Упругие элементы – детали, жёсткость которых намного меньше, чем у остальных, а деформации выше.

Благодаря этому своему свойству упругие элементы первыми воспринимают удары, вибрации, деформации.

Чаще всего упругие элементы легко обнаружить при осмотре машины, как, например, резиновые покрышки колёс, пружины и рессоры, мягкие кресла водителей и машинистов.

Иногда упругий элемент скрыт под видом другой детали, например, тонкого торсионного вала, шпильки с длинной тонкой шейкой, тонкостенного стержня, прокладки, оболочки и т.п. Однако и здесь опытный конструктор сможет распознать и применять такой "замаскированный" упругий элемент именно по сравнительно малой жёсткости.

На железной дороге из-за тяжести транспорта деформации деталей пути достаточно велики. Здесь упругими элементами, наряду с рессорами подвижного состава, фактически становятся рельсы, шпалы (особенно деревянные, а не бетонные) и грунт путевой насыпи.

Упругие элементы находят широчайшее применение:

è для амортизации (снижение ускорений и сил инерции при ударах и вибрации за счёт значительно большего времени деформации упругого элемента по сравнению с жёсткими деталями);

è для создания постоянных сил (например, упругие и разрезные шайбы под гайкой создают постоянную силу трения в витках резьбы, что препятствует самоотвинчиванию);

è для силового замыкания механизмов (чтобы исключить нежелательные зазоры);

è для аккумуляции (накопления) механической энергии (часовые пружины, пружина оружейного бойка, дуга лука, резина рогатки и т.д.);

è для измерения сил (пружинные весы основаны на связи веса и деформации измерительной пружины по закону Гука).

Обычно упругие элементы выполняются в виде пружин различных конструкций.

Основное распространение в машинах имеют упругие пружины сжатия и растяжения. В этих пружинах витки подвержены кручению. Цилиндрическая форма пружин удобна для размещения их в машинах.

Основной характеристикой пружины, как и всякого упругого элемента, является жёсткость или обратная ей податливость. Жёсткость K определяется зависимостью упругой силы F от деформации x. Если эту зависимость можно считать линейной, как в законе Гука, то жёсткость находят делением силы на деформацию K = F / x.

Если зависимость нелинейна, как это и бывает в реальных конструкциях, жёсткость находят, как производную от силы по деформации K=∂F/∂x.

Очевидно, что здесь нужно знать вид функции F=f(x).

Для больших нагрузок при необходимости рассеяния энергии вибрации и ударов применяют пакеты упругих элементов (пружин).

Идея состоит в том, что при деформации составных или слоистых пружин (рессор) энергия рассеивается за счёт взаимного трения элементов.

Пластинчатые пакетные рессоры успешно применялись с первых шагов транспортного машиностроения – ещё в подвеске карет, применялись они и на электровозах, и электропоездах первых выпусков, где были из-за нестабильности сил трения позже заменены витыми пружинами с параллельными демпферами, их можно встретить в некоторых моделях автомобилей и строительно-дорожных машин.

Пластинчатые рессоры обладают большим демпфированием (способностью рассеивать вибрацию).

Материалы для упругих элементов должны иметь высокие упругие свойства, а главное, не терять их со временем.

Основные материалы для пружин – высокоуглеродистые стали 65,70, марганцовистые стали 65Г, кремнистые стали 60С2А, хромованадиевая сталь 50ХФА и т.п. Все эти материалы имеют более высокие механические свойства по сравнению с обычными конструкционными сталями.

В 1967 году в Самарском Аэрокосмическом университете был изобретён и запатентован материал, названный металлорезиной "МР". Материал изготавливается из скомканной, спутанной металлической проволоки, которая затем прессуется в необходимые формы.

Колоссальное достоинство металлорезины в том, что она великолепно сочетает прочность металла с упругостью резины и, кроме того, за счёт значительного межпроволочного трения рассеивает (демпфирует) энергию колебаний, являясь высокоэффективным средством виброзащиты.

Густоту спутанной проволоки и силу прессования можно регулировать, получая заданные значения жёсткости и демпфирования металлорезины в очень широком диапазоне.

Металлорезина, несомненно, имеет перспективное будущее в качестве материала для изготовления упругих элементов.

Упругие элементы требуют весьма точных расчётов. В частности, их обязательно рассчитывают на жёсткость, поскольку это главная характеристика.

Однако конструкции упругих элементов столь разнообразны, а расчётные методики столь сложны, что привести их в какой-либо обобщённой формуле невозможно.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

s По какому признаку в конструкции машины можно найти упругие элементы ?

s Для каких задач применяются упругие элементы ?

s Какая характеристика упругого элемента считается главной ?

s Из каких материалов следует изготавливать упругие элементы ?

s Каким образом на Куйбышевской дороге применяются тарельчатые шайбы-пружины ?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х тт. – М.: Машиностроение, 1999.

2. Байзельман Р.Д. и др. Подшипники качения.– М.: Машиностроение, 1975.

3. Беляков В.М., Жарков М.С., Фёдоров В.В., Янковский В.В. Зубчатые передачи подвижного состава: Учебное пособие для студентов. Куйбышев.: КИИТ, 1990.

4. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения.– М.: Машиностроение, 1973.

5. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчёты на прочность деталей машин.– М.: Машиностроение, 1979.

6. Волков Д.П., Крайнев А.Ф. Трансмиссии строительных и дорожных машин.– М.: Машиностроение, 1984.

7. Валы и оси. Конструирование и расчёт/ Под ред. Серенсена. М.: Машиностроение, 1980.

8. Голованов Н.Ф. и др. Планетарные передачи.– М.: Машиностроение, 1980.

9. Гузенков П.Г. Детали машин.– М.: Высшая школа, 1986.

10. Детали машин: Справочник/ Под ред. Ачеркана.Н.С. В 3-х тт.– М.: Машиностроение, 1968-1969.

11. Детали машин: Атлас конструкций/ Под ред. Решетова Д.Н. – М.: Машиностроение, 1988.

12. Детали машин в примерах и задачах: Учебное пособие для вузов/ Под ред. Ничипорчика С.Н.– Минск: Вышэйша Школа, 1981.

13. Динамика машин и управление машинами: Справочник/ Под ред. Крейнина Г.В.– М.: Машиностроение, 1988

14. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин.– М.: Высшая школа, 2001.

15. Единая система конструкторской документации: Основные положения.–М.: Издательство стандартов, 1985.

16. Иванов М.Н. Детали машин.– М.: Высшая школа, 1991.

17. Иванов М.Н. Волновые зубчатые передачи.– М.: Высшая школа, 1981.

18. Иосилевич Г.Б. Детали машин.–М.: Машиностроение,1988.

19. Кац Г.Б., Ковалёв А.П. Технико-экономический анализ и оптимизация конструкций машин.– М.: Машиностроение, 1991.

20. Климов К.И. Антифрикционные пластичные смазки.– М.: Химия, 1988.

21. Крайнев А.Ф. Детали машин: Словарь-справочник. М.: Машиностроение, 1992.

22. Куклин Н.Г, Куклина Г.С. Детали машин.– М.: Высшая школа, 1984.

23. Кудрявцев В.Н. Детали машин.– М.-Л.: Высшая школа, 1980.

24. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для вузов/ Под ред. Ицковича Г.М.– М.: Высшая школа, 1970.

25. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для учащихся машиностроительных специальностей/ Под ред. Чернавского С.А.– М.: Машиностроение, 1988.

26. Машиностроение. Энциклопедия: Детали машин. Конструкционная прочность. Т. IV/ Под общ. ред. Решетова Д.Н.– М.: Машиностроение, 1995.

27. Николаев Г.А. и др. Проектирование сварных конструкций в машиностроении.– М.: Машиностроение, 1975.

28. Подшипники качения: Справочник-каталог / Под общ. ред. Косташевского Р.В.– М.: Машиностроение, 1984.

29. Проектирование механических передач: Учебное пособие для машиностроительных техникумов/ Под ред. Чернавского С.А.– М.: Машиностроение, 1984.

30. Проблемы надёжности и ресурса в машиностроении.– М.: Наука, 1988.

31. Расчёт и выбор подшипников качения: Справочник/ Под ред. Спицына Н.А.– М.: Машиностроение, 1974.

32. Решетов Д.Н. Детали машин.– М.: Машиностроение, 1989.

33. Решетов Д.Н. и др. Надёжность машин.– М.: Высшая школа, 1988.

34. Ряховский О.А., Иванов С.С. Справочник по муфтам.– Л.: Политехника, 1991.

35. Сборник задач и примеров расчёта по курсу деталей машин/ Под ред. Ицковича Г.М.– М.: Машиностроение, 1975.

36. Серенсен С.В. и др. Несущая способность и расчёты деталей машин на прочность.– М.: Машиностроение, 1975.

37. Сомов Ю.С. Композиция в технике.– М.: Машиностроение, 1987.

38. Тарабасов Н.Д., Учаев П.Н. Проектирование деталей и узлов машиностроительных конструкций: Справочник.– М.: Машиностроение, 1983.

39. Толстоногов А.А. Янковский В.В., Жарков М.С. Проектирование планетарного редуктора: Методические указания для студентов.– Самара.: СамИИТ, 1993.

40. Толстоногов А.А., Жарков М.С., Янковский В.В. Проектирование волнового редуктора. Методические указания для студентов.– Самара: СамИИТ, 1995.

41. Трение, изнашивание, смазка: Справочник/ В.В. Алисин и др.– М.: Машиностроение, 1980.

42. Трухман В.М., Фёдоров В.В.. Янковский В.В. Расчёт закрытых цилиндрических передач на ЭВМ: Методические указания для студентов.– Куйбышев: КИИТ, 1985.

43. Чернавский С.А. Подшипники скольжения.– М.: Машгиз, 1963.

44. Янковский В.В., Фёдоров В.В. Расчёт червячных передач на ЭВМ: Методические указания для студентов.– Куйбышев: КИИТ, 1987.

45. Янковский В.В. Фёдоров В.В. и др. Расчёт конической зубчатой передачи: Методические указания для студентов. – Куйбышев: КИИТ, 1980.