Гост 13771 68 пружины сжатия конструкция и размеры

Гост 13771 68 пружины сжатия конструкция и размеры

2. Для пружин I и II классов, а также в тех случаях, когда поджатию подвергают более чем по одному витку с одного или обоих концов пружины, форма опорных витков должна соответствовать указанной на черт.3 и 4.

Для пружин III класса форма опорных витков должна соответствовать указанной на черт.5-7.

Примечание. При выборе формы витков по черт.5 и 6 следует учитывать преимущества меньшей массы и длины пружины в предельно сжатом состоянии, а также повышенной прочности опорных витков при динамических режимах нагружения.

3. Методика определения размеров пружин

3.1. Исходными величинами для определения размеров пружин являются силы и , рабочий ход , наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или при разгрузке , выносливость и наружный диаметр пружины (предварительный).

Если задана только одна сила , то вместо рабочего хода для подсчета берут величину рабочей деформации , соответствующую заданной силе.

3.2. По величине заданной выносливости предварительно определяют принадлежность пружины к соответствующему классу по ГОСТ 13764.

3.3. По заданной силе и крайним значениям инерционного зазора вычисляют по формуле (2) значение силы .

3.4. По значению , пользуясь табл.2 ГОСТ 13764, предварительно определяют разряд пружины.

3.5. По ГОСТ 13766 — ГОСТ 13776 находят строку, в которой наружный диаметр витка пружины наиболее близок к предварительно заданному значению . В этой же строке находят соответствующие значения силы и диаметра проволоки .

3.6. Для пружин из закаливаемых марок сталей максимальное касательное напряжение находят по табл.2 ГОСТ 13764, для пружин из холоднотянутой и термообработанной проволоки вычисляют с учетом значений временного сопротивления . Для холоднотянутой проволоки определяют по ГОСТ 9389, для термообработанной — по ГОСТ 1071.

3.7. По полученным значениям и , а также по заданному значению по формулам (5) и (5а) вычисляют критическую скорость и отношение , подтверждающее или отрицающее принадлежность пружины к предварительно установленному классу.

При несоблюдении условий <1 пружины I и II классов относят к последующему классу или повторяют расчеты, изменив исходные условия. Если невозможно изменение исходных условий, работоспособность обеспечивается комплектом запасных пружин.

3.8. По окончательно установленному классу и разряду в соответствующей таблице на параметры витков пружин, помимо ранее найденных величин , и , находят величины и , после чего остальные размеры пружины и габарит узла вычисляют по соответствующим формулам (6)-(25).

Дополнительные пояснения и примеры определения размеров пружин приведены в приложениях 1-3 к ГОСТ 13764 и в приложении к ГОСТ 13765.

Примечание. При проверочных расчетах установленные табл.2 в ГОСТ 13764 нормативы допускаемых максимальных напряжений пружин должны совпадать с расчетными в пределах ±10%.

ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ПРУЖИН

Дано: =20 Н; =80 Н; =30 мм; =10-12 мм; =5 м/с; .
Пользуясь ГОСТ 13764, убеждаемся, что при заданной выносливости пружину следует отнести к 1 классу.

По формуле (2), пользуясь интервалом значений от 0,05 до 0,25 [формула (1)], находим граничные значения силы , а именно:

В интервале от 84 до 107 Н в ГОСТ 13766 для пружин I класса, разряда 1 имеются следующие силы : 85; 90; 95; 100 и 106 Н.

Исходя из заданных размеров диаметра и стремления обеспечить наибольшую критическую скорость, останавливаемся на витке со следующими данными (номер позиции 355):

=106 Н; =1,80 мм; =12 мм;

=97,05 Н/мм; =1,092 мм.

Учитывая, что для пружин I класса норма напряжений , (ГОСТ 13764), находим, что для найденного диаметра проволоки из углеродистой холоднотянутой стали расчетное напряжение 0,3·2100=630 Н/мм.

Принадлежность к I классу проверяем путем определения отношения , для чего предварительно определяем критическую скорость по формуле (5) при =0,25.

Полученная величина свидетельствует о наличии соударения витков в данной пружине и, следовательно, требуемая выносливость может быть не обеспечена. Легко убедиться, что при меньших значениях силы отношение будет еще больше отличаться от единицы и указывать на еще большую интенсивность соударения витков.

Используем пружины II класса. Заданному наружному диаметру и найденным выше силам соответствует виток со следующими данными по ГОСТ 13770 (позиция 303):

=95,0 Н; =1,4 мм; =11,5 мм;

=36,58 Н/мм; =2,597 мм.

Учитывая норму напряжений для пружин II класса , находим 0,5·2300=1150 Н/мм.

По формуле (2) вычисляем и находим и , с помощью которых определяем принадлежность пружин ко II классу.

Полученная величина указывает на отсутствие соударения витков и, следовательно, выбранная пружина удовлетворяет заданным условиям, но так как пружины II класса относятся к разряду ограниченной выносливости, то следует учитывать комплектацию машины запасными пружинами с учетом опытных данных.

Определение остальных размеров производим по формулам табл.1.

