Білоруський ГОСУДРАСТВЕННИЙ університет інформатики і радіоелектроніки
Кафедра інженерної графіки
"Плоскі пружини, мембрани, сильфони і трубчасті пружини. Амортизатори"
Плоскі прямі пружини застосовують, коли потрібні невеликі зусилля і переміщення, наприклад, в різних контактних пристроях: контактних пружинах реле і перемикачів, що ковзають струмопроводах, натяжних пружинах храпових механізмів (рис. 1).
Перетин таких пружин найчастіше прямокутне. Можливе використання пружин з круглого дроту. Ці пружини зручні, якщо напрямок дії сили не визначено або може змінюватися в процесі роботи механізму. Плоскі консольні пружини виготовляють з пружних стрічок (сталевих, бронзових) у вигляді прямокутних смужок (рис. 1, а), причому їх ширина b набагато більше товщини h.
При конструюванні плоским пружинам завжди можна надати зручної для розміщення в пристрої форму. Великий недолік цих пружин - неможливість отримання при малих деформаціях чималих зусиль. Для забезпечення значних зусиль при малому прогині (малогабаритні реле, вібростійкі контактні пристрої) застосовують пружини з попереднім натягом (рис. 1, б, в). У вільному стані пружина 1 має вигнуту форму, а після попереднього навантаження нажімной пластиною 2 - пряму. Пружини з попередніми навантаженням сприймають тільки односторонню навантаження.
Якщо попередній прогин пружини обмежений і потрібні великі зусилля (пружні щітки генератора), то одну пластину замінюють пакетом пластин (рис. 1, г) із забезпеченням для них вільного відносного зсуву. Кількість пластин в пакеті пружини визначається розрахунком.
Плоску пряму пружину розраховують на деформацію вигину як консольні стрижень, жорстко закріплений одним кінцем і навантажений зосередженою силою F на кінці.
Процес проектування полягає в підборі такого поєднання розмірів # 8467 ;, b і h пружини (див. Рис. 1, а), при якому максимальні напруги (в місці закріплення) не перевищують допустимих, а прогин пружини на кінці дорівнює заданому переміщенню. Отримані розміри ширини b і товщини h доводиться коригувати відповідно до сортаментом стрічок з прийнятого пружинного матеріалу. При b / h <3 … 5 пружины чувствительны к поперечным нагрузкам, так как жесткость в различных направлениях примерно одинакова. При b/h> 30 ... 50 пружина може отримати помітне закручування і вигин в поперечному напрямку. Не рекомендується приймати відношення # 8467; / b <1 … 2, при котором ощутимо влияние местных деформаций в закреплении и месте приложения нагрузки. Упругая характеристика таких пружин зависит от конструкции и технологии изготовления элементов крепления. Не рекомендуется принимать ℓ/b> 30 ... 50, так як при цьому зростають габарити пружин.
Для прямих плоских пружин найчастіше використовують стали марок У8А і 60С2А (при дії знакозмінного навантаження).
Біметалічні плоскі пружини
Біметалічні плоскі пружини отримують шляхом зварювання, пайки або спільної прокатки двох пластин з металів з різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення. Принцип їх дії заснований на виникненні деформації вигину при нагріванні або охолодженні. При нагріванні пружина згинається в сторону пластини з меншим коефіцієнтом лінійного розширення, а при охолодженні - в протилежну сторону.
Матеріали обох пластин повинні мати якомога більше відрізняються коефіцієнти лінійного розширення, високі пружні властивості, добре зварюються або спаюватися, володіти високою пластичністю для прокатки в стрічки товщиною 0,2 ... 2,0 мм. При експлуатації в умовах високої температури матеріали пластин повинні бути і термостійкими. Як матеріал з низьким коефіцієнтом лінійного розширення використовують железонікелевие стали, наприклад, інвар Н36 (36 ... 37% Ni), платинит Н42. З матеріалів з великим коефіцієнтом лінійного розширення використовують нікельмолібденових і хромонікелеві стали, латунь. Застосовуються біметалічні пружини як чутливі елементи, що реагують на зміну температури в терморегуляторах і в приладах.
Спіральні пружини є навиту по спіралі стрічку, яка створює момент, який діє у площині, перпендикулярній осі пружини.
За призначенням їх поділяють на заводні в пружинних двигунах і моментні в коливальних системах.
Заводні пружини (рис. 2) використовують в механізмах відліку часу, самописних приладах. Один кінець пружини закріплений на рухомий осі, а інший - на нерухомому елементі.
Пружинні двигуни зазвичай виконуються з обертовим барабаном. Заводяться вони обертанням заводного валика радіусом r. При закручуванні на вал пружина вигинається до зіткнення всіх витків (рис. 2, б), накопичуючи запас потенційної енергії. При розкручуванні рух від барабана повідомляється передавальному механізму. Такі пружини мають ряд переваг: зручно компонуються в пристроях; забезпечують значний робочий хід і досить високий ККД 0,6 ... 0,8; надійні в роботі і витримують великі динамічні перевантаження; матеріал пружини навантажений рівномірно по всій довжині.
При заданих розмірах барабана і поперечного перерізу пружини пружинний двигун має найбільше число оборотів, якщо внутрішній радіус r1 в спущеному стані (рис. 2, а) дорівнює зовнішньому радіусу r2 в заведеному стані (див. Рис. 2, б). Як матеріал використовують стрічки з сталей У8А, 70С2ХА, бронзи БрОФ 6,5-0,15.
Моментні пружини (рис. 3) мають малу жорсткість, служать для створення протидіє моменту рухомий системи, для ліквідації люфтів і мертвого ходу при силовому замиканні ланок, для повернення системи в початковий стан, для підведення струму до рамкам струмовимірювальних приладів і створення протидії електромагнітним моментам.
