Тема: Пружины и рессоры

Пружины и рессоры - это упругие элементы. Область их применения очень широка:

создание заданных постоянных сил - начального сжатия или натяжения - в передачах трением, фрикционных муфтах, тормозах, предо-хранительных устройствах, подшипниках качения;

силовое замыкание механизмов для исключения влияния зазоров на точность перемещений; выполнение функций двигателя Рис. 7

на основе предварительного закручивания пружины, например, в часовых механизмах; виброизоляция в транспортных машинах - автомобилях, железнодорожных вагонах, приборах, виброизоляционных опорах машин;

гашение энергии удара, например с помощью буферных пружин, применяемых в артиллерийских орудиях. Благодаря упругим элементам на больших перемещениях энергия удара гасится и сила удара уменьшается. В отличие от первых трех случаев, буферные и виброизоляционные пружины аккумулируют вредную для работы машины энергию;

измерение сил в измерительных приборах через упругое перемещение витков пружины.

Рессоры (рис. 7) получают из листового материала; для увеличения гибкости их собирают из листов разной длины, что приближает их к телам равного сопротивления поперечному изгибу. Трение между листами обеспечивает демпфирование колебаний. Листовые рессоры применяют в основном для виброизоляции (упругие подвески автомобилей, железнодорожных вагонов) и восприятия удара (в кузнечно-прессовом оборудовании). Для обеспечения плотного контакта между листами и некоторой разгрузки длинных листов (поломка которых более опасна, чем коротких) короткие листы выполняют с большей кривизной. Рессоры изготавливают из кремнистых сталей, кремненикелевых и хромо марганцовистых.

При упрощенном расчете на изгиб рессоры рассматривают как консольную балку, имеющую треугольную форму в плане, разрезанную на полосы и собранную в пакет. Допускаемые напряжения выбирают в пределах 40... 60 МН/см².

Что называется рессорами?

Пружины - наиболее универсальные упругие элементы; они применяются во всех шести случаях, перечисленных выше. Пружины могут работать на растяжение (рис. 3. 8, а), сжатие (рис. 3. 8, 6) и кручение (рис. 3. 8, в). Единственно, они не воспринимают поперечный изгиб. В этом случае их заменяют рессорами.

Рис. 8

По форме пружины очень разнообразны: цилиндрические (рис. 8, а-в), плоские спиральные (рис. 8, г), тарельчатые (рис. 8, д), фигурные и др.

Материалы для пружин должны иметь высокие и стабильные упругие свойства. Поэтому основными материалами являются высокоуглеродистые стали 65, 70, марганцовистая сталь 65Г, кремнистые стали 60С2А, хромованадиевая сталь 50ХФА и др.

Что называется пружинами?

Пример: Для стального стержня выявить закон изменения продольных сил, напряжений и перемещений, если Е =2× 10⁵МПа. Договоримся считать продольную силу положительной, если она вызывает растяжение.

1. Стержень имеет два участка разной жесткости. Из условия равновесия любой рассеченной части стержня на первом участке:

0 £ x₁£ l₁

0 £ x₁£ 2 м

N₁= - F₁= -2 кН,

на втором участке:

0 £ x₁£ l₂

0 £ x₁£ 1м

N ₂= - F₁+ F ₅= -2+7=5кН.

В выбранном масштабе строим эпюру продольных сил.

2. Определяем напряжение в перерезах

s₁=	N₁		=		-2 × 10³		= -10		МПа
		^A1			0, 0002

s₂=		N		=		5 × 10³		= 50	МПа
		A₂
						0, 0001

В выбранном масштабе строим эпюру напряжений.

3. Определим, на какую величину перемещается каждое сечение стрежня

u (x_n)= u (x_n_-₁)+

N_n× x_n

E × A

на первом участке:

0 £ x₁£ l₁

0 £ x₁£ 2 м

u (x₁)= u (x₀)+

N₁× x₁

E × A

u (x₁)

x =1⁼

0 -

2000 × x₁

× 10

× 0, 0002

u (x₁

)

= 0 -

2000 × 2

= -0, 0001м

x=1

2 × 10¹¹× 0, 0002

на втором участке:

0 £ x₂£ l₂

0 £ x₂£ 1г

u (x₂)= u (x₁)+^N²_×^×^x²

E A

u (x₂)_x₂₌₀= -0, 0001+0=0, 0001м

u (x₁)		= -0, 0001 +	5000 × 1		= 0, 00025	- 0, 0001 = 0, 00015м.

	x =2			× 0, 0001
	x =2
			× 10

Строим эпюру перемещений.