Пружні елементи - деталі, твердість яких набагато менше, ніж в інших, а деформації вище.
Завдяки цій своїй властивості пружні елементи першими сприймають удари, вібрації, деформації.
Найчастіше пружні елементи легко виявити при огляді машини, як, наприклад, гумові покришки коліс, пружини й ресори, м'які крісла водіїв і машиністів.
Іноді пружний елемент схований під видом іншої деталі, наприклад, тонкого торсіонного вала, шпильки з довгою тонкою шийкою, тонкостінного стрижня, прокладки, оболонки й т.п. Однак і тут досвідчений конструктор зможе розпізнати й застосовувати такий "замаскований" пружний елемент саме по порівняно малій твердості.
На залізниці через вагу транспорту деформації деталей шляхи досить великі. Тут пружними елементами, поряд з ресорами рухливого состава, фактично стають рейки, шпали (особливо дерев'яні, а не бетонні) і ґрунт шляхового насипу.
Пружні елементи знаходять найширше застосування:
для амортизації (зниження прискорень і сил інерції при ударах і вібрації за рахунок значно більшого часу деформації пружного елемента в порівнянні із твердими деталями);
для створення постійних сил (наприклад, пружні й розрізні шайби під гайкою створюють постійну силу тертя у витках різьблення, що перешкоджає самовідгвинчуванню);
для силового замикання механізмів (щоб виключити небажані зазори);
для акумуляції (нагромадження) механічної енергії (вартові пружини, пружина збройового бойка, дуга лука, гума рогатки й т.д.);
для виміру сил (пружинні ваги засновані на зв'язку ваги й деформації вимірювальної пружини за законом Гука).
Звичайно пружні елементи виконуються у вигляді пружин різних конструкцій.
Основне поширення в машинах мають пружні пружини стиску й розтягання. У цих пружинах витки піддаються крутінню. Циліндрична форма пружин зручна для розміщення їх у машинах.
Основною характеристикою пружини, як і всякого пружного елемента, є твердість або зворотна їй піддатливість. Твердість K визначається залежністю пружної сили F від деформації x. Якщо цю залежність можна вважати лінійної, як у законі Гука, то твердість знаходять розподілом сили на деформацію K = F / x.
Якщо залежність нелинейна, як це й буває в реальних конструкціях, твердість знаходять, як похідну від сили по деформації K=∂F/∂x.
Очевидно, що тут потрібно знати вид функції F=f(x).
Для більших навантажень при необхідності розсіювання енергії вібрації й ударів застосовують пакети пружних елементів (пружин).
Ідея полягає в тому, що при деформації складених або шаруватих пружин (ресор) енергія розсіюється за рахунок взаємного тертя елементів.
 |
Пластинчасті пакетні ресори успішно застосовувалися з перших кроків транспортного машинобудування – ще в підвіску карет, застосовувалися вони й на електровозах, і електропоїздах перших випусків, де були через нестабільність сил тертя пізніше замінені крученими пружинами з паралельними демпферами, їх можна зустріти в деяких моделях автомобілів і будівельно-дорожніх машин.
Пластинчасті ресори мають більше демпфірування (здатністю розсіювати вібрацію).
Матеріали для пружних елементів повинні мати високі пружні властивості, а головне, не губити їх згодом.
Основні матеріали для пружин - высокоуглеродистые стали 65,70, марганцовистые стали 65М, кременисті сталі 60С2А, хромованадиевая сталь 50ХФА й т.п. Всі ці матеріали мають більше високі механічні властивості в порівнянні зі звичайними конструкційними сталями.
В 1967 році в Самарском Аерокосмічному університеті був винайдений і запатентований матеріал, названий металлорезиной "МР". Матеріал виготовляється із зім'ятого, поплутаного металевого дроту, що потім пресується в необхідні форми.
Колосальне достоїнство металлорезины в тім, що вона чудово сполучає міцність металу із пружністю гуми й, крім того, за рахунок значного межпроволочного тертя розсіює (демпфірує) енергію коливань, будучи високоефективним засобом виброзащиты.
Густоту поплутаного дроту й силу пресування можна регулювати, одержуючи задані значення твердості й демпфірування металлорезины в дуже широкому діапазоні.
Металлорезина, безсумнівно, має перспективне майбутнє як матеріал для виготовлення пружних елементів.
Пружні елементи вимагають досить точних розрахунків. Зокрема, їх обов'язково розраховують на твердість, оскільки це головна характеристика.
Однак конструкції пружних елементів настільки різноманітні, а розрахункові методики настільки складні, що привести їх у якій-небудь узагальненій формулі неможливо.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
По якій ознаці в конструкції машини можна знайти пружні елементи ?
