10. Формулы и способы расчета пружин из стали круглого сечения по ГОСТ 13765-86 в ред. 1990г.
Пружина сжатия
Пружина растяжения
Наименование параметра |
Обозначение |
Расчетные формулы и значения |
1. Сила пружины при предварительной деформации, Н |
F1 |
Принимаются в зависимости от нагрузки пружины |
2. Сила пружины при рабочей деформации (соответствует наибольшему принудительному перемещению подвижного звена в механизме), Н |
F2 |
|
3. Рабочий ход пружины, мм |
h |
|
4. Наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или разгрузке, м/с |
Vmax |
|
5. Выносливость пружины, число циклов до разрушения |
NF |
Продолжение табл. 10
Наименование параметра |
Обозначение |
Расчетные формулы и значения |
6. Наружный диаметр пружины, мм |
D1 |
Предварительно назначают с учетом конструкции узла. Уточняются по таблицам ГОСТ 13766-86-ГОСТ 13776-86 |
7. Относительный инерционный зазор пружины сжатия. Для пружин растяжения служит ограничением максимальной деформации |
δ |
δ = 1-F2/F3. (1) Для пружин сжатия классов I и IIδ=0,05…0,25; для пружин растяжения δ=0,05…0,10; для одножильных пружин класса IIIδ=0,10…0,40; для трехжильных класса IIIδ=0,15…0,40 |
8. Сила пружины при максимальной деформации, Н |
F3 |
F3=F2/(1-δ) (2) Уточняется по таблицам ГОСТ 13766-86-ГОСТ 13776-86 |
9. Сила предварительного напряжения (при навивке из холоднотянутой и термообработанной проволоки), Н |
F0 |
F0= (0,1… 0,25) F3 |
10. Диаметр проволоки, мм |
d |
Выбирается по таблицам ГОСТ 13764-86-ГОСТ 13776-86 |
11. Диаметр трехжильного троса, мм |
d1 |
|
12. Жесткость одного витка пружины, Н/мм |
c1 |
|
13. Максимальная деформация одного витка пружины, мм |
s’3 (при F0=0) s»3 (при F0>0) |
Выбирается по таблицам ГОСТ 13764-86-ГОСТ 13776-86
|
14. Максимальное касательное напряжение пружины, Н/мм2 (Коэффициент k см. п. 35) |
τ3 |
Назначается по табл. 2 ГОСТ 13764-86. При проверке
Для трехжильных пружин
|
15. Критическая скорость пружины сжатия, м/с (Максимальная скорость подвижного звена механизма vmax должна быть равна или меньше vK, т.е. vK > vmax) |
vк |
Для трехжильных пружин
|
16. Модуль сдвига, Н/мм2 |
G |
Для пружинной стали G = 7,85·104 |
17. Динамическая (гравитационная) плотность материала, Н·с2/м4 |
Р |
p = γ/g, где g-ускорение свободного падения, м/с2; γ — удельный вес, Н/м3. Для пружиннойстали р = 8·103 |
18. Жесткость пружины, Н/мм |
с |
Для пружин с предварительным напряжением
Для трехжильных пружин
|
19. Число рабочих витков пружины |
n |
n = c1/c (7) |
20. Полное число витков пружины |
n1 |
n1 = n+ n2, (8) где n2 — число опорных витков |
21. Средний диаметр пружины, мм |
D |
D = D1 – d = D2 + d Для трехжильных пружин D = D1– d1= D2+ d1(9a) |
22. Индекс пружины |
i |
i = D/d (10) Для трехжильных пружин i= D/d1 (10а) Рекомендуется назначать от 4 до 12 |
Продолжение табл. 10
Наименование параметра |
Обозначение |
Расчетные формулы и значения |
||||
23. Коэффициент расплющивания троса в трехжильной пружине, учитывающий увеличение сечения витка вдоль оси пружины после навивки |
Δ |
Для трехжильного троса с углом свивкиβ=24° определяется по таблице, приведенной ниже |
||||
i |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
7,0 и более |
Δ |
1,029 |
1,021 |
1,015 |
1,010 |
1,005 |
1,000 |
24. Предварительная деформация пружины, мм |
s1 |
s1=F1/c (11) |
||||
25. Рабочая деформация пружины, мм |
s2 |
s2= F2/c (12) |
||||
26. Максимальная деформация пружины, мм |
s3 |
s3= F3/c (13) |
||||
27. Длина пружины при максимальной деформации, мм |
l3 |
l3 = (n1 + 1 – n3)d, (14) где n3 — число обработанных витков. Для трехжильных пружин l3 = (n + l)d1Δ. (14а) Для пружин растяжения с зацепами l3 = l0 + s3 |
