Глава 34

ПРУЖИНЫ И РЕЗИНОВЫЕ УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ § 1. ТИПЫ ПРУЖИН

Пружины относятся к числу наиболее распростра­ненных упругих элементов конструкций и применяются в ка­честве виброизолирующих, амортизирующих, возвратно-подаю­щих, натяжных, динамометрических и других устройств.

По виду воспринимаемой внешней нагрузки различают пружины растяжения, сжатия, кручения и изгиба.

В зависимости от требований и особенностей конструкции применяют:

а) витые пружины [цилиндрические - растяжения (рис. 34.1, а), сжатия (рис. 34.1,6) и кручения (рис. 34.1, в); фасонные — сжатия (рис. 34.1, г — е)].

б) специальные пружины [тарельчатые и кольцевые (рис. 34.2, а, б) - сжатия, листовые и рессоры (рис. 34.2, в) — изгиба, спиральные (рис. 34.2, г) — кручения и др.].

В машиностроении наиболее распространены витые ци­линдрические пружины из проволоки круглого сечения.

Пружины растяжения (см. рис. 34.1, а) обычно навивают без просветов между витками, а в большинстве случаев — с начальным натяжением (давлением) между витками, компенсирующим частично внешнюю нагрузку.

Натяжение обычно составляет (0,25 — 0,3) F_np, где F_np — предельное усилие для пружины, при котором полностью исчерпываются упругие свойства материала.

Внешнюю нагрузку такие пружины воспринимают обычно последними отогнутыми витками (рис. 34.3, а — в) — для пру­жин диаметром до 3 — 4 мм. Такие витки имеют высокую концентрацию напряжений в местах отгиба и пониженное сопротивление усталости.

Для ответственных пружин диаметром свыше 4 мм часто применяют зацепы (рис. 34.3, г — е).

Пружины сжатия (см. рис. 34.1, б) навивают с просветом между витками, который должен на 10 — 20% превышать осе­вые упругие перемещения каждого витка при наибольшей внешней нагрузке.

Для создания опорных плоскостей последние витки пружин сжатия поджимаются к соседним и сошлифовываются пер­пендикулярно оси (рис. 34.4).

Соосность пружин с сопрягаемыми деталями до­стигается установкой опорных витков в специальные тарелки, расточки в корпусе, канавки (рис. 34.5).

Длинные пружины под нагрузкой могут терять устой­чивость (выпучиваться). Такие пружины обычно ставят на специальные оправки (рис. 34.6, а) или в стаканы (рис. 34.6, б). Концентрические пружины в ряде конструкций также разделя­ют стаканами (рис. 34.6, в).

Пружины кручения (см. рис. 34.1, е) навивают обычно с малым углом подъема и небольшими зазорами между витками (0,5 мм). Внешнюю нагрузку они воспринимают с помощью отогнутых концевых витков.

Пружины характеризуются следующими основными пара­метрами (см. рис. 34.4): 1) диаметром проволоки d или размерами сечения; 2) средним диаметром D_o; 3) индексом с = D₀/d; 4) числом рабочих витков n; 5) длиной рабочей части H_о; 6) шагом витков t = Н₀/п; 7) углом подъема витков α = arctg.

Последние три параметра рассматривают в ненагруженном и нагруженном состояниях.

Индекс пружины характеризует кривизну витка. Пру­жины с индексом с < 3 применять не рекомендуется из-за высокой концентрации напряжений в витках.

Обычно индекс пружины выбирают в зависимости от диаметра проволоки в следующих пределах:

d, мм..... до 2,5 3-5 6-12

с...... 5-12 4-10 4-9

Материалы. Витые пружины изготовляют навивкой холод­ным или горячим способом, далее производят отделку торцов, термическую обработку и контроль.

Основными материалами для пружин являются высокоуг­леродистые стали 65, 70, марганцовистая сталь 65Г, крем­нистая сталь 60С2А, хромованадиевая сталь 50ХФА и др.

Пружины, работающие в химически активной среде, изго­товляют из цветных сплавов.

Для защиты поверхности витков от окисления пружины ответственного назначения покрывают лаком или промасли­вают, а пружины особо ответственного назначения оксиди­руют, а также наносят цинковое или кадмиевое покрытия.