Пружины сжатия. Конструкции
Для правильной работы пружин сжатия большое значение имеет конструкция конечных витков. Форма конечных витков должна отвечать следующим условиям:
— поверхность контакта между конечными витками и опорными деталями должна быть плоской и перпендикулярной к оси пружины во избежание точечного приложения нагрузки;
— площадка контакта должна по возможности представлять собой полное кольцо во избежание внецентренного приложения нагрузки;
— конструкция конечных витков должна обеспечивать правильное центрирование пружины и опорных деталях.
На рис. 858, I показана ошибочная заправка конца пружины путем простой обрубки витка. При этой форме получается точечное и внецентренное приложение силы; пружина испытывает изгиб, перекашивается или односторонне выпучивается (в зависимости от взаимного углового расположения обрубленных концов на обеих сторонах пружины). Центрирование пружины затруднено.
Неправильна и конструкция на рис. 858, II, где выступающий конец пружины сошлифован на плоскость. Площадка контакта ограничена; ее протяженность зависит от угла наклона витков пружины в случае, изображенном на рисунке, угол контакта равен 180°). Приложение силы эксцентричное; висящий тонкий «ус» витка подвержен излому.
В конструкции из рис. 858, III крайний виток отогнут на плоскость. На первый взгляд конструкция приближается к условию создания плоского контакта большой угловой протяженности. Ошибочность конструкции выясняется, если учесть условия работы пружины под нагрузкой. С приложением нагрузки угол наклона витков уменьшается, в результате чего обрубленный конец (а) пружины приподнимается над плоскостью контакта, нагрузка сосредоточивается в одной точке; участок витка, расположенный под обрубленным концом, работает на изгиб.
В конструкции на рис. 858, IV конечные витки пружины осажены до соприкосновения друг с другом, торец купить пружину сжатия сошлифован на плоскость. Протяженность площадки контакта в этом случае ограниченная; ее величина зависит от угла наклона витков и резко уменьшается с увеличением этого угла.
Создать контакт по полной окружности можно только в том случае, если придать осаженным виткам уклон, отличный от уклона рабочих витков пружины, определяемый из условия
(D — средний диаметр пружины; d — диаметр проволоки). Иначе говоря, в продольном сечении по осаженным виткам ось витков с одной стороны сечения должна находиться против точки соприкосновения витков по другой стороне сечения.
На рис. 858, V показан случай, когда осаженный виток сошлифован наполовину диаметра (считая от точки соприкосновения с ближайшим рабочим витком пружины). Поверхность контакта получается замкнутой; она проходит, с одной стороны, по осаженному витку (заштрихованное поле на нижней проекции), а с другой стороны, захватывает рабочий виток (светлое поле на нижней проекции). Таким образом, рабочий виток в данном случае оказывается сильно ослабленным.
Во избежание ослабления рабочего витка нужно осадить по крайней мере один полный виток (рис. 858, VI). Тогда площадка контакта располагается целиком на осаженном витке (заштрихованное поле на виде сверху); ближайший рабочий виток работает полным сечением. Ослабление осаженного витка не имеет значения, так как он опирается по всей длине на близлежащий рабочий виток.
Тонкий «ус» (а) осаженного витка (рис. 858, VI, нижняя проекция) нежелателен, так как он может сломаться при работе. На практике его всегда удаляют на дуге 90° от конца витка (рис. 859), несмотря на возникающий при этом некоторый эксцентриситет опорной поверхности.
Минимальная высота осаженного витка (в месте обрубки) получается равной 0,25d. Обрубленный конец закругляют со всех сторон.
Осаженные витки практически не участвуют в работе пружины и не влияют на упругие характеристики пружины. Их называют нерабочими (или опорными) витками в отличие от рабочих витков, подвергающихся деформации под нагрузкой.
