterek jellemzik (6. ábra):

Huzal (rúd) átmérője d;

A rugó átlagos tekercselési átmérője D.

A tervezési paraméterek a következők:

Tekercsének görbületét jellemző rugóindex c=D/d;

Fordítsa el a pályát h;

Csavarszög α ,α = arctg h /(π D);

A rugó munkarészének hossza N R;

Teljes fordulatok száma (beleértve a véghajlítást, a támasztófordulatokat) n 1 ;

Munkafordulatok száma n.

A felsorolt ​​tervezési paraméterek mindegyike méret nélküli mennyiség.

A szilárdsági és rugalmassági paraméterek a következők:

- tavaszi árfolyam z, egy tekercs rugó merevségez 1 (általában a merevség mértékegysége N/mm);

- minimális munkavégzésP 1 , maximálisan működőképesP 2 és limit P 3 rugóerő (N-ben mérve);

- rugó elhajlásaF alkalmazott erő hatására;

- egy fordulat deformációjának mértékef terhelés alatt.

6. ábra. A tekercses tekercsrugó fő geometriai paraméterei

A rugalmas elemek nagyon pontos számításokat igényelnek. Különösen a merevségre kell számítani, mivel ez a fő jellemző. Ebben az esetben a számítások pontatlanságait nem lehet kompenzálni a merevségi tartalékokkal. A rugalmas elemek kialakítása azonban olyan sokrétű, és a számítási módszerek olyan összetettek, hogy lehetetlen bármilyen általános képletbe belevinni őket.

Minél rugalmasabbnak kell lennie a rugónak, annál nagyobb a rugóindex és a fordulatok száma. Általában a rugóindexet a huzalátmérőtől függően választják meg, a következő határokon belül:

d , mm...Akár 2,5…3-5….6-12

Val vel …… 5 – 12….4-10…4 – 9

Tavaszi árfolyam z egyenlő a teljes rugó deformálásához szükséges terheléssel egységnyi hosszonként és a rugó egyik tekercsének merevségével z1 egyenlő a rugó egy tekercsének egységnyi hosszonkénti deformálásához szükséges terheléssel. Szimbólum hozzárendelésével F, amely az alakváltozást jelöli, a szükséges alsó indexet, felírhatja az alakváltozás és az azt okozó erő közötti megfelelést (lásd az (1) összefüggések közül az elsőt).

A rugó ereje és rugalmas jellemzői egyszerű összefüggésekkel kapcsolódnak egymáshoz:

Hengeres tekercsrugók hidegen hengerelt rugós huzal(lásd 1. táblázat), szabványosított. A szabvány előírja: a rugó külső átmérője D H, A huzal átmérője d, a megengedett legnagyobb alakváltozási erő P3, egy tekercs végső feszültsége f 3, és egy fordulat merevsége z1. Az ilyen huzalból származó rugók tervezési számítását a kiválasztási módszerrel végezzük. A rugó összes paraméterének meghatározásához kiindulási adatként ismerni kell: a maximális és minimális munkaerőt P2És P1és a rugó deformációját jellemző három érték egyike - a löket nagysága h, a maximális üzemi deformáció értéke F2, vagy keménység z, valamint a rugó felszereléséhez szükséges szabad hely méreteit.

Általában elfogadják P 1 =(0,1…0,5) P2És P3=(1,1…1,6) P2. Következő a végső terhelés szempontjából P3 válasszon megfelelő átmérőjű rugót - külső rugókat D Hés drót d. A kiválasztott rugóhoz az (1) összefüggések és egy tekercs szabványban meghatározott alakváltozási paraméterei segítségével meghatározható a szükséges rugómerevség és a munkatekercsek száma:

A számítással kapott fordulatok számát 0,5 fordulatra kerekítjük n≤ 20 és legfeljebb 1 fordulat n> 20 . Mivel a nyomórugó szélső fordulatai meg vannak hajlítva és köszörülve (nem vesznek részt a rugó deformációjában), az összes fordulatszám általában 1,5 ... 2 fordulattal nő, azaz

n 1 =n+(1,5 …2) . (3)

Ismerve a rugó merevségét és a rá ható terhelést, kiszámíthatja az összes geometriai paraméterét. A nyomórugó hossza teljesen deformált állapotban (erő hatására P3)

