Упругие элементы

Упругими элементами (УЭ) — пружинами — называют детали, упругие деформации которых полезно используются в работе различных механизмов и устройств приборов, аппаратов, информационных машин. По конфигурации, конструктивным и расчетным схемам УЭ разделяют на два класса — стержневые пружины и оболочки.

Стержневые — это плоские пружины, спиральные и винтовые (рис. 4.1, а). Использование той или иной конструктивной схемы связано с конструкцией механизма, в котором применяют пружину. Расчет и конструирование стержневых пружин хорошо разработаны и обычно не представляют затруднений для конструктора.

Оболочки — это плоские и гофрированные мембраны, гофрированные трубки — сильфоны и трубчатые пружины (рис. 4.1,6). Хотя определение эксплуатационных характеристик этих УЭ значительно сложнее, разработаны методы расчета, в том числе с помощью ЭВМ, позволяющие получать результаты с точностью, достаточной для практических нужд.

По назначению УЭ делят на следующие группы.

Измерительные пружины (преобразователи), широко применяемые в электроизмерительных приборах, манометрах, динамометрах, термометрах и других измерительных приборах. Основное требование к эксплуатационным свойствам измерительных пружин — стабильность зависимости деформации от приложенного усилия.

Натяжные пружины, обеспечивающие силовой контакт между деталями (они, например, прижимают толкатель к кулачку, собачку к храповому колесу и пр.). Основное требование к этим пружинам — усилие прижатия должно быть постоянным или изменяться в допустимых пределах.

Заводные пружины (пружинные двигатели), широко распространенные в автономных приборах с ограниченными габаритами и массой (часы, лентопротяжные механизмы). Основное требование к свойствам — способность запасать необходимую для работы прибора энергию упругих деформаций (см. гл. 15).

Пружины кинематических устройств — передаточные пружины, упругие опоры. Эти пружины должны быть гибкими и достаточно прочными.

Пружины амортизаторов выполняют различных конструктивных форм. Пружины должны выдерживать переменные нагрузки, удары, большие перемещения. Нередко конструкция создается такой, чтобы при деформации пружины происходили потери (рассеивание) энергии.

Разделители сред, обеспечивающие возможность передачи усилий или перемещений из одной изолированной полости в другую (разные среды, разные давления сред). Должны обеспечивать возможность больших перемещений при незначительном сопротивлении этим перемещениям и достаточной прочности. По конструктивным формам это оболочки (сильфоны, мембраны и т. п.).

Токоведущие упругие элементы — тонкие винтовые или спиральные пружины или натянутая нить. Часто функцию токоподвода совмещают с функцией измерительной пружины.,Основные требования к эксплуатационным свойствам: малое электрическое сопротивление, высокая податливость.

Пружины фрикционных и храповых муфт — винтовые пружины кручения (редко спиральные), которые с натягом надеваются на валы (иногда внутрь втулки) и позволяют сцеплять валы (или вал и надетую на него втулку) или расцеплять их в зависимости от направления взаимного вращения. Важное требование к материалу этих пружин — высокая износостойкость.

Эксплуатационные свойства упругих элементов отражаются в первую очередь в их упругой характеристике — зависимости деформации от нагрузки (силой, моментом). Характеристика может быть выражена в аналитической форме или в виде графика. Она может быть линейной (рис. 4.2, а) — наиболее предпочтительна, но может быть и нелинейной, возрастающей, затухающей (рис. 4.2, б). Характеристика ограничивается предельной нагрузкой Fпр и соответствующим ей предельным перемещением λпр (ход, осадка и т. д.), при которой становятся заметными остаточные деформации или выше которой пружина разрушается. Fmах и λтах — максимальная сила и перемещение, которые испытывает пружина при эксплуатации. Сила Ртах не должна превышать допускаемых значений, поэтому Fmах = [F]; λтах = [λ].

• Плоские пружины