Поскольку число рабочих витков определяет упругую характеристику пружины, важно четко разграничить рабочие и опорные витки. Отличительный признак опорных витков состоит в том, что опорные витки не совершают перемещений относительно поверхностей, на которые опирается пружина. Опорные витки свободного конца пружины перемещаются вместе с опорной тарелкой, опорные витки неподвижного конца пружины неподвижны. Границей между рабочими и опорными витками принято считать точку (а), т. е. точку начала соприкосновения витков в свободном состоянии пружины (рис. 860).
Числом опорных витков iоп принято считать число осаженных витков, начиная с точки (а) и кончая точкой, где последний виток сходит на нет, выходя на шлифованный торец пружины; обрубаемый ус последнего витка включают в число опорных витков.
Разграничение это носит довольно условный и не вполне определенный характер, во-первых, потому, что уловить точку начала соприкосновения витков (а) довольно затруднительно в силу незначительности угла ϕ расхождения осаженного и рабочего витков; во-вторых, потому, что точка (а) при сжатии пружины перемещается в сторону рабочих витков. Вследствие этого фактическое число опорных витков по мере сжатия пружины увеличивается, а число рабочих витков соответственно уменьшается.
Правильнее было бы определять число опорных витков в состоянии пружины под рабочей нагрузкой. Однако это затруднительно, и на практике довольствуются приведенным выше условным разграничением.
В случае, изображенном на рис. 860, число опорных витков согласно изложенному выше правилу равно 1,5 для каждого конца пружины или 3 для всей пружины. Число рабочих витков пружины равно 7. Общее число витков — 10.
Число опорных витков, как было указано выше, не может быть меньше 1, если желательно избежать ослабления ближайшего рабочего витка. На практике чаще всего делают 1,5 опорных витка на каждую сторону пружины. У длинных пружин и у пружин, подверженных действию циклических нагрузок, число опорных витков доводят до 2—2,5.
Отношение числа рабочих витков пружины к общему числу опорных витков не должно быть меньше 3.
На рис. 861, I—V показан ключ к определению числа опорных витков пружины. На рис. 862 изображены пружины в продольном сечении при различном числе опорных витков, при целом числе рабочих витков (рис. 862, I, II, III) и кратном 0,5 (рис. 862, IV—VI).
Интересно отметить, что при целом числе рабочих витков изображение сечений конечных витков пружины получается симметричным относительно поперечного сечения пружины. При числе рабочих витков, кратном 0,5, одинаковые сечения располагаются крест-накрест.
На практике с целью сокращения чертежной работы сечения пружин независимо от числа опорных витков вычерчивают упрощенно по схеме рис. 863, I, соответствующей числу опорных витков, равному 1, или, еще проще, по схеме рис. 863, II, соответствующей числу опорных витков 0,5. Действительное число опорных витков указывают в табличных данных чертежа.
В конструкции из рис. 858, III крайний виток отогнут на плоскость. На первый взгляд конструкция приближается к условию создания плоского контакта большой угловой протяженности. Ошибочность конструкции выясняется, если учесть условия работы пружины под нагрузкой. С приложением нагрузки угол наклона витков уменьшается, в результате чего обрубленный конец (а) пружины приподнимается над плоскостью контакта, нагрузка сосредоточивается в одной точке; участок витка, расположенный под обрубленным концом, работает на изгиб.
В конструкции на рис. 858, IV конечные витки пружины осажены до соприкосновения друг с другом, торец купить пружину сжатия сошлифован на плоскость. Протяженность площадки контакта в этом случае ограниченная; ее величина зависит от угла наклона витков и резко уменьшается с увеличением этого угла.
Создать контакт по полной окружности можно только в том случае, если придать осаженным виткам уклон, отличный от уклона рабочих витков пружины, определяемый из условия
(D — средний диаметр пружины; d — диаметр проволоки). Иначе говоря, в продольном сечении по осаженным виткам ось витков с одной стороны сечения должна находиться против точки соприкосновения витков по другой стороне сечения.
На рис. 858, V показан случай, когда осаженный виток сошлифован наполовину диаметра (считая от точки соприкосновения с ближайшим рабочим витком пружины). Поверхность контакта получается замкнутой; она проходит, с одной стороны, по осаженному витку (заштрихованное поле на нижней проекции), а с другой стороны, захватывает рабочий виток (светлое поле на нижней проекции). Таким образом, рабочий виток в данном случае оказывается сильно ослабленным.