H 3 = (n 1 -0,5 )d.(4)

Tavaszi szabad hossz

Ezután meghatározhatja a rugó hosszát, amikor meg van terhelve annak munkaerejével, előnyomással P1és korlátozza a munkát P2

A rugó munkarajzának elkészítésekor szükségszerűen a rugó hossztengelyével párhuzamos alakváltozási diagramot (grafikont) kell ráépíteni, amelyen a hosszak megengedett eltérésekkel vannak jelölve. H1, H2, H3és erőt P1, P2, P3. A rajzon referencia méreteket alkalmazunk: rugós tekercselési lépés h =f 3+dés a fordulatok emelkedési szöge α = arctg( h/p D).

csavarmenetes rugók, más anyagokból készült nem szabványosított.

A feszítő- és nyomórugók elülső keresztmetszetében ható erőtényezők pillanatnyilag csökkennek M=FD/2, melynek vektora merőleges a rugó és az erő tengelyére F a rugó tengelye mentén ható (6. ábra). Ebben a pillanatban M csavarodásra bomlik Tés hajlítás M I pillanatok:

A legtöbb rugóban a tekercsek emelkedési szöge kicsi, nem haladja meg az α-t < 10…12°. Ezért a tervezési számítást a nyomaték szerint lehet elvégezni, figyelmen kívül hagyva a hajlítónyomatékot annak kicsisége miatt.

Mint ismeretes, egy feszültségrúd elcsavarodása során egy veszélyes szakaszon

Ahol T a nyomaték, és W ρ \u003d π d 3/16 - átmérőjű huzalból tekercselt rugó tekercsének poláris ellenállási nyomatéka d, [τ ] a megengedett torziós feszültség (2. táblázat). Annak érdekében, hogy figyelembe vegyük a feszültség egyenlőtlen eloszlását a tekercs szakaszán, a tengely görbülete miatt, az együttható bekerül a (7) képletbe. k, a rugó indexétől függően c=D/d. A tekercs szokásos emelkedési szögeinél, 6 ... 12 ° tartományban, az együttható k a számításokhoz kellő pontossággal kiszámítható a kifejezés

A fentiek alapján a (7) függőség a következő alakra alakul

Ahol H 3 - a rugó hossza, összenyomva a szomszédos munkatekercsek érintkezéséig, H 3 =(n 1 -0,5)d, teljes szám fordulatszáma 0,5-tel csökkent a rugó mindkét végének 0,25-ös köszörülése miatt d lapos támasztóvég kialakításához.

n 1 a fordulatok teljes száma, n 1 =n+(1,5…2,0), további 1,5…2,0 fordulatot használnak az összenyomáshoz a rugós csapágyfelületek létrehozásához.

A rugók tengelyirányú rugalmas összenyomását a rugó θ teljes csavarodási szögének és a rugó átlagos sugarának szorzataként határozzuk meg.

A rugó maximális huzata, azaz a rugó végének mozgása a tekercsek teljes érintkezéséig:

A rugó tekercseléséhez szükséges huzal hossza a rajzának műszaki követelményeiben van feltüntetve.

Rugómentes hosszarányH átlagos átmérőjéreD hívás rugó rugalmassági index(vagy csak rugalmasság). Jelölje a γ rugalmassági indexet, majd definíció szerint γ = H/D. Általában γ ≤ 2,5-nél a rugó stabil marad a tekercsek teljes összenyomódásáig, de ha γ > 2,5, akkor a stabilitás elvesztése lehetséges (lehetséges, hogy a rugó hossztengelyét meghajlítjuk és oldalra csavarjuk). Ezért a hosszú rugóknál vagy vezetőrudakat vagy vezetőhüvelyeket használnak, hogy megakadályozzák a rugó oldalra görbülését.

