У цьому курсовому проекті завданням передбачено застосування тільки пружин стиснення з неконтрольованими силовими параметрами. Тому опис проектування і зображення пружин на кресленнях дано в короткому вигляді.
Основи конструювання і розрахунку пружин даються в методичній і довідковій літературі [3, 14, 15]. У спеціальній літературі викладено властивості, технологія і контроль пружин [15,16].
Стандартизація гвинтових пружин розтягування і стиснення зі сталі круглого перетину стосується класифікації (ГОСТ 13764-86) і методів розрахунку розмірів (ГОСТ 13765-86). Для цих пружин стандарти нормують виток за розмірами, силовим параметрам і деформацій (ГОСТ 13766-86 - ГОСТ 13777-86). Стандартизація охоплює пружини діаметром від 1 до 300 мм під навантаження від 1 до 100 кН, що практично вичерпує потреби будь-якої галузі виробництва.
Загальні правила виконання креслень деталей містяться в ГОСТ 2.109-73 «ЕСКД. Основні вимоги до креслень ». Креслення пружин крім цього регламентовані додатково ГОСТ 2.401-68 «ЕСКД. Правила виконання креслень пружин ».
Розрахунок і підбір пружини потрібно проводити тоді, коли в цілому зроблений ескізний проект, попередньо визначені розташування, розміри і вага столика, що направляють, габаритні розміри всього пристрою.
В даному механізмі пружина стискається при русі столу в одну сторону і повертає стіл в зворотну сторону. Тобто пружина повинна подолати силу тертя в напрямних столу, а її робоча деформація - забезпечити максимальний хід столу. При цьому пружина не повинна бути необгрунтовано жорсткої, а за розмірами повинна органічно вписуватися в конструкцію всього пристрою.
Вибір і розрахунок пружин
Перший крок при проектувальному розрахунку - це визначення сили тертя в напрямних столу - Pтр. Після цього призначається сила попереднього стиску пружини в крайньому положенні Р1 (при установчому стисненні Н1, мм). Рекомендується Р1 = (1,05 ... 1,1) Pтр для того, щоб подолати силу інерції в момент початку руху стола. Потім необхідно призначити робоче стиснення пружини (робочий хід) - F. мм, яке зазвичай дорівнює максимальному ходу столу.
Тепер можна переходити до вибору пружини і розрахунку її параметрів. Необхідно призначити установче стиснення пружини Н1. що забезпечує необхідну силу Р1. Для цього потрібно, виходячи з ескізного проекту, позначити межі обираних параметрів пружини, а потім призначати їх вже з позначених меж.
Установчий розмір, вільна висота і деформація пружин розтягування-стиснення пов'язані залежностями:
де H0- висота вільної пружини, мм (для пружин розтягування H0` - розмір між зачепами у вільному стані);
H1 і H2 - установчі розміри на початку і в кінці робочого ходу, мм;
F1, F2 і F - відповідні їм деформації і робочий хід, мм.
У формулах для пружин стиснення використовується «мінус», для пружин розтягування - «плюс».
Висоту вільної пружини стиснення у вільному стані при проектувальному розрахунку приблизно можна визначити за формулою:
де t - крок пружини, мм;
n - загальне число витків;
d - діаметр дроту, мм.
Установчі розміри H1 і H2 визначаються по розмірним ланцюжках на кресленні загального виду.
Крок пружини стиснення
де f3 - найбільший прогин одного витка (гранична деформація), мм.
Сила стиснення пружини
де z1 - жорсткість витка, Н / мм;
n - число витків.
Значення діаметра пружини і діаметра дроту стандартної пружини або пружини із стандартизованим витком міститься у відповідному стандарті. Наприклад, зазначено:
Пружина 84 ГОСТ 13771-68, n = 6.
За стандартом така пружина має діаметр дроту d = 0,4 мм і зовнішній діаметр пружини D = 5 мм.
Стандарт встановлює також жорсткість z1 одного витка і найбільший прогин одного витка f3 (граничну деформацію). Числові значення жорсткості лежать в межах від 0,102 (пружина 79, класу 1, розряду 1) до 1837 Н / мм (пружина 232, класу 3, розряду 2 ГОСТ 13775-86) .Весь діапазон граничних деформацій лежить в межах від 0,065 до 57,030 мм .
Таким чином зі стандарту можна підібрати кілька значень жорсткості одного витка z1 і найбільшого прогину f3 (граничну деформацію) одного витка, яким будуть відповідати різні значення діаметра дроту d і зовнішнього діаметра пружини D.
Число витків пружини в даному курсовому проекті призначається залежно від робочої деформації всієї пружини F2. наприклад, з урахуванням її можливої граничної деформації
де F3 - гранична деформація всієї пружини, мм;
f3 - то ж одного витка, мм.
В даному курсовому проекті важлива установча, а не робоча деформація, тому бажано вибирати пружину не надто жорсткою, але і досить обмеженою розмірами столика. Для пружин стиснення раціональне кількість витків n = 4 ... 12, при якому не потрібно направляючої, - таке, яке дає необхідну висоту пружини.
Потім за формулами (9.1) - (9.8) проводиться проектувальний розрахунок параметрів декількох пружин і підбирається та, параметри якої найбільше відповідають ескізним проектом.
Для нестандартних пружин діаметр пружини вказується в переліку деталей, а діаметр дроту знаходиться з позначення матеріалу або також вказується в переліку, наприклад:
Пружина D = 3,2, n = 4,08. Дріт 1-0,2 ГОСТ 9389-75, тобто діаметр пружини D = 3,2 мм, діаметр дроту d = 0,2 мм,
Пружина D = 12, d = 0,5, n = 6,5, БрКМц 3-1, тобто діаметр пружини D = 12 мм, діаметр дроту d = 0,5 мм.
Для нестандартних пружин розтягування-стиснення жорсткість витка z1. Н / мм:
f1 - деформація витка, мм;
G - модуль зсуву, МПа;
d - діаметр дроту, мм;
D - діаметр пружини, мм.
Для нестандартних пружин максимальна допустима деформація витка f3. мм:
де G - модуль зсуву, МПа,
# 964; 3 - (допустимий) напруга, МПа; приймається в залежності від міцності матеріалу;
K # 964; - коефіцієнт, що враховує наявність інших напруг, крім розрахункових:
де c - індекс пружини:
d - діаметр дроту, мм.
Граничні значення сил
Після закінчення проектувального розрахунку пружини необхідно виконати перевірочний розрахунок, який і наводиться потім в пояснювальній записці. У перевірочному розрахунку і на робочих кресленнях необхідно вказувати додаткові і уточнені параметри пружин.
Значення зазору між підібраними і попередніми витками задається по залежності
значення коефіцієнта K # 955; = 0,10, по ГОСТ 16118-70 для пружин точності 1, групи 2 K # 955; = 0,15, групи 3 K # 955; = 0,20.
Для пружин з витком, підгорнутим на ¾ обороту, K # 955; може бути збільшено до 0,25.
Для більш відповідальних пружин з діаметром дроту не менше 0,5 (зазвичай не менше 1,6) з метою отримання більш надійної опорної поверхні крайні витки можуть бути сошлифовать. Товщина сошлифовать опорного витка
де kв - частка сошлифовать витка (зазвичай 3/4. але не менше # 955; / 2).
Висота пружини в вільному стані
де t - крок пружини, мм;
nв - число притиснутих витків.