Витки таких пружин повинні розташовуватися строго концентрично щодо осі обертання. До матеріалів моментних пружин крім високих вимог по пружним характеристикам пред'являють іноді вимоги по антимагнітним, антикорозійні і електропровідності.
Мембрани, сильфони і трубчасті пружини
Мембраною називають тонку пружну, найчастіше круглу, плоску або гофровану пластину, закріплену по краях. Вона буває металевою або неметалевої (рис. 4).
Під дією газу, рідини або зосередженої сили (рис. 4, а) мембрана прогинається і в ній виникають деформації вигину і розтягування. Для зменшення напруг, що розтягують мембрани виконують гофрованими. Плоскі мембрани мають велику жорсткість і дуже малий прогин. У гофрованих мембранах концентричні хвилеподібні складки (гофри) можуть бути виконані різного профілю (рис. 4, б, в) -сінусоідального, пилообразного, трапецеидального. Ці мембрани відрізняються більшою надійністю і чутливістю, їх конструкція допускає значні деформації. Пружна характеристика гофрованої мембрани може бути лінійної, загасаючої і зростаючої, її отримують шляхом підбору форми, глибини і числа гофр, матеріалу, товщини і діаметра мембрани.
Дві гофровані мембрани, зварені або спаяні по буртику, утворюють мембранну коробку (рис. 4, г), яка дозволяє збільшити чутливість пружного елемента. Мембранні коробки по використанню ділять на манометрические, анероїдні і наповнені. Внутрішня порожнина манометрических коробок з'єднана із середовищем, тиск якої (надлишкове або вакуум) необхідно виміряти. У анероїдних коробках з внутрішньої порожнини відкачують повітря до розрідження 0,1 ... 0,2 МПа. Вони вимірюють абсолютний тиск повітря в барометрах і висотомір. У наповненою мембранної коробці внутрішня порожнина заповнена азотом або парами ефіру. Такі коробки застосовують в термометрах і терморегуляторах.
Металеві мембрани виготовляють з нержавіючих сталей, фосфористої і берилієвої бронз, біметалів, неметалеві - з гуми, шкіри, пластмас, прогумованого шовку. Товщина металевих мембран становить 0,06 ... 1,5 мм, а неметалевих - 0,1 ... 3 мм. Неметалеві мембрани менш довговічні, їх властивості сильно залежать від температури і часу експлуатації (старіння властивостей).
Сильфонами називаються тонкостінні циліндричні судини, стінки яких мають хвилеподібні складки (гофри) (рис. 5). Вони застосовуються для вимірювання тиску, герметизації рухливих з'єднань, як судин змінної ємності (рис. 5, а), пружних з'єднань трубопроводів (рис. 5, б). Під дією сил F. прикладених до крайніх перетинах внутрішнього або зовнішнього тиску, стінки сильфона деформуються і змінюється його довжина.
Конструкції, основні параметри і розміри сильфонов визначаються ГОСТами. У порівнянні з мембраною сильфони мають великі габарити і більш складні у виготовленні. Їх діаметр дорівнює 8 ... 150 мм і товщина стенок- 0,1 ... 0,5 мм. Сильфони виготовляються суцільнотягнені або паяними з латуні Л80, берріліевих бронз БрБ2, БрБ2,5, нержавіючої сталі Х18Н10Т і інших матеріалів.
Трубчасті пружини застосовують для вимірювання надлишкового тиску або вакууму. Манометрична пружина Бурдона є зігнутою по дузі кола порожнисту трубку (рис. 6, а) еліптичного або овального перетину (рис. 6, б).
Вільний кінець 1 трубки запаяний і пов'язаний з передавальним механізмом, а інший кінець 2 з'єднаний з вимірюваним середовищем. Під дією тиску або розрідження трубка змінює свою кривизну, вільний кінець трубки переміщається пропорційно величині тиску.
До трубчастим пружинам відносять і кручені (спіральні) пружину (рис. 6, в), і пружину спіральної форми (рис. 6, г). Багатовиткові трубчасті пружини можуть без передавального механізму відхиляти стрілку на кут більше 360 °.
У порівнянні з одновітковимі пружинами вони складніше у виготовленні і мають великі температурні похибки. Виготовляють трубчасті пружини з латуні Л80 або бронзи. Внаслідок складності виготовлення багатовиткові трубчасті пружини використовуються рідко.
амортизатори
При експлуатації і транспортуванні багато механізмів і пристрої випробовують на собі коливання, удари, які можуть привести до погрішностей переміщень ланок (виброустойчивость) або до їх руйнувань (вибропрочность).
Для запобігання механізмів, пристроїв від шкідливого впливу коливань і ударів застосовуються найпростіші гумові упори 1 (рис. 7), які кріплять у вигляді опорних ніжок до корпусів виробів.
З більш складних і надійних амортизаторів застосовують пружинні (див. Рис. 10.1, к) і металлорезіновие. При підборі амортизаторів визначають їх жорсткість k.
Знаючи масу вироби m і частоту вимушених коливань wв виробів, необхідно дотримуватися умова, при якому частота вимушених коливань вироби wв не потрапила б в смугу резонансу, тобто в інтервал (0,7 ... 1,4) w0. де w0 = - власна частота вироби на амортизаторах.
Додатковою умовою є обмеження деформації f амортизатора величиною, передбаченої в описі амортизатора. Осадка (деформація) амортизатора визначається як f = F / k, де F - вага виробу в ньютонах.
Ваш сайт дуже корисний! Зроби паузу, студент, ось розважся: Був студентом, ходив до університету тільки заради столовки. Тепер я там викладаю. Мотивація не змінилася. До речі, анекдот узятий з chatanekdotov.ru