Май 2020
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Апр    
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

ОСОБЕННОСТИ ЗАНЕВОЛЕННЫХ ПРУЖИН И ПОРЯДОК ИХ РАСЧЕТА

Повышение эффективности амортизатора может быть достиг­нуто за счет увеличения жесткости ж выталкивающих пружин. Однако для ограниченных габаритов амортизатора при сохране­нии хода х дополнительное увеличение жесткости пружин ока­зывается затруднительным, так как это связано с необходи­мостью повышения напряжений в пружинах, которые обычно проектируются с напряжениями, близкими к допускаемым. При­менение заневоленных пружин открывает дополнительные воз­можности в этом направлении. Например, известен успешный опыт использования таких пружин в поглощающих аппаратах конструкции ЦНИИ МПС [1].

Заневоливание осуществляется выдержкой пружины в дефор­мированном состоянии от 12 до 48 ч. Первоначальные размеры пружины должны быть такими, чтобы при заневоливании в на­ружной зоне поперечного сечения прутка возникали устойчивые пластические деформации. После разгрузки в пружинах обра­зуются остаточные напряжения обратного знака, благодаря чему при ее работе истинные напряжения оказываются меньше, чем они были бы без заневоливания.

Обычно применяемые расчеты заневоленных пружин отли­чаются сложностью и не учитывают влияния кривизны витков [4]. Не вдаваясь в подробности анализа напряжений, рассмотрим практически более удобный порядок подбора заневоленных пру­жин, разработанный в Брянском институте транспортного маши­ностроения Б. В. Пасутманом.

Предварительно отметим несколько общих положений этого расчета.

Для расчета необходимо иметь диаграмму зависимости ме­жду номинальными напряжениями сдвига хн и относительной деформацией у в области упругих и пластических деформаций

^н (т) (фиг. 52). Номинальным напряжением будем называть на пряжение, вычисляемое по формуле

М

подпись: м

Н

подпись: н(197)

Где М —момент, скручивающий пруток пружины;

— полярный момент сопротивления прутка.

В упругой области хн прямо пропорционально деформации 7;
в пластической области эта зависимость будет нелинейной. Диа —

Грамма номинальных напряжений
может быть получена на основании
диаграммы растяжения образца из

Фиг. 53. Положение упругого ядра (за­штриховано) в поперечном сечении прутка заневоленной пружины.

В

(198)

Где <р — угол поворота конца стержня;

/— длина стержня;

(1 — диаметр стержня.

Для повышения точности расчета желательно иметь диа­грамму хн (7) с учетом влияния кривизны витков. В общем слу­чае целесообразно иметь несколько диаграмм, полученных пу­тем испытания пружин с разным индексом т=-^-. Однако от­личие таких диаграмм от диаграммы хн (7) для прямого стержня во многих случаях невелико и составляет 2—7% при т ^>3, при­чем разница уменьшается с увеличением индекса тис увели­чением коэффициента заневоливания х*

Коэффициент заневоливания % выражает отношение расстоя­ния г2 (фиг. 53) от центра сечения прутка О до точки (пересечения

Срд?

*

С;

О

О)

Данного материала [32] или путем испытания на кручение пря­мого стержня, используя для определения напряжения т н фор­мулу (197), а для определения у формулу

подпись: где м —момент, скручивающий пруток пружины;
— полярный момент сопротивления прутка.
в упругой области хн прямо пропорционально деформации 7;
в пластической области эта зависимость будет нелинейной. диа-
грамма номинальных напряжений
может быть получена на основании
диаграммы растяжения образца из
подпись: *
с;
о
о)
подпись: в
подпись: фиг. 53. положение упругого ядра (за-штриховано) в поперечном сечении прутка заневоленной пружины.
подпись: данного материала [32] или путем испытания на кручение прямого стержня, используя для определения напряжения т н формулу (197), а для определения у формулу
ОСОБЕННОСТИ ЗАНЕВОЛЕННЫХ ПРУЖИН И ПОРЯДОК ИХ РАСЧЕТА

ОСОБЕННОСТИ ЗАНЕВОЛЕННЫХ ПРУЖИН И ПОРЯДОК ИХ РАСЧЕТА

Границы упругой и пластической областей с осью Оу к наруж­ному радиусу прутка г [32] (упругое ядро смещено наружу вслед­ствие повышения напряжений с внутренней стороны прутка). Коэффициент х равен также отношению угловой деформации соответствующей пределу текучести Ту, к угловой деформации на срединном волокне периферии прутка (точка а) после зане- воливания:

