Материалы, применяемые для изготовления упругих элементов

Материалы, применяемые для изготовления упругих элементов, должны обладать высокими свойствами упругости, стабильности во времени, прочностью и выносливостью и удовлетворять ряду специальных требований, определяемых назначением и условиям эксплуатации. К числу последних относятся:

- высокая электрическая проводимость и антимагнитность. Для упругих элементов, работающих в электроизмерительных приборах;

- коррозионная стойкость при работе в агрессивных средах.

- термостойкие упругих элементов, эксплуатируются при высоких температурах.

Часто, упругие элементы должны иметь сложную конфигурацию, поэтому возникает противоречие в требованиях между достаточной пластичностью и высокими упругими свойствами.

Это противоречие частично устраняется в процессе термической обработки и путем нагортовки (нагортовка - это нагружения материала до появления пластических деформаций, которые возникают в материале в процессе механической обработки — прокатыванием, навивкой и т. п.)

К основным материалам, из которых изготавливаются упругие элементы относятся: Латуни- (Марки Л62-Л60) паяются, свариваются, намагничиваются.

Бронзы- невысокие упругие свойства

Стали- при температуре от 100 до 150°С, снимается

Прецизионный сплав 4НХТЮА Коррозионно-стойкая сталь 12Х18НЮТ

 

Расчёт упругих элементов.

Упругие элементы различного типа применяются во многих приборах и устройствах. При проектировании упругих элементов определяют их геометрические размеры в зависимости от допускаемых напряжений. Для этого упругие элементы рассчитывают на жесткость или прочность. Так как основные геометрические параметры определяют деформацию и напряжения в упругих элементах, целесообразно их размеры находить из совместного решения уравнений жесткости и прочности.

Полученные в результате расчета геометрические параметры не всегда удовлетворяют конструктивным требованиям. Поэтому после конструктивной проработки и уточнения размеров упругого элемента выполняют проверочные расчеты. (Л>

Многообразие требований, предъявляемых к формам, размерам, условиям эксплуатации и другим параметрам, применяемых в конструкциях, затрудняет их классификацию.

Весьма условно У.Э. классифицируют на группы

- по геометрическим формам (прямые, спиральные, витые)

- по назначению (силовой, измерительный)

 

Прямые пружины

Чаще всего такие пружины выплавляют с прямоугольным и круглым сечениями. В зависимости от направления и характера действующих нагрузок, материал пружины испытывает напряжения изгиба или кручения.

 

Прямые пружины работают на изгиб (а и б). Такие пружины должны работать в пределах небольшого прогиба (хода). Их используют в контактных устройствах.

рис б

Для обеспечения надежных условий пружин, особенно в условиях вибраций, их подвергают предварительному прогибу, т.е. при монтаже пружину нагружают силой, направление которой противоположно направленного действия рабочей нагрузки.

В результате действия этой силы в материале пружины возникают остаточные деформации, пружина получает предварительный прогиб λо.

В исходное положение пружина возвращается с помощью упора.

При нагружении пружины рабочей силой Ртах она получает максимальный прогиб

При проектировочном расчете плоских пружин, обычно задают максимальную Рmaх или предварительную нагрузку Рпр в зависимости от условий работы, раб. ход. λраб и допустимое относительное изменение нагрузки

Максимальное значение К выбирают при больших вибрациях, действующих на измерительную систему.

Из характеристики пружины найдем:

Разделив числитель и знаменатель на Рmах получим:

Подставив формулу для λ₀ в выражение для λполн имеем:

Геометрические размеры пружин можно найти из уравнений прочности и жесткости.

 

 

b - ширина пружины h - толщина пружины.

 

При определении размеров b и h соотношением b/h выбирают таким, чтобы сопротивления и моменты инерции вокруг оси X были на порядок меньше, чем вокруг оси Y; благодаря этому повышается устойчивость пружины в направлении, перпендикулярном к действующей силе. Отношение Ь/h = m для большинства плоских пружин находятся в пределах 10-50. Минимальные размеры d и 1 прямой пружины круглого сечения могут быть определены из уравнений прочности и жесткости:

Где:

момент инерции сечения.

 

Если прямая пружина нагружена моментом кручения Мк, то расчет на прочность и жесткость прямых пружин прямоугольного сечения выполняется по формулам:

 

где G - это модуль сдвига.

Коэффициенты α и β определяются в зависимости от b/h — m

.

Расчет на кручение пружин круглого сечения выполняют по формулам:

 

Где:

 

Полученное значение проверяют на прочность по уравнению (**).

 

При проектировании измерительных систем, иногда возникает необходимость в использовании чувствительных элементов с переменной жесткостью, регулируемой в определенных пределах. Переменная жесткость (в плоских), если не требуется ее регулировка, достигается с помощью лекальных жестких пластин.

При деформации пружина постепенно прилегает к поверхности лекальной пластины, вследствие чего ее рабочая длина 1 уменьшается на ∆1, что приводит к уменьшению

жесткости. В результате характеристика пружины будет представлять собой кривую, которая определяется профилем лекальной пластины.

Для обеспечения регулировки жесткости и подбора необходимой характеристики, вместо лекальной пластины используют регулировочные винты.

Характеристику пружины в этом случае изображают отрезками прямых, наклон которых зависит от жесткости пружины, работающей на данном участке. Нетрудно доказать, что жесткость на отдельных участках работы пружины зависит от изменения ее рабочей длины, а

следовательно, от величин Положение точек перегиба определяется значениями .

.