Во избежание ослабления рабочего витка нужно осадить по крайней мере один полный виток (рис. 858, VI). Тогда площадка контакта располагается целиком на осаженном витке (заштрихованное поле на виде сверху); ближайший рабочий виток работает полным сечением. Ослабление осаженного витка не имеет значения, так как он опирается по всей длине на близлежащий рабочий виток.
Тонкий «ус» (а) осаженного витка (рис. 858, VI, нижняя проекция) нежелателен, так как он может сломаться при работе. На практике его всегда удаляют на дуге 90° от конца витка (рис. 859), несмотря на возникающий при этом некоторый эксцентриситет опорной поверхности.
Минимальная высота осаженного витка (в месте обрубки) получается равной 0,25d. Обрубленный конец закругляют со всех сторон.
Осаженные витки практически не участвуют в работе пружины и не влияют на упругие характеристики пружины. Их называют нерабочими (или опорными) витками в отличие от рабочих витков, подвергающихся деформации под нагрузкой.
Поскольку число рабочих витков определяет упругую характеристику пружины, важно четко разграничить рабочие и опорные витки. Отличительный признак опорных витков состоит в том, что опорные витки не совершают перемещений относительно поверхностей, на которые опирается пружина. Опорные витки свободного конца пружины перемещаются вместе с опорной тарелкой, опорные витки неподвижного конца пружины неподвижны. Границей между рабочими и опорными витками принято считать точку (а), т. е. точку начала соприкосновения витков в свободном состоянии пружины (рис. 860).
Числом опорных витков iоп принято считать число осаженных витков, начиная с точки (а) и кончая точкой, где последний виток сходит на нет, выходя на шлифованный торец пружины; обрубаемый ус последнего витка включают в число опорных витков.
Разграничение это носит довольно условный и не вполне определенный характер, во-первых, потому, что уловить точку начала соприкосновения витков (а) довольно затруднительно в силу незначительности угла ϕ расхождения осаженного и рабочего витков; во-вторых, потому, что точка (а) при сжатии пружины перемещается в сторону рабочих витков. Вследствие этого фактическое число опорных витков по мере сжатия пружины увеличивается, а число рабочих витков соответственно уменьшается.
Правильнее было бы определять число опорных витков в состоянии пружины под рабочей нагрузкой. Однако это затруднительно, и на практике довольствуются приведенным выше условным разграничением.
В случае, изображенном на рис. 860, число опорных витков согласно изложенному выше правилу равно 1,5 для каждого конца пружины или 3 для всей пружины. Число рабочих витков пружины равно 7. Общее число витков — 10.
Число опорных витков, как было указано выше, не может быть меньше 1, если желательно избежать ослабления ближайшего рабочего витка. На практике чаще всего делают 1,5 опорных витка на каждую сторону пружины. У длинных пружин и у пружин, подверженных действию циклических нагрузок, число опорных витков доводят до 2—2,5.
Отношение числа рабочих витков пружины к общему числу опорных витков не должно быть меньше 3.
На рис. 861, I—V показан ключ к определению числа опорных витков пружины. На рис. 862 изображены пружины в продольном сечении при различном числе опорных витков, при целом числе рабочих витков (рис. 862, I, II, III) и кратном 0,5 (рис. 862, IV—VI).
Интересно отметить, что при целом числе рабочих витков изображение сечений конечных витков пружины получается симметричным относительно поперечного сечения пружины. При числе рабочих витков, кратном 0,5, одинаковые сечения располагаются крест-накрест.
На практике с целью сокращения чертежной работы сечения пружин независимо от числа опорных витков вычерчивают упрощенно по схеме рис. 863, I, соответствующей числу опорных витков, равному 1, или, еще проще, по схеме рис. 863, II, соответствующей числу опорных витков 0,5. Действительное число опорных витков указывают в табличных данных чертежа.