Расчет на прочность:

Отсюда выражаем диаметр проволоки:

k_Т – коэффициент безопасности, вычисляется по эмпирической формуле

Индекс пружины в приборостроении i = 4…20,

Индекс пружины в реальных расчетах i = 6…12.

Пружины растяжения с начальным натяжением

При навивке пружины растяжения в поперечном сечении витков можно создать остаточные натяжения, под действием которых витки прижмутся друг к другу с осевой силой (силой начального натяжения F ₀). До достижения F ₀ пружина не деформируется, что позволяет сэкономить место, занимаемое пружиной в приборе.

Конические пружины сжатия

Коническая пружина ( t = const): круглого сечения

где ;

Конические пружины можно сжимать до высоты, равной толщине витка. При H_о/ D ≤ 4 их можно применять без направляющих, тогда как цилиндрические пружины при H ₀ / D ≥ 4, во избежание выпучивания, должны иметь направляющие в виде стержня или стакана.

Устойчивость пружин сжатия

При проектировании пружин сжатия для обеспечения необходимой продольной устойчивости выбирают H / D ₀ < 3, при H / D ₀ > 3 необходимо использовать пружины в сочетании с внутренними или внешними направляющими. Для уменьшения габаритов пружин в сжатом состоянии и увеличении устойчивости используют конические пружины. Высота конической пружины в сжатом состоянии равна диаметру проволоки. Особенностью конической пружины является сугубая нелинейность характеристики из-за разной величины диаметров витков.

 Классы винтовых цилиндрических пружин сжатия и растяжения из стали круглого сечения

Расчет и выбор винтовых цилиндрических пружин сжатия и растяжения из стали круглого сечения с индексом С = 4...12 должны производиться по ГОСТ 13764—68... 13776—68.

Согласно ГОСТ 13764—68 имеется три класса пружин в зависимости от выносли­вости (табл. ). При этом отсутствие соударения витков у пружин сжатия определяется условием V₀/V_кр≤1, где V_кp—критическая скорость пружины сжатия, м/с (соответствует возникновению соударения витков пружины от сил инерции). Все статические пружины, длительно пребывающие в деформированном состоянии и периодически нагружаемые со скоростью V₀ < V_кp, относятся к I классу.

Упругие несовершенства

Это упругое последействие (при нагрузке и разгрузке деформация происходит не мгновенно, а с запаздыванием); релаксация (при отсутствии нагрузки продолжаются изменения внутреннего сопротивления материала); (несовпадение характеристик при нагрузке и разгрузке) – упругий гистерезис, %.

Гистерезис сильнее проявляется в пружинах сложной конфигурации: Г ~0,1…1%

С увеличением нагрузки гистерезис проявляется более заметно (т.к. возрастают напряжения в материале).

При расчете сложных пружин коэффициент запаса n = 5…10.

Плоские пружины

Наибольшее распространение имеют плоские пружины в форме консольной балки. Их применяют в контактных группах, скользящих токоподводах, контактах потенциометров, а также в виде упругих опор, в качестве элементов измерительного устройства, и в других случаях, когда плоская форма пружины хорошо вписывается в габарит механизма. Чаще плоские пружины изготавливают из листового материала с b >> h . Пружина должна обладать достаточной прочностью и обеспечивать заданное перемещение свободного конца.

Форма сечения чаще всего прямоугольная или круглая.

Эта группа пружин очень разнообразна как по конструкции, так и по назначению. По конструктивному оформлению различают прямые, изогнутые и спиральные пружины. Материал плоских пружин работает на изгиб.

Прямые плоские пружины с прямоугольным сечением применяют при малых линейных перемещениях и относительно небольших усилиях; например, в качестве контактных пружин реле и переключателей, в фиксаторах и тормозах, как упругие опоры и направляющие.

Прямая пружина требует много места, так как по сравнению с возможной деформацией она имеет большую длину; материал прямой пружины (ленточная сталь, бронза и т. п.) может быть применен в естественном состоянии. При этом пружину по длинной стороне следует располагать по длине проката или под небольшим углом к нему.

Способ крепления и приложения нагрузки

Уравнение упругой характеристики

Максимальная нагрузка Р_max

Вид пружины

Вид пружины

Уравнение упругой характеристики

Максимальная нагрузка Р_max

22.1. Формулы для определения геометрических параметров

Максимальное напряжение в сечении пружины:

Моменты сопротивления для прямоугольного и круглого сечений:

Перемещение свободного конца:

Из этих соотношений получаем ширину b,толщину h и жесткость k плоской пружины:

Для обеспечения правильной функциональности плоской пружины соотношение величин надо выбирать следующее:

При b / h < 3…5 пружина чувствительна к поперечным нагрузкам;

При b / h > 30…50 пружина чувствительна к смещению линии приложения нагрузки;

При l / b < 1…2 (пружина короткая и широкая) оказывают влияние местные деформации в закреплении;

при l / b > 30…50 - слишком большой габарит.

Процесс проектирования плоской пружины – перебор сочетания размеров l / b

и b / h из условий прочности и жесткости. При этом задается ряд значений l / h

и путем перебора этих значений определяются другие параметры.