Для яких завдань застосовуються пружні елементи ?
Яка характеристика пружного елемента вважається головною ?
З яких матеріалів варто виготовляти пружні елементи ?
Яким образом на Одеської ж/д застосовуються тарілчасті шайби-пружини ?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х тт. – М.: Машиностроение, 1999.
Байзельман Р.Д. и др. Подшипники качения.– М.: Машиностроение, 1975.
БиргерИ.А.,Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения.–М.:Машиностроение, 1973.
Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчёты на прочность деталей машин.– М.: Машиностроение, 1979.
Волков Д.П., Крайнев А.Ф. Трансмиссии строительных и дорожных машин.– М.: Машиностроение, 1984.
Валы и оси. Конструирование и расчёт/ Под ред. Серенсена. М.: Машиностроение, 1980.
Голованов Н.Ф. и др. Планетарные передачи.– М.: Машиностроение, 1980.
Гузенков П.Г. Детали машин.– М.: Высшая школа, 1986.
Детали машин: Справочник/ Под ред. Ачеркана.Н.С. В 3-х тт.– М.: Машиностроение, 1968-1969.
Детали машин: Атлас конструкций/ Под ред. Решетова Д.Н. – М.: Машиностроение, 1988.
Детали машин в примерах и задачах: Учебное пособие для вузов/ Под ред. Ничипорчика С.Н.– Минск: Вышэйша Школа, 1981.
Динамика машин и управление машинами: Справочник/ Под ред. Крейнина Г.В.– М.: Машиностроение, 1988
Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин.– М.: Высшая школа, 2001.
Единая система конструкторской документации: Основные положения.–М.: Издательство стандартов, 1985.
Иванов М.Н. Детали машин.– М.: Высшая школа, 1991.
Иванов М.Н. Волновые зубчатые передачи.– М.: Высшая школа, 1981.
Иосилевич Г.Б. Детали машин.–М.: Машиностроение,1988.
КацГ.Б., Ковалёв А.П. Технико-экономический анализ и оптимизация конструкций машин.– М.: Машиностроение, 1991.
Климов К.И. Антифрикционные пластичные смазки.– М.: Химия, 1988.
КрайневА.Ф. Детали машин: Словарь-справочник. М.: Машиностроение, 1992.
Куклин Н.Г, Куклина Г.С. Детали машин.– М.: Высшая школа, 1984.
Кудрявцев В.Н. Детали машин.– М.-Л.: Высшая школа, 1980.
Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для вузов/ Под ред. Ицковича Г.М.– М.: Высшая школа, 1970.
Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для учащихся машиностроительных специальностей/ Под ред. Чернавского С.А.– М.: Машиностроение, 1988.
Машиностроение. Энциклопедия: Детали машин. Конструкционная прочность. Т. IV/ Под общ. ред. Решетова Д.Н.– М.: Машиностроение, 1995.
Николаев Г.А. и др. Проектирование сварных конструкций в машиностроении.– М.: Машиностроение, 1975.
Подшипники качения: Справочник-каталог / Под общ. ред. Косташевского Р.В.– М.: Машиностроение, 1984.
Проектирование механических передач: Учебное пособие для машиностроительных техникумов/ Под ред. Чернавского С.А.– М.: Машиностроение, 1984.
Проблемы надёжности и ресурса в машиностроении.– М.: Наука, 1988.
Расчёт и выбор подшипников качения: Справочник/ Под ред. Спицына Н.А.– М.: Машиностроение, 1974.
Решетов Д.Н. Детали машин.– М.: Машиностроение, 1989.
Решетов Д.Н. и др. Надёжность машин.– М.: Высшая школа, 1988.
Ряховский О.А., Иванов С.С. Справочник по муфтам.– Л.: Политехника, 1991.
Сборник задач и примеров расчёта по курсу деталей машин/ Под ред. Ицковича Г.М.– М.: Машиностроение, 1975.
Серенсен С.В. и др. Несущая способность и расчёты деталей машин на прочность.– М.: Машиностроение, 1975.
Сомов Ю.С. Композиция в технике.– М.: Машиностроение, 1987.
Тарабасов Н.Д., Учаев П.Н. Проектирование деталей и узлов машиностроительных конструкций: Справочник.– М.: Машиностроение, 1983.
Трение, изнашивание, смазка: Справочник/ В.В. Алисин и др.– М.: Машиностроение, 1980.
Чернавский С.А. Подшипники скольжения.– М.: Машгиз, 1963.