ОСОБЕННОСТИ ЗАНЕВОЛЕННЫХ ПРУЖИН И ПОРЯДОК ИХ РАСЧЕТА

Опыт показывает, что целесообразная величина % обычно равна 0,5. При х<0,5 упругое ядро оказывается маленьким и возможно большое количество брака при заневоливании, при Х>0,5 не используются все преимущества заневоливания пру­жины. Последовательность расчета заневоленной пружины, по исследованиям Б. В. Пасутмана, рекомендуется следующая:

1) Исходя из допустимых габаритов амортизатора, выбирают наружный диаметр и высоту пружины в свободном состоя­нии Нсв, которая складывается из высоты Н0 после начальной затяжки в амортизаторе и заданной величины начальной за­тяжки х0п:

НСв = ио + х0п. (199)

Ход пружины хП’АО соприкосновения витков также дол­жен быть задан. Он складывается из рабочего хода пружины хт начальной затяжки х0п и суммарного зазора х3 между витками, который должен остаться после полного сжатия амортизатора:

Х’п~ хп + Х0П + *3- (200)

При этом нужно иметь в виду, что сжатие пружины, как из­вестно, связано с ходом аппарата х зависимостью хп = х1.

2) Зададимся диаметром прутка й и определим средний диа­метр Д число рабочих витков пр и угол подъема витков пру­жины апр:

TOC f o "1-9" o "1-9" В=Он-с1; . (201)

ЛР=—^Ха (202)

{^пР-=-Ц^. (203)

3) Определяем угол сдвига на среднем волокне пружины по известной из сопротивления материалов формуле

4) Вычисляем номинальное напряжение

"к=(п. (205)

5) По диаграмме номинальных напряжений данного мате­риала и индекса т (фиг. 52) для полученного напряжения хн

Найдем угловую деформацию и вычислим коэффициент зане — воливания

У = . (206)

Л 1н

Если х окажется меньше 0,5, следует уменьшить диаметр прутка (1 и повторить расчет, а если х>0,5, можно еще увели­чить й, тем самым повысив жесткость пружины.

6) Определяем наибольший угол относительного сдвига на внутреннем волокне прутка:

Тшах—Тн * хв’ (207)

1 , 1,250 , 0,875 — —

Где ‘/.б=1-|——- —— 1— ——— коэффициент увеличения напря­

Жений на внутреннем волокне [4].

Сравнивая утах с углом сдвига, соответствующим разруше­нию прутка Чразр, получим необходимое условие прочности:

Ттах ^ 1разр‘ (208)

Величина ”1разр берется из опыта при получении Диаграммы тя(-(). Для пружин из стали 55С2 Т/^зр^^ООЗ.

7) Находим величину деформации (сжатия) пружины хзан при заневоливании:

К02пр

Хзан й СОБ2 апр Чн’ (209)

Остаточная деформация после заневоливания будет

Хост Хзан хпп’ (210)

Где хпп—заданная величина полной упругой деформации пру­жины.

Полная высота пружины до заневоливания с учетом того, что заневоливание происходит при сжатии до соприкосновения витков,

Я0 Нсв Хпп ”Т Хзан% ( — 11)

Так как на практике возможны отклонения в размерах пру­жины в пределах допусков и некоторые отличия механических свойств материала пружины от тех, которые учитывались в рас­чете в виде диаграммы т«(у), величина хости продолжительность заневоливания уточняются опытным путем. После заневоливания также часто наблюдается остаточный .перекос опорной плоскости пружины (опорных витков), поэтому целесообразно эти пло­скости обрабатывать после заневоливания, оставляя соответ­ствующий припуск. Кроме того, заметим, что об усталостной прочности заневоленных пружин существуют противоречивые мнения. В настоящее время можно считать установленным, что правильное заневоливание повышает усталостную прочность [32], [43]. Пружины поглощающих аппаратов автосцепки редко под­вергаются полному расчетному сжатию; поэтому можно считать, что режим их нагрузки менее опасен с точки зрения усталост­ного разрушения, чем, например, режим нагрузки пружин ва­гонных тележек.

Комментарии запрещены.