Пружинные механизмы.

В станочных приспособлениях широкое применение получили винтовые цилиндрические пружины сжатия. Накопленная при сжатии потенциальная энергия используется для зажима обрабатываемых деталей. Кроме того, они используются в качестве возвратных пружин в пневмо- и гидроцилиндрах одностороннего действия, в регуляторах давления, клапанах, фиксаторах и т.п.

Р_н – начальная (предварительная) нагрузка пружины;

Р_к – конечная,

Р_пр – предельная нагрузка, при которой пружина сжимается до соприкосновения витков, а напряжения почти достигают предела упругости.

f_н, f_к , f_пр – осадка пружины при начальной, конечной и предельной нагрузках,

- рабочий ход пружины;

Н₀, Н_н, Н_к, Н_пр – длина пружины в свободном состоянии, после приложения начальной, конечной и предельной нагрузок.

j – постоянная величина – жесткость пружины, выражающая усилие в кгс, необходимое для сжатия (растяжения) пружины на 1 мм.

Для цилиндрических винтовых пружин круглого сечения жесткость можно определить по формуле:

где D_cp – средний диаметр пружины в мм;

d – диаметр проволоки, мм;

n – число рабочих витков пружины;

G – модуль сдвига, для стали G = 8000 кгс/мм²

Пружина для приспособления может быть выбрана по таблицам [1, 7] или на основании расчета.

Расчет цилиндрических пружин сжатия сводится к определению диаметра d проволоки, среднего диаметра пружины, числа n рабочих витков.

Пружины приближенно рассчитывают на кручение, считая, что нагрузка Р (в кгс) направлена вдоль оси пружины и вызывает в поперечном сечении проволоки крутящий момент:

.

Величина наибольших касательных напряжений t_max в крайних точках сечения определяется по формуле:

где W_p – полярный момент сопротивления, для круглых сечений:

Тогда условие прочности будет:

,

отсюда находится максимальная (предельная) допускаемая нагрузка:

.

По этой формуле, задаваясь нагрузкой Р_пр можно найти диаметр пружины D_ср если известен диаметр проволоки d, или d если известен диаметр пружины D_ср. В случаях, когда d и D_cp определяются по конструктивным соображениям, по формуле определяется допускаемая рабочая нагрузка.

Начальная нагрузка Р_н на пружину необходима для нормальной работы механизма, т.к. она обеспечивает выборку зазоров в сопряжениях.

Для получения одной и той же силы зажима W при проектировании можно подобрать различные значения допустимых осадок f_k. Осадку можно увеличить уменьшая жесткость пружины или увеличивая число ее витков. Чем больше осадка f_к, тем эластичнее работает зажим, тем меньше колеблется сила зажима в связи с колебаниями размера закрепляемых деталей.