||||
28. Длина пружины в свободном состоянии, мм |
l0 |
l0=l3+s3 (15) |
||||
29. Длина пружины растяжения без зацепов в свободном состоянии, мм |
l0‘ |
l0‘ = (n1+1)d (15а) |
||||
30. Длина пружины при предварительной деформации, мм |
1l |
l1 = l0-s1. (16) Для пружин растяжения l1= l0+s1(16а) |
||||
31. Длина пружины при рабочей деформации, мм |
l2 |
l2=l0-s2. (17) Для пружин растяжения l2=l0+s2 (17а) |
||||
32. Шаг пружины в свободном состоянии, мм |
t |
t = s’3+d. (18) Для трехжильных пружин t = s’3+d1Δ. (18а) Для пружин растяжения t = d(18б) |
||||
33. Напряжение в пружине при предварительной деформации, Н/мм2 |
τ1 |
|
||||
34. Напряжение в пружине при рабочей деформации, Н/мм2 |
τ2 |
|
||||
35. Коэффициент, учитывающий кривизну витка пружины |
k |
Для трехжильных пружин
|
||||
36. Длина развернутой пружины (для пружин растяжения без зацепов), мм |
l |
|
||||
37. Масса пружины (для пружин растяжения без зацепов), кг |
m |
|
||||
38. Объем, занимаемый пружиной (без учета зацепов пружины), мм3 |
V |
|
||||
39. Зазор между концом опорного витка и соседним рабочим витком пружины сжатия, мм |
λ |
Устанавливается в зависимости от формы опорного витка |
||||
40. Внутренний диаметр пружины, мм |
D2 |
D2=D1-2d (25) |
||||
41. Временное сопротивление проволоки при растяжении, Н/мм2 |
Rm |
Устанавливается при испытаниях проволоки или по ГОСТ 9389-75 и ГОСТ 1071-81 |
||||
42. Максимальная энергия, накапливаемая пружиной, или работа деформации, МДж |
|
Для пружин сжатия и растяжения без предварительного напряжения
для пружин растяжения с предварительным напряжением
|
Методика определения размеров пружин по ГОСТ 13765-86.
1. Исходными величинами для определения размеров пружин являются силы F1 и F2, рабочий ход h, наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или при разгрузке vmах, выносливость NF и наружный диаметр пружины D1 (предварительный).
Если задана только одна сила F2, то вместо рабочего хода h для подсчета берут величину рабочей деформации s2, соответствующую заданной силе.
2. По величине заданной выносливости NF предварительно определяют принадлежность пружины к соответствующему классу по табл. 1.
3. По заданной силе F2 и крайним значениям инерционного зазора δ вычисляют по формуле (2) значение силы F3.
4. По значению F3, пользуясь табл. 2, предварительно определяют разряд пружины.
5. По табл. 11-17 находят строку, в которой наружный диаметр витка пружины наиболее близок к предварительно заданному значению D1. В этой же строке находят соответствующие значения силы F3 и диаметра проволоки d.
6. Для пружин из закаливаемых марок сталей максимальное касательное напряжение τ3 находят по табл. 2, для пружин из холоднотянутой и термообработанной τ3 вычисляют с
учетом значений временного сопротивления Rm. Для холоднотянутой проволоки Rm определяют из ГОСТ 9389-75, для термообработанной — из ГОСТ 1071-81.
7. По полученным значениям F3 и τ3, aтакже по заданному значению F2 по формулам (5) и (5а) вычисляют критическую скорость vK и отношение vmax/vK, подтверждающее или
отрицающее принадлежность пружины к предварительно установленному классу.
При несоблюдении условий vmax/vK<1 пружины I и II классов относят к последующему классу или повторяют расчеты, изменив исходные условия. Если невозможно изменение исходных условий, работоспособность обеспечивается комплектом запасных пружин.
8. По окончательно установленному классу и разряду в соответствующей таблице на параметры витков пружин, помимо ранее найденных величин F3, D1, и d, находят величины c1 и s3, после чего остальные размеры пружины и габариты узла вычисляют по формулам (6)… (25).