По формуле (6) находим жесткость пружины:

Число рабочих витков пружины определяем по формуле (7):

Уточненная жесткость имеет значение:

При полутора нерабочих витков полное число витков находим по формуле (8):

По формуле (9) определяем средний диаметр пружины:

Деформации, длины и шаг пружины вычисляем по формулам, номера которых указаны в скобках:

На этом определение размеров пружины и габарита узла (размер ) заканчивается.

Следует отметить, что некоторое увеличение выносливости может быть достигнуто при использовании пружины с большей величиной силы , чем найденная в настоящем примере. С целью выяснения габарита, занимаемого такой пружиной, проделаем добавочный анализ:

остановимся, например, на витке со следующими данными по ГОСТ 13770 (позиция 313):

=106 Н; =1,4 мм; =10,5 мм;

=50,01 Н/мм; =2,119 мм.

Находим =1150 Н/мм и производим расчет в той же последовательности:

Очевидно, что у этой пружины создается большой запас на несоударяемость витков.

Далее в рассмотренном ранее порядке находим:

Уточненная жесткость Н/мм.

Таким образом, устанавливаем, что применение пружины с более высокой силой хотя и привело к большему запасу на несоударяемость витков, но оно сопровождается увеличением габарита узла (размер ) на 15,3 мм. Можно показать, что если был бы выбран виток с большим диаметром, например =16 мм (ГОСТ 13770, номер позиции 314), то тогда потребовалось бы расширить узел по диаметру, но при этом соответственно уменьшился бы размер .

Дано: =100 Н; =250 Н; =100 мм; =1525 мм; =10 м/с.

Независимо от заданной выносливости на основании формулы (5) можно убедиться, что при значениях , меньших 0,25 [формула (1)], все одножильные пружины, нагружаемые со скоростью более 9,4 м/с, относятся к III классу.

По формуле (2) с учетом диапазона значений для пружин III класса от 0,1 до 0,4 [формула (1)] находим границы сил :

Верхние значения силы , как видно из табл.2 ГОСТ 13764, не могут быть получены из числа одножильных конструкций, поэтому, учитывая коэффициенты [формула (1)] для трехжильных пружин, устанавливаем новые пределы по формуле (2):

Для указанного интервала в ГОСТ 13774 имеются витки со следующими силами : 300; 315; 335; 375 и 400.

Исходя из заданных размеров диаметра и наименьшего габарита узла, предварительно останавливаемся на витке со следующими данными (номер позиции 252):

=300 Н; =1,4 мм; =3,10 мм;=17 мм;

=50,93 Н/мм; =5,900 мм.

Согласно ГОСТ 13764 для пружин III класса . Используя ГОСТ 9389, определяем напряжение для найденного диаметра проволоки:

Принадлежность к классу проверяем путем определения величины отношения , для чего предварительно находим и критическую скорость по формулам (1), (2) и (5а):

Полученное неравенство свидетельствует о наличии соударения витков и о принадлежности пружины к III классу.

Определение остальных параметров производится по формулам табл.1.

Читайте также:  Содержание тома таблица гост размеры

По формуле (6) находим жесткость:

Число рабочих витков пружины вычисляют по формуле (7):

Уточненная жесткость имеет значение:

Полное число витков находят по формуле (8):

По формуле (7а) определяют средний диаметр пружины:

Деформации, длины и шаг пружины находят по формулам в табл.1, номера которых указаны в скобках:

Проанализируем пружины, соответствующие трем ближайшим значениям , взятым из ГОСТ 13774, на пружины III класса, разряда 1, для рассмотренного случая.

Вычисления, проделанные в аналогичном порядке, показывают, что для трех соседних сил образуется шесть размеров пружин, удовлетворяющих требованиям по величине наружного диаметра.

Источник



Винтовые цилиндрические пружины сжатия и растяжения

При определении размеров пружин необходимо учитывать, что при v max > v k, помимо касательных напряжений кручения, возникают контактные напряжения от соударения витков, движущихся по инерции после замедления и остановок сопрягаемых с пружинами деталей.
Отсутствие соударения витков у пружин сжатия определяется условием v max/v k ≤ 1, где
v max — наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или при разгрузке, м/с;
v k — критическая скорость пружин сжатия, м/с (соответствует возникновению соударения витков пружины от сил инерции)

Соударение витков отсутствует — лучшую выносливость имеют пружины с низким напряжением τ 3, т.е. пружины I класса, промежуточную — циклические пружины II класса и худшую — пружины III класса

Интенсивное соударение витков — выносливость располагается в обратном порядке, т.е. повышается с ростом τ 3. В таком же порядке располагается и стойкость, т.е. уменьшение остаточных деформаций или осадок пружин в процессе работы

Классы пружин

Класс
пружин
Вид пружин Нагружение Выносливость N F
установленная
безотказная наработка, циклы
Инерционное
соударение витков
I Сжатия и
растяжения
Циклическое 1 10 7 Отсутствует
II Сжатия и
растяжения
Циклическое
и статическое
1 10 5 Отсутствует
III Сжатия Циклическое 2 10 3 Допускается

Разряды пружин

Одножильные сжатия и растяжения

Для повышения циклической стойкости рекомендуется упрочнение дробью

Класс
пружин
Разряд