RUGALMAS ELEMEK. RUGÓK

A kocsik kerékpárjai rugalmas elemekből és rezgéscsillapítókból álló rendszeren, úgynevezett rugós felfüggesztésen keresztül csatlakoznak a forgóváz keretéhez és a kocsitesthez. Az elasztikus elemeknek köszönhető rugós felfüggesztés enyhíti a rázkódásokat és a kerekek által a karosszériára továbbított lökéseket, valamint a lengéscsillapítók miatt, csillapítja az autó mozgása során fellépő rezgéseket. Ezenkívül (egyes esetekben) rugók és rugók adják át a vezető erőket a kerekek oldaláról a kocsi forgóvázának keretére.
Amikor egy kerékpár áthalad bármilyen útegyenetlenségen (csukló, keresztezés stb.), dinamikus terhelések lépnek fel, beleértve a lökésterhelést is. A dinamikus terhelések megjelenését a kerékpár hibái is elősegítik - a futófelületek helyi hibái, a kerék excentricitása a tengelyen, a kerékpár kiegyensúlyozatlansága stb. Rugós felfüggesztés hiányában a karosszéria mereven érzékelné az összes dinamikát hatásokat és nagy gyorsulásokat tapasztal.
A kerékpárok és a karosszéria között elhelyezkedő rugalmas elemek a kerékpár oldaláról érkező dinamikus erő hatására a testtel együtt deformálódnak, oszcillálnak, és az ilyen kilengések időtartama többszöröse a változás periódusának. a zavaró erőtől. Ennek eredményeként a test által érzékelt gyorsulások és erők csökkennek.

Megvizsgáljuk a rugós felfüggesztés lágyító hatását a lengéscsillapításnak a karosszériára való átvitele során, egy autó sínpályán történő mozgásának példájával. Amikor a kocsikerék végiggördül a pályán, a sín egyenetlenségei és a kerék gördülési felületének hibái miatt a kocsitest, amikor rugók nélkül csatlakozik a kerékpárokhoz, lemásolja a kerék pályáját (ábra . A). Az autó karosszériájának pályája (a1-b1-c1 vonal) egybeesik a pálya egyenetlenségével ( sor a-b-c). Rugós felfüggesztés esetén függőleges ütések (ábra). b) rugalmas elemeken keresztül jutnak el a karosszériába, amelyek lágyítva és részben elnyelve az ütéseket nyugodtabb és egyenletesebb futást biztosítanak az autónak, védik a gördülőállományt és a pályát az idő előtti kopástól és sérülésektől. Ebben az esetben a test mozgásának pályája az a1-b2-c2 vonallal ábrázolható, amely laposabb megjelenésű az a-c vonalhoz képest. ábrából látható. b, a test lengési periódusa a rugókon sokszorosa a zavaró erő változási periódusának. Ennek eredményeként a test által érzékelt gyorsulások és erők csökkennek.

A rugókat széles körben használják autógyártásban, teher- és személygépkocsik forgóvázaiban, lökés-vonóberendezésekben. Különbséget kell tenni a tekercsrugók és a spirálrugók között. A csavarrugók kerek, négyzet vagy téglalap keresztmetszetű acélrudak feltekercselésével készülnek. A tekercsrugók hengeres és kúpos alakúak.

A csavarrugók fajtái
a - hengeres, a rúd téglalap alakú szakaszával; b - hengeres rúd kerek résszel; in - kúpos a rúd kerek szakaszával; g - kúpos a rúd téglalap alakú szakaszával

A modern autók rugós felfüggesztésében a tekercsrugókat használják a legszélesebb körben. Könnyen gyárthatók, üzembiztosak és jól elnyelik a függőleges és vízszintes ütéseket és ütéseket. Nem tudják azonban csillapítani a kocsi rugózott tömegeinek rezgését, ezért csak rezgéscsillapítókkal együtt használhatók.
A rugók a GOST 14959 szerint készülnek. A rugók tartófelületei laposak és a tengelyre merőlegesek. Ehhez a rugós nyersdarab végeit a tekercs kerületének 1/3-ával vissza kell húzni. Ennek eredményeként eléri sima átmenet kerektől a téglalap alakúig. A rugó húzott végének magassága nem haladhatja meg a d rúdátmérő 1/3-át, a szélessége pedig legalább 0,7 d.
A hengeres rugó jellemzői: a rúd átmérője d, a rugó átlagos átmérője D, a rugó magassága szabad Hsv és összenyomott Hszh állapotban, a munkamenetek száma np és az m index A rugó index az átlagos rugóátmérő és a rúd átmérőjének aránya, azaz. t = D/d.