Как известно,
пружины служат для выполнения демпфирующих
функций. При пректировании пружин за
основу принимают величину энергии
,
которую должна поглощать пружина во
время эксплуатации. При этом исходят
из того, что между осадкой пружиныи силой,
действующей на нее, имеется прямолинейная
зависимость. Как уже упоминалось выше,
потенциальная энергия численно равна
работе внешней силы на вызванных ею
перемещениях:
.
Крутящий момент,
выраженный через максимальные касательные
напряжения при условии, что пружина
работает только на кручение, может быть
записан так:
.
Теперь
потенциальную энергию тоже можно
выразить через максимальные касательные
напряжения:
.
Учитывая, что
длина проволоки пружина, аплощадь
сечения проволоки, объем пружины равен:
.
И тогда
потенциальная энергия деформации
принимает вид:
.
(11.57)
Задаваясь
предельной величиной касательного
напряжения
,
вычислим объем пружины, необходимый
для поглощения заданной величины энергии,
с тем, чтобы не было превышения допускаемого
напряжения:
,
откуда
. (11.58)
При конструировании
пружины по заданному объему, следует
выбрать ее размеры ()
с таким расчетом, чтобы при проверке
осадки пружины зазоры между витками не
закрывались.
При выводе
формулы (11.58) попутно была получена
формула для определения максимальных
касательных напряжений при кручении
при известном уровне сообщенной телу
кинетической энергии
,
например, при ударе:
.
(11.59)
Здесь
площадь поперечного сечения стержня;длина
стержня.
Отметим, что в
настоящей теме были рассмотрен расчет
только цилиндрических пружин с малым
шагом витка. Все же остальные пружины
(конические, призматические, бочкообразные,
с переменным шагом витка, с сечением
витка в виде прямоугольной формы и т.п.)
рассчитываются достаточно сложно. В
связи с этим методы расчета таких пружин
в настоящем пособии не приводятся.
11.5. Тесты к теме №11 “Сдвиг. Кручение”
№ |
Вопрос |
Время на ответ, сек |
1 |
Какой |
40 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4. |
||
2 |
Какие |
40 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
3 |
Какие |
40 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4 |
Между |
40 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4. |
||
5 |
Что |
40 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4. |
||
6 |
Какое |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
||
7 |
Какая |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
||
8 |
Какм |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
||
9 |
Как |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
||
10 |
Как |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
||
11 |
Какое |
40 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
12 |
В |
60 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4. |
||
13 |
В |
60 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4. |
||
14 |
Какой |
40 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4. |
||
15 |
Какой |
30 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4. |
||
16 |
Какая |
40 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4. |
||
17 |
Какой |
40 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4. |
||
18 |
Какие |
40 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
19 |
Как |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
||
20 |
Какой |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
||
21 |
Каким |
40 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4. |
||
22 |
Какое |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
||
23 |
Какое |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
||
24 |
Как |
40 |
1. (кНм) |
||
2. (кНм) |
||
3. (кНм) |
||
4. (кНм) |
||
25 |
Как |
40 |
1. (кНм) |
||
2. (кНм) |
||
3. (кНм) |
||
4. (кНм) |
||
26 |
Брус |
240 |
27 |
Брус |
180 |
28 |
Как
|
180 |
1. |
||
2. |
||
2. |
||
4. |
||
29 |
Как МПа
|
180 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4. |
||
30 |
Как |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
||
31 |
Какая |
40 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4. |
||
32 |
Как |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
||
33 |
Как |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
||
34 |
Какого |
40 |
1. |
||
2. |
||
3. |
||
4. |
||
35 |
Какое |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
||
36 |
Как |
60 |
1.
|
||
2.
|
||
3.
|
||
4.
|
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Формулы и способы расчета пружин из стали круглого сечения по ГОСТ 13765-86 в ред. 1990г.
