Как рассчитать и выбрать пружину кручения
Пружины кручения используются для передачи воздействия сил крутящего момента, приложенного к ее торцевой части. Вследствие восприятия данного воздействия кольца изделия изгибаются и в немного подвергаются скручиванию.
Критерии выбора
Строение пружины кручения предусматривает наличие упорных элементов на ее концах, благодаря которым происходит более качественное обеспечение рабочего и реактивного крутящего момента. Производя подбор, необходимо смотреть на особенность ее установки. Устойчивость функционирования наблюдается когда, приложенный рабочий момент направлен на ее скручивание, а не с противоположным эффектом. Следовательно, определяя нужную пружину, необходимо понимать принцип формирования навивки витков и размещения упоров. Когда крутящий момент ориентирован против часовой стрелки, навивка выбирается с противоположным направлением витков (с направлением по ходу стрелки часов).
Пружина кручения не должна иметь промежутков между своими кольцами. Данное положение исключает трение и учитывает деформационные смещения при работе изделия.
Во время установки изделие центрируется, при этом используются только его крайние витки, которые после проведения процесса центровки становятся нерабочими.
Формулы, применяемые для расчета параметров подбора пружины кручения
Расчет пружины кручения производится по специальным формулам:
Сначала высчитывается наивысшее напряжение, возникающее при изгибе в рабочих кольцах пружинного изделия:
ɕ=ᶄ*М/Wв,
где ɕ - наибольшее напряжение в витках;
М - крутящий момент;
Wв – момент сопротивления изгибу.
Расчет пружины кручения из круглой проволоки с параметром толщины d (диаметр) выполняется по формуле:
ɕ=ᶄ*М*32/π*d3=10* ᶄ*М/ d3.
Коэффициент высчитывается по формуле:
ᶄ=4с-1/4с-4,
где с – индекс рассчитываемой пружины, высчитывается следующим образом:
с=D/d.
Контроль качества изготовления изделия
Исходник для изготовления пружинного изделия выбирают в соответствии с размером изделия. Если диаметр кольца не превышает 10 мм, тогда используются углеродистые стали. Использование пружины в условиях повышенного напряжения или высокой температуры и при применении витка диаметром выше 20-30 мм рекомендуют использовать легированные стали, которые предполагают закалку готового изделия на полное сечение.
Существует зависимость толщины проволоки, из которой изготовлена пружина, к ее прочностным характеристикам. Прочность при d равном до 1 мм в 2 раза превышает данную величину проволоки витка с d равным 8 - 10 мм. Поэтому толщина проволоки обязательно учитывается при вычислении допускаемого напряжения.
Конструкционные особенности пружины кручения, которым следует уделить внимание
Подбор нужного числа витков и диаметра согнутого конца пружины производится относительно возможной предельной нагрузки, используемого сырья и требуемых размеров. Все размеры пружины подбираются по нужной форме и длине рычага, которые пишутся в спецификации. Данные параметры не должны превышать максимально допустимых размеров диаметра корпуса, длину и наибольшего допустимого диаметра стержня.
Подбор выполняется таким образом, чтобы в конечном результате пружина имела минимальные размеры:
- радиус витка;
- число намоток;
- сечение пружины.
Расчет для проверки
Обязательным условием перед установкой выбранной пружины является проверочный расчет. В ходе данного этапа необходимо уточнить размеры сборки, которые должны соответствовать максимальным значениям нагрузки, используемые (рекомендуемые) материалы и, соответственно, геометрические расчеты выбранного изделия. Согласно требованиям стандартизации, первоначально выполняется проверка заданных входных размеров, применяемых при расчете, а затем с использованием формул производится повторный расчет.
Расчет действующих сил
При проведении расчета рабочих сил выясняются усилия, возникающие в пружине во время воздействия на нее нагрузки. Данные вычисления выполняются конкретно для каждого выбранного материала, размеров сборки и геометрических параметров. Перед выполнением расчета обязательно перепроверяется входные размеры, после чего производится вычисления с использованием необходимых формул.