Hengerrugó és paraméterei

Anyag rugókhoz és laprugókhoz

A rugók és rugók anyagának nagy statikus, dinamikus, ütőszilárdságúnak, megfelelő hajlékonysággal kell rendelkeznie, és meg kell őriznie rugalmasságát a rugó vagy rugó teljes élettartama alatt. Az anyag ezen tulajdonságai a kémiai összetételétől, szerkezetétől, hőkezelésétől és a rugalmas elem felületének állapotától függenek. A kocsik rugók és rugók 55S2, 55S2A, 60S2, 60S2A (GOST 14959–79) acélból készülnek. Kémiai összetétel acél százalék: C = 0,52 - 0,65; Mn = 0,6-0,9; Si = 1,5-2,0; S, P, Ni egyenként legfeljebb 0,04; Cr nem több, mint 0,03. Az 55S2 és 60S2 hőkezelt acélok mechanikai tulajdonságai: 1300 MPa szakítószilárdság 6 és 5%-os relatív nyúlással és 30, illetve 25%-os keresztmetszeti szűkülettel.
A rugók és rugók gyártása során hőkezelésnek vetik alá - keményítést és megeresztést.
A rugók és rugók szilárdsága és kopásállósága nagyobb mértékben függ a fémfelület állapotától. A felület bármilyen sérülése (kis repedések, fogság, naplemente, horpadások, kockázatok és hasonló hibák) hozzájárul a terhelések alatti feszültségek koncentrációjához, és jelentősen csökkenti az anyag tartóssági határát. A felületi edzéshez a gyárak a laprugók és rugók szemcseszórását alkalmazzák.
Ennek a módszernek a lényege abban rejlik, hogy a rugalmas elemeket 0,6–1 mm átmérőjű fémlövés hatásának vetik alá, amelyet kilövell Magassebesség 60-80 m/s a laprugó vagy rugó felszínéhez. A lövés sebességét úgy választjuk meg, hogy az ütközési ponton a rugalmassági határ feletti feszültség keletkezzen, és ez a fém felületi rétegében plasztikus deformációt (keményedést) okoz, ami végső soron megerősíti a rugalmas elem felületi rétegét.
A rugók keményítése a szemcseszórás mellett történhet edzéssel, ami abból áll, hogy a rugókat egy bizonyos ideig deformált állapotban tartják. A rugó úgy van feltekercselve, hogy a tekercsek közötti távolságok szabad állapotban bizonyos mértékben nagyobbak legyenek, mint a rajzon. Hőkezelés után a rugót a tekercsek érintkezéséig eltávolítják, és 20-48 órán át ebben az állapotban tartják, majd felmelegítik. A préselés során a rúd keresztmetszetének külső zónájában ellentétes előjelű maradó feszültségek jönnek létre, aminek következtében működése során a valódi feszültségek kisebbek, mint a fogság nélkül.

A képen - új tekercsrugók

Forró rugós tekercselés

A rugó rugalmasságának ellenőrzése

A hengeres rugók az általuk észlelt terheléstől függően egysoros vagy többsorosak. A többsoros rugók két, három vagy több, egymásba ágyazott rugókból állnak. Kétsoros esetén a külső rugó nagyobb átmérőjű, de kis fordulatszámmal, a belső rugó kisebb átmérőjű és nagy fordulatszámú rúdból készül. Annak érdekében, hogy összenyomásakor a belső rugó tekercsei ne szoruljanak be a külső tekercsei közé, mindkét rugó felcsavarodik különböző oldalak. A többsoros rugóknál a rudak mérete is csökken a külső rugótól a belső felé, és ennek megfelelően nő a tekercsek száma.

A többsoros rugók az egysoros rugóval megegyező méretekkel nagyobb merevséget tesznek lehetővé. A kétsoros és háromsoros rugókat széles körben használják teher- és személygépkocsik forgóvázaiban, valamint automata kapcsolók vonóhajtóműveiben. A többsoros rugók teljesítménykarakterisztikája lineáris.
A kétsoros rugók egyes konstrukcióinál (például a 18-578, 18-194 forgóvázaknál) a rugókészlet külső rugói magasabbak, mint a belsők, ami miatt az üres autó felfüggesztési merevsége 3-szoros. kevesebb, mint egy megrakott autóé.

A kocsira szerelt rugók