Металлические пружины - это элементы, которые преднамеренно деформируются под нагрузкой и возвращаются к своей первоначальной форме при ослаблении. Подаваемая энергия преобразуется в работу пружины (Вт) и высвобождается снова в более позднее время (накопление энергии). Однако металлические пружины надежно выполняют эту деформацию и поглощение энергии только в тех пределах, для которых они предназначены. Следовательно, правильная конструкция пружины и расчет пружины являются важной составляющей идеально работающей металлической пружины.
Картинная галерея
Картинная галерея с 5 картинками
Характеристика весны
Металлические пружины или технические пружины оцениваются в соответствии с их характеристиками. Эта характеристика пружины показывает зависимость силы (F) пружины от хода (ей) пружины, поскольку в зависимости от того, какая характеристика пружины требуется (линейная, прогрессивная, пониженная или комбинированная), также изменяются форма и тип пружины.
Знание - конкурентное преимущество
Будьте в курсе: с помощью нашего информационного бюллетеня редакторы практики строительства информируют вас каждый вторник и пятницу о темах, новостях и тенденциях в отрасли.
Подпишись сейчас!
Характеристика пружины на диаграмме пружины определяется с помощью коэффициента пружины (R). Поэтому коэффициент пружины (R) является важным значением при проектировании правильной пружины. С линейной характеристикой пружины скорость пружины постоянна. Пружины с характеристикой изогнутой пружины имеют переменную норму пружины. Следующие формулы применяются к линейной характеристике:
для пружин сжатия и растяжения
R = F2-F1 / s2-s1
для ног и торсионных пружин
R M = M2-M1 / α2-α1
Работа с перьями
Когда металлическая пружина натянута, выполняется работа, которая затем отпускается при снятии натяжения. Работа пружины (W) всегда получается как область ниже характеристики пружины.
Поэтому для линейной характеристики пружины применимо следующее:
для пружин сжатия и растяжения
W = ½F • s
для пружин кручения
W = ½M • α
Вычисляя значение использования объема, можно сравнивать различные типы пружин, используя соотношение работы пружины (W) и места установки (V):
η A = W / V
Гистерезис
На поведение подвески может влиять внешнее трение. Эти силы трения предотвращают деформацию пружины. При переменном напряжении это проявляется в форме петли гистерезиса. Часть работы пружины за счет трения преобразуется в тепло и затем «теряется». Поскольку это нежелательно при использовании пружин, конструктивно следует избегать любого трения за счет расположения и формы пружин.
Подсказка для семинара
Систематический семинар по подбору материала учит взаимосвязи между производством материала, структурой материала и полученными свойствами материала. Цель состоит в том, чтобы представить целостное представление о процессе выбора материала, начиная с создания профиля потребности, предварительного отбора до точного выбора и оценки риска.
Релаксация
Например, если пружина сжатия сжимается до определенной длины между параллельными пластинами при более высокой температуре, можно видеть, что сила пружины постепенно уменьшается со временем. Эта потеря мощности увеличивается с ростом температуры и напряжения.
Релаксация материала представляет собой пластическую деформацию, которая проявляется в потере силы с постоянной установочной длиной. Это дается в процентах от начальной силы F1:
Релаксация = ΔF • 100 / F1
Значения релаксации через 48 часов используются в качестве характерных значений, хотя на данный момент релаксация еще не завершена. EN 13906-1 содержит зависимые от материала диаграммы релаксации. Они должны быть включены разработчиком, только если предъявляются высокие требования к постоянству усилия пружины.
Релаксация при различных температурных условиях также показана в расчетах в программе расчета пружин WinFSB от Gutekunst Federn.
Правильный выбор материалов
Металлические пружины должны быть изготовлены из подходящего материала и разработаны и спроектированы таким образом, чтобы они возвращались к своей первоначальной форме после снятия нагрузки.
Это свойство выражается в модуле упругости и в модуле скольжения. Эти параметры материала выражают связь между растяжением и удлинением и должны иметь максимально возможное значение.
Кроме того, пружинные материалы должны:
- высокие пределы упругости, т.е. имеют большой чисто упругий диапазон,
- выдерживать соответствующие напряжения даже при повышенных температурах без значительной потери силы (низкая релаксация),
- имеют высокую усталостную прочность (мелкозернистая структура, без примесей),
- иметь достаточную деформируемость,
- иметь как можно более гладкую поверхность,
- соответствовать определенным требованиям по защите от коррозии,
- быть электропроводящим или немагнитным.
Повышенные рабочие температуры
Уровень рабочей температуры может существенно влиять на функцию пружины, поскольку тенденция к расслаблению увеличивается с ростом температуры. После оценки диаграмм релаксации можно установить определенные предельные температуры для минимальной релаксации для наиболее важных пружинных материалов.
Сломанные источники
Несмотря на высокопрочные стали - почему пружины выходят из строя
Используйте пружинные системы
По причинам конструкции также возможно использовать несколько пружин для поглощения сил и движений. Простые пружинные системы имеют параллельное и последовательное соединение. (см. рис. стр. 29 ниже)
а) Параллельное соединение
Пружины расположены таким образом, что внешняя нагрузка (F) пропорционально распределяется между отдельными пружинами, но путь отдельных пружин может оставаться одинаковым:
s = s1 = s2 = s3 =… (общий ход подвески)
F = F1 = F2 = F3 =… (общая сила пружины)
R = R1 + R2 + R3 =… (общая норма пружины)
Коэффициент пружины всей системы параллельного соединения всегда больше, чем коэффициент пружины отдельных пружин.
б) последовательное соединение
Пружины расположены одна за другой, так что одинаковая сила действует на каждую пружину, но ход делится между отдельными пружинами. Следует:
s = s1 = s2 = s3 =… (общий ход подвески)
F = F1 = F2 = F3 =… (общая сила пружины)
R = 1/1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 +… (общая норма пружины)
Коэффициент пружины всей системы последовательного соединения всегда ниже, чем коэффициент пружины отдельных пружин.
в) смесительный контур
Несколько пружин соединены параллельно и последовательно. Из-за баланса R1 = R2 и R3 = R4 должны быть. В показанном случае:
R = 1/1 / (R1 + R2) + 1 / (R3 + R4) +… (общая норма пружины)
Показатель пружины всей системы смесительного контура показан между наименьшей и наибольшей частотой пружин отдельных пружин.