Пружина сжатия
Пружина растяжения
Наименование параметра |
Обозначение |
Расчетные формулы и значения |
1. Сила пружины при предварительной деформации, Н |
F1 |
Принимаются в зависимости от нагрузки пружины |
2. Сила пружины при рабочей деформации (соответствует наибольшему принудительному перемещению подвижного звена в механизме), Н |
F2 |
|
3. Рабочий ход пружины, мм |
h |
|
4. Наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или разгрузке, м/с |
Vmax |
|
5. Выносливость пружины, число циклов до разрушения |
NF |
Продолжение табл. 10
Наименование параметра |
Обозначение |
Расчетные формулы и значения |
6. Наружный диаметр пружины, мм |
D1 |
Предварительно назначают с учетом конструкции узла. Уточняются по таблицам ГОСТ 13766-86-ГОСТ 13776-86 |
7. Относительный инерционный зазор пружины сжатия. Для пружин растяжения служит ограничением максимальной деформации |
δ |
δ = 1-F2/F3. (1) Для пружин сжатия классов I и IIδ=0,05…0,25; для пружин растяжения δ=0,05…0,10; для одножильных пружин класса IIIδ=0,10…0,40; для трехжильных класса IIIδ=0,15…0,40 |
8. Сила пружины при максимальной деформации, Н |
F3 |
F3=F2/(1-δ) (2) Уточняется по таблицам ГОСТ 13766-86-ГОСТ 13776-86 |
9. Сила предварительного напряжения (при навивке из холоднотянутой и термообработанной проволоки), Н |
F0 |
F0= (0,1… 0,25) F3 |
10. Диаметр проволоки, мм |
d |
Выбирается по таблицам ГОСТ 13764-86-ГОСТ 13776-86 |
11. Диаметр трехжильного троса, мм |
d1 |
|
12. Жесткость одного витка пружины, Н/мм |
c1 |
|
13. Максимальная деформация одного витка пружины, мм |
s’3 (при F0=0) s»3 (при F0>0) |
Выбирается по таблицам ГОСТ 13764-86-ГОСТ 13776-86 |
14. Максимальное касательное напряжение пружины, Н/мм2 (Коэффициент k см. п. 35) |
τ3 |
Назначается по табл. 2 ГОСТ 13764-86. При проверке Для трехжильных пружин |
15. Критическая скорость пружины сжатия, м/с (Максимальная скорость подвижного звена механизма vmax должна быть равна или меньше vK, т.е. vK > vmax) |
vк |
Для трехжильных пружин |
16. Модуль сдвига, Н/мм2 |
G |
Для пружинной стали G = 7,85·104 |
17. Динамическая (гравитационная) плотность материала, Н·с2/м4 |
Р |
p = γ/g, где g-ускорение свободного падения, м/с2; γ — удельный вес, Н/м3. Для пружиннойстали р = 8·103 |
18. Жесткость пружины, Н/мм |
с |
Для пружин с предварительным напряжением Для трехжильных пружин |
19. Число рабочих витков пружины |
n |
n = c1/c (7) |
20. Полное число витков пружины |
n1 |
n1 = n+ n2, (8) где n2 — число опорных витков |
21. Средний диаметр пружины, мм |
D |
D = D1 – d = D2 + d Для трехжильных пружин D = D1– d1= D2+ d1(9a) |
22. Индекс пружины |
i |
i = D/d (10) Для трехжильных пружин i= D/d1 (10а) Рекомендуется назначать от 4 до 12 |
Продолжение табл. 10
Наименование параметра |
Обозначение |
Расчетные формулы и значения |
||||
23. Коэффициент расплющивания троса в трехжильной пружине, учитывающий увеличение сечения витка вдоль оси пружины после навивки |
Δ |
Для трехжильного троса с углом свивкиβ=24° определяется по таблице, приведенной ниже |
||||
i |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
7,0 и более |
Δ |
1,029 |
1,021 |
1,015 |
1,010 |
1,005 |
1,000 |
24. Предварительная деформация пружины, мм |
s1 |
s1=F1/c (11) |
||||
25. Рабочая деформация пружины, мм |
s2 |
s2= F2/c (12) |
||||
26. Максимальная деформация пружины, мм |
s3 |
s3= F3/c (13) |
||||
27. Длина пружины при максимальной деформации, мм |
l3 |
l3 = (n1 + 1 – n3)d, (14) где n3 — число обработанных витков. Для трехжильных пружин l3 = (n + l)d1Δ. (14а) Для пружин растяжения с зацепами l3 = l0 + s3 |
||||
28. Длина пружины в свободном состоянии, мм |
l0 |
l0=l3+s3 (15) |
||||
29. Длина пружины растяжения без зацепов в свободном состоянии, мм |
l0‘ |
l0‘ = (n1+1)d (15а) |
||||
30. Длина пружины при предварительной деформации, мм |
1l |
