Плоские спиральные пружины

Плоские спиральные пружины изготавливают из тонкой высококачественной углеродистой ленты. Применяют в качестве заводных, аккумулирующих энергию, что возможно благодаря высокой гибкости ленты, позволяющей иметь большой угол поворота валика до нескольких десятков оборотов. Пружины обычно помещают в барабан для обеспечения смазки и придания им определённых внешних размеров. В неответственныхмеханизмах используютспиральные пружины и без барабанов. Внутренний конец пружины крепят, как правило, к валику, а наружный к барабану.

КПД спиральных пружин определяется отношением работы, производимой пружиной при развёртывании к работе, затрачиваемой на заводку, и колеблется в пределах 0,6-0,7 в зависимости от смазки. Следует избегатьпружин повышенной толщины ленты, так как они работают не плавно, что ведёт к перенапряжению в материале пружины и к её поломке. Толщину ленты пружины b следует выбирать из условия, , где r –радиусвалика, на который наматывается пружина. Уравнение оси пружиннойленты, плотно навитой на валик, в полярных координатах ,где ρ–текущий полярный радиус, φ- полярный угол. Начальный радиус ρ₁ соответствует углу φ₁.Конечный радиус ρ₂ соответствуетуглуφ₂ = φ₁ +2n, где n -число оборотов спирали пружины равное .

Рабочая длина ленты пружиныL = .

При жёстком закреплении концов пружины в корпусе и на валике, она испытывает чистый изгиб. Напряжение изгиба ленты ,где h –высота ленты, М – изгибающиймомент. Отсюда требуемая высота ленты .

Суммарный угол закручивания ,где J – момент инерции сечения ленты.

Максимальный момент на валике пружины ,где n_р – максимальное расчётноечисло витков пружины. n_р =n₂ – n₁ , где n₂ – число витков заведенной пружины в барабане, n₁ – число витков свободной пружины (вне барабана).

Рабочее число оборотов барабанаφпри расчёте следует увеличивать на 0,5-1,5 для покрытия потерь на трение.

Минимальный момент на валике пружины , где n_p.min = n – n₁ ; n –число витков спущенной пружины (в барабане).

Тарельчатые пружины

Тарельчатые пружины составляют из кольцевых конических оболочек, напоминающих тарелки без дна (рис.а). Отношение диаметров тарелок D/d выбирают равным 2-3, а угол подъема образующей конуса 2-6⁰. В соответствии с ГОСТ 3957 тарельчатые пружины выполняют наружным диаметром 28-300мм, толщиной s = 1-20мм, высотой конуса f= 0,6-9мм. Рабочая нагрузка пружин до 520 кН. Упругая осадка пружин допускается до 0,8f.

Тарельчатые пружины, имея небольшие габариты по высоте, представляют значительные преимущества по сравнению с другими пружинами для больших нагрузок при высокой потребной жёсткости, что и определяет область их применения. На рис. б показано обычное выполнение пакета пружин для максимальной податливости. На рис. в показан пакет с тройным набором односторонних пружин для повышения несущей способности. На рис. г пакет пружин с промежуточными шайбами, более активно демпфирующих энергию колебаний.

Тарельчатые пружины штампуют, как правило, из листовой кремнистой стали 60С2А. Для повышения несущей способности их обжимают пере закалкой до полного распрямления, в результате чего в них возникают остаточные напряжения обратного знака.

Точный расчёт пружин довольно сложен и их обычно подбирают по таблицам ГОСТа 3957.

Приближённая зависимость между осевой силой Р и осевым сжатием λ₁ одного элемента пружины , где E и μ – модуль упругости и коэффициент Пуассона материала пружины;

А – коэффициент, принимаемый по приведенному графику.

Наибольшее напряжение сжатия на внутренней кромке пружины .

Коэффициенты К, К₀, К₁ также принимают по графику. Допускаемые напряжения по приведенной формуле выбирают весьма высокими, достигающими при статической нагрузке для кремнистой стали 1600 – 2000 МПа.