Выбор вида пружины и ее материала

 

Практически каждый электрический аппарат имеет одну или несколько пружин. Так в нашем случае пускатель имеет одну контактную пружину и одну возвратную. Значительное число пружин электрических аппаратов, выполняя ответственную роль, определяют основные характеристики аппаратов, поэтому их расчет имеет большое значение.

Из всех видов выпускаемых сегодня пружин наиболее часто применяются цилиндрические витые и пластинчатые холодноштампованные пружины.

Согласно выбранному прототипу принимаем витые цилиндрические пружины, работающие на сжатие, с прижатыми витками (рисунок 6).

Рисунок 6 – Витая цилиндрическая пружина, работающая на сжатие

с прижатыми (пассивными) витками

Расчет пружины производится на основании теории деформации винтовой пружины, навитой из проволоки или прутка круглого сечения и воспринимающей осевую сжимающую нагрузку. Исходными величинами при расчете являются: сила контактного нажатия и необходимый прогиб.

Раствор и провал контакта примем с прототипа, тогда раствор контактов х_Р = 4 мм, провал контактов х_П = 4 мм. Определим суммарный ход якоря:

Силы контактного нажатия. Из расчета коммутирующего контакта примем значения начального и конечного контактного нажатия:

F_KK = 6 Н – сила конечного нажатия,

F_KH = 4.5 Н – сила начального нажатия.

Определяем силу давления на упор:       

где f_У – удельное давление на 1 А, для пускателя f_У =(0,1÷0,15) Н/А, примем f_У =0,1 Н/А.

Рассчитываем усилия контактов с учетом вида и числа контактов:

где n – число контактов главной цепи для проектируемого аппарата n=3, N – поправка на вид контактов. Контактное нажатие необходимо учитывать на каждый контакт, так как используем мостиковый контакт N=2.

Производим расчет параметров возвратной пружины. Принимаем материал для пружины – сталь качественная рессорно-пружинная в прутках, ГОСТ 2052-53, круглая, горячей навивки, марка 65Г. Основные свойства материала:

- прочность при растяжении

- допустимый предел выносливости при изгибе

- допустимый предел выносливости при кручении

- модуль упругости Е=200000 .;

- модуль сдвига G=80000 .

Рассчитываем начальную силу возвратной пружины в отпущенном состоянии:

Тогда конечная сила возвратной пружины:

Принимаем F_ВК = 14 Н.

Рассчитываем предварительное значение жесткости пружины j, т.е. силу, которую развивает пружина на 1 мм прогиба:

Определяем максимальную силу пружины при полном сжатии:

где  – относительный инерционный зазор, для пружин  =(0,05 0,20), принимаем  = 0,1.

Максимальная деформация возвратной пружины:

Определяем средний диаметр пружины:

Предварительно принимаем Д = 10 мм. Диаметр проволоки определяем по формуле:

согласно стандартному ряду значений, принимаем d =1,1 мм.

Определяем индекс пружины. Индекс пружины – это параметр, который характеризует кривизну витка, определяющую концентрацию напряжений в материале пружины.

Рассчитываем число витков:

Производим контрольный расчет. Определяем величину напряжения кручения при действии силы, принятых размерах и числе витков и сравниваем с допустимым:

Полученное значение является меньше допустимого σ_КР < σ_Д.КР.. То есть расчет произведен верно. Определяем параметры пружины.

Жесткость возвратной пружины:

Минимальная длина пружины:

Свободная длина:

Сила при отпущенном якоре: F_ВН = 9,7 Н – неизменна.

Длина при отпущенном якоре:

Тогда при притянутом якоре длина пружины равна:

где – рабочая деформация пружины, равна суммарному ходу якоря.

Уточним силу при притянутом якоре:

Расчет контактной пружины. Материал контактной пружины принимаем аналогичный материалу возвратной пружины – сталь качественная рессорно -пружинная в прутках, ГОСТ 2052-53, круглая, горячей навивки, марка 65Г. Контактная пружина работает на величине провала контактов. Рабочая деформация:

С учетом формы контактов принимаем:

Рассчитываем предварительное значение жесткости пружины:

Определяем максимальную силу пружины при полном сжатии:

Максимальная деформация возвратной пружины:

Определяем средний диаметр пружины:

Предварительно принимаем Д = 10 мм. Диаметр проволоки определяем по формуле:

согласно стандартному ряду значений, принимаем d =1,3 мм.

Определяем индекс пружины. Индекс пружины – это параметр, который характеризует кривизну витка, определяющую концентрацию напряжений в материале пружины.

Рассчитываем число витков:

Производим контрольный расчет. Определяем величину напряжения кручения при действии силы, принятых размерах и числе витков и сравниваем с допустимым:

Полученное значение является меньше допустимого σ_КР < σ_Д.КР.. То есть расчет произведен верно. Определяем параметры пружины.

Жесткость возвратной пружины:

Минимальная длина пружины:

Свободная длина:

Сила при отпущенном якоре: F_КН = 10 Н – неизменна.

Длина при отпущенном якоре:

Тогда при притянутом якоре длина пружины равна:

где – рабочая деформация пружины, равна суммарному ходу якоря.

Уточним силу при притянутом якоре:

Определяем суммарные усилия создаваемые контактными пружинами в цепи главных контактов:

Производим приведение критической точки на начальный зазор:

Механическая характеристика представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Механическая характеристика