Як виміряти параметри пружин
Вимірювання параметрів пружин - важливий етап у процесі їх виробництва та використання. Пружини застосовуються практично у всіх галузях промисловості, від автомобілебудування до побутової техніки, та їх правильна робота залежить від правильності та точності виготовлення згідно з заданими параметрами. У цій статті ми розглянемо основні методи та інструменти для вимірювання параметрів пружин.
Які види пружин бувають?
Існують такі типи пружин:
- Розтягування;
- Стиснення;
- Кручення;
- Вигину та ін.
Також вироби можуть класифікуватися на такі різновиди:
- Гвинтові;
- Спіральні;
- Тарілчасті;
- Торсійні;
- Газові та ін.
Важливу роль у розподілі пружин на види грає метал, з якого виготовлено виріб. Найчастіше у виготовленні використовують сталь (легована, нержавіюча), бронзу, нікелеві та титанові сплави та ін.
Як виміряти пружину?
Перш ніж перейти до методів вимірювання, необхідно визначити основні параметри, що підлягають виміру:
- Діаметр;
- Кількість та крок витків;
- Довжина;
- Жорсткість.
Діаметр виробу вимірюють штангенциркулем. У цьому важливо зробити виміри як внутрішнього, і зовнішнього діаметра.
Кількість витків можна підрахувати вручну. А ось крок буде правильно розрахований за умови вимірювань від центру одного витка до іншого центру.
Довжина вираховується із попередніх показників за формулою L = n * t, де:
Довжина зазвичай вимірюється у міліметрах (мм).
Розрахунок жорсткості проводять за формулою:
k = G * (Dw) ^ 4 / 8 * Na * (Dm) ^ 3
k - коефіцієнт жорсткості;
Na - кількість витків;
Dm – діаметр пружини.
Випробування пружин
Крім оцінки фізичних параметрів виробу, важливе значення має проведення випробувальних робіт. Завдяки цьому вдається переконатися як матеріал, а також підтвердити заявлені виробником характеристики. Для перевірки використовують спеціальні машини для випробування пружин на:
Такі машини бувають як із ручним керуванням, так і повністю автоматичні.
Купити машини для випробування пружин можна в СОЮЗ-ПРИЛАД. Для цього зв'яжіться з менеджерами відділу продажів за телефоном 8 800 250-72-35 або електронною поштою [email protected].
Розрахункові формули для пружин стиснення в метричних одиницях виміру
При проектуванні пружини підбирається діаметр дроту, кількість витків та довжина вільної пружини L0 для зазначеного навантаження, матеріалу та складальних розмірів або діаметра пружини. Крок різьблення пружини у вільному стані з рекомендованими діаметрами дроту повинен лежати в діапазоні 0,3 D ≤ t ≤ 0,6 D [мм].
Конструкція пружини визначається з урахуванням умови міцності τ 8 ≤ u s τ A та рекомендованих діапазонів деяких геометричних параметрів пружини:
L 8 ≥ L minF і D ≤ L 0 ≤ 10 D та L 0 ≤ 31,5 д. і 4 ≤ D/d ≤ 16 і n ≥ 2 та 12 d ≤ t < D
середній діаметр пружини [мм]
діаметр дроту [мм]
крок активних витків у ненавантаженому стані [мм]
напруга при крученні матеріалу пружини повністю навантаженої пружини [МПа]
допустима напруга матеріалу пружини при крученні [МПа]
коефіцієнт використання матеріалу [-]
довжина повністю навантаженої пружини [мм]
гранична довжина пружини при випробуванні [мм]
кількість активних витків [-]
Якщо в специфікації вказані умови безпеки при згинанні та умови перевірки для втомного навантаження, вони враховуються при проектуванні пружини.
У цьому списку наведено процедури різних типів проектування пружини.
Процедури розробки
1. Завдання навантаження, матеріалу та складальних розмірів пружини
Спочатку перевірте та розрахуйте вхідні значення.
Відрегулюйте діаметр каркаса та кількість витків відповідно до сили та геометричних вимог, зазначених у попередній таблиці Або використовуйте значення діаметра пружини, зазначені у специфікації
Під час підбору програма виконує розрахунок, крок за кроком, від малого до великого, діаметрів усіх пружинних дротів, які відповідають умовам міцності та геометрії. Якщо всі умови задовольняються, процес підбору завершується з вибраними значеннями, незалежно від інших відповідних діаметрів пружинних дротів. Це означає, що програма намагається розрахувати конструкцію пружини з мінімальним діаметром дроту та найменшою кількістю витків.
2. Проектування пружини для зазначеного навантаження, матеріалу та діаметра пружини
Спершу перевірте розрахункові вхідні значення.
Підберіть діаметр дроту, кількість витків, довжину у вільному стані та складальні розміри з урахуванням наведених вище вимог до міцності та геометричних параметрів, або використовуйте довільні складальні розміри L 1 або L 8 , зазначені у специфікації, або будь-яке обмежене значення робочої деформації пружини
Для проектування пружини для зазначеного діаметра скористайтеся такою формулою.
робоче зусилля в повністю навантаженій пружині [МПа]
середній діаметр пружини [мм]
поправочний коефіцієнт Валя [-]
напруга при крученні матеріалу пружини повністю навантаженої пружини [МПа]
допустима напруга матеріалу пружини при крученні [МПа]
Якщо для цього діаметра дроту не вдається підібрати відповідну комбінацію розмірів пружини, всі діаметри пружинних дротів, які відповідають умовам міцності та геометрії, випробовуються у висхідному порядку. Виконується перевірка відповідних витків, які занесені під номерами до таблиці, на відповідність конструкції пружини умовам. У цьому випадку процес підбору завершується з обраними значеннями, незалежно від інших відповідних діаметрів пружинних дротів, а пружина розробляється з мінімальним діаметром дроту та найменшою кількістю витків.
3. Проектування пружини для зазначеної максимальної робочої сили, матеріалу, складальних розмірів та діаметра пружини
Спершу перевірте розрахункові вхідні значення.
Потім підберіть діаметр дроту, кількість витків, довжину вільної пружини та мінімальне робоче зусилля F 1 таким чином, щоб були виконані вищезазначені умови міцності та геометрії.
Програма намагається розрахувати оптимальну конструкцію пружини для діаметра за допомогою наступної формули:
робоче зусилля в повністю навантаженій пружині [МПа]
середній діаметр пружини [мм]
поправочний коефіцієнт Валя [-]
напруга при крученні матеріалу пружини повністю навантаженої пружини [МПа]
допустима напруга матеріалу пружини при крученні [МПа]
Якщо для цього діаметра дроту не вдається підібрати відповідну комбінацію розмірів пружини, програма продовжує розрахунок всіх діаметрів пружинних дротів, які відповідають умовам міцності та геометрії, випробовуються у висхідному порядку.Потім виконується перевірка відповідних витків, які занесені під номерами таблицю, на відповідність конструкції пружини необхідним умовам. У цьому випадку процес підбору завершується, залишаються обрані значення, інші відповідні діаметри пружинних дротів не розглядаються. На цьому етапі програма намагається розрахувати конструкцію пружини з мінімальним діаметром дроту та найменшою кількістю витків.
Перевірочний розрахунок пружини
Розрахунок відповідних значень складальних розмірів та робочого відхилення для зазначеного навантаження, матеріалу та розмірів пружини.
Спочатку перевіряються розрахункові вхідні значення. Потім на підставі наведених нижче формул обчислюються складальні розміри.
Довжина попередньо навантаженої пружини
Довжина повністю навантаженої пружини
довжина пружини у вільному стані [мм]
робоча сила в мінімально навантаженій пружині [мм]
кількість активних витків [-]
середній діаметр пружини [мм]
модуль пружності матеріалу пружини [МПа]
діаметр дроту [мм]
робоче зусилля в повністю навантаженій пружині [МПа]
Робоча деформація
Розрахунок робочих сил
Розрахунок відповідних сил у робочому стані, що діють у пружині, для зазначеного матеріалу, складальних розмірів та розмірів пружини. Спочатку перевіряються та розраховуються вхідні дані, а потім виконується розрахунок робочих сил за допомогою наступних формул:
Мінімальне робоче зусилля
Максимальне робоче зусилля
Розрахунок вихідних параметрів пружини
Ця частина є загальною всім типів розрахунку пружини. Розрахунок провадиться в наступному порядку.
Жорсткість пружини
Теоретична гранична довжина пружини
Гранична довжина пружини під час випробування
де верхня межа довжини пружини в граничному стані L 9max :
для неторцевих кінців
для торцевих кінців при (n+nz)
для торцевих кінців при (n+nz) > 10,5
Сума мінімально допустимої відстані між активними витками пружини у повністю навантаженому стані
тоді як для значень індексу пружини c < 5 використовується значення c = 5
Відхилення пружини у стані межі
Гранична сила пружини
Відстань між витками
Крок активних витків
Деформація попередньо навантаженої пружини
Повна деформація пружини
Напруга матеріалу пружини під час кручення при попередньому навантаженні
Напруга матеріалу пружини при крученні при повному навантаженні
Безперервна поздовжня напруга
Довжина розгорнутого дроту
l = 3,2 D (n + n z ) [мм]
Маса пружини
Енергія деформації пружини
Власна частота коливань пружини
Критична (гранична) швидкість пружини, викликана зіткненням витків за інерцією
Перевірка навантаження пружини
Значення змінних:
відстань між активними витками в ненавантаженому стані [мм]
жорсткість пружини [Н/мм]
діаметр дроту [мм]
середній діаметр пружини [мм]
зовнішній діаметр пружини [мм]
внутрішній діаметр пружини [мм]
узагальнене зусилля, що припадає на пружину [Н]
модуль пружності матеріалу пружини при зсуві [МПа]
робоча деформація [мм]
поправочний коефіцієнт Валя [-]
запас міцності при межі втоми [-]
довжина розгорнутого дроту [мм]
узагальнена довжина пружини [мм]
верхня межа довжини пружини в граничному стані [мм]
гранична довжина пружини при випробуванні [мм]
час роботи пружини зі втомним навантаженням у тисячах стиснень [-]
кількість активних витків [-]
довжина торцевих витків [мм]
крок активних витків у ненавантаженому стані [мм]
узагальнена деформація (розтягування) пружини [мм]
сумарна мінімально допустима відстань між активними витками пружини [мм]
коефіцієнт використання матеріалу [-]
значення шліфування дуги кола [-]
щільність матеріалу пружини [кг/м 3 ]
межа міцності при розтягуванні пружини [МПа]
узагальнена напруга матеріалу пружини при крученні [МПа]
межа витривалості у зсуві пружини зі втомним навантаженням [МПа]
допустима напруга матеріалу пружини при крученні [МПа]