l1 = l0-s1. (16) Для пружин растяжения l1= l0+s1(16а) |
||||
31. Длина пружины при рабочей деформации, мм |
l2 |
l2=l0-s2. (17) Для пружин растяжения l2=l0+s2 (17а) |
||||
32. Шаг пружины в свободном состоянии, мм |
t |
t = s’3+d. (18) Для трехжильных пружин t = s’3+d1Δ. (18а) Для пружин растяжения t = d(18б) |
||||
33. Напряжение в пружине при предварительной деформации, Н/мм2 |
τ1 |
|||||
34. Напряжение в пружине при рабочей деформации, Н/мм2 |
τ2 |
|||||
35. Коэффициент, учитывающий кривизну витка пружины |
k |
Для трехжильных пружин |
||||
36. Длина развернутой пружины (для пружин растяжения без зацепов), мм |
l |
|||||
37. Масса пружины (для пружин растяжения без зацепов), кг |
m |
|||||
38. Объем, занимаемый пружиной (без учета зацепов пружины), мм3 |
V |
|||||
39. Зазор между концом опорного витка и соседним рабочим витком пружины сжатия, мм |
λ |
Устанавливается в зависимости от формы опорного витка |
||||
40. Внутренний диаметр пружины, мм |
D2 |
D2=D1-2d (25) |
||||
41. Временное сопротивление проволоки при растяжении, Н/мм2 |
Rm |
Устанавливается при испытаниях проволоки или по ГОСТ 9389-75 и ГОСТ 1071-81 |
||||
42. Максимальная энергия, накапливаемая пружиной, или работа деформации, МДж |
Для пружин сжатия и растяжения без предварительного напряжения для пружин растяжения с предварительным напряжением |
Методика определения размеров пружин по ГОСТ 13765-86.
1. Исходными величинами для определения размеров пружин являются силы F1 и F2, рабочий ход h, наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или при разгрузке vmах, выносливость NF и наружный диаметр пружины D1 (предварительный).
Если задана только одна сила F2, то вместо рабочего хода h для подсчета берут величину рабочей деформации s2, соответствующую заданной силе.
2. По величине заданной выносливости NF предварительно определяют принадлежность пружины к соответствующему классу по табл. 1.
3. По заданной силе F2 и крайним значениям инерционного зазора δ вычисляют по формуле (2) значение силы F3.
4. По значению F3, пользуясь табл. 2, предварительно определяют разряд пружины.
5. По табл. 11-17 находят строку, в которой наружный диаметр витка пружины наиболее близок к предварительно заданному значению D1. В этой же строке находят соответствующие значения силы F3 и диаметра проволоки d.
6. Для пружин из закаливаемых марок сталей максимальное касательное напряжение τ3 находят по табл. 2, для пружин из холоднотянутой и термообработанной τ3 вычисляют с
учетом значений временного сопротивления Rm. Для холоднотянутой проволоки Rm определяют из ГОСТ 9389-75, для термообработанной — из ГОСТ 1071-81.
7. По полученным значениям F3 и τ3, aтакже по заданному значению F2 по формулам (5) и (5а) вычисляют критическую скорость vK и отношение vmax/vK, подтверждающее или
отрицающее принадлежность пружины к предварительно установленному классу.
При несоблюдении условий vmax/vK<1 пружины I и II классов относят к последующему классу или повторяют расчеты, изменив исходные условия. Если невозможно изменение исходных условий, работоспособность обеспечивается комплектом запасных пружин.
8. По окончательно установленному классу и разряду в соответствующей таблице на параметры витков пружин, помимо ранее найденных величин F3, D1, и d, находят величины c1 и s3, после чего остальные размеры пружины и габариты узла вычисляют по формулам (6)… (25).
« Назад [Расчет пружин] Далее »
Исходные данные
Материал
Диаметр прутка, мм.
Наружный диаметр пружины, мм.
Длина пружины, мм.
Полное число витков, шт.
Число рабочих витков, шт.
Деформация, мм.
Количество пружин в партии
Расcчитать
Расчётные данные
Длина развертки, м:
Вес развертки, кг:
Объем, м:
Индекс пружины:
Жесткость пружины, Н/мм:
Допустимое усилие Fmax, Н:
Длина при соприкосновении
витков, мм:
Общий вес, кг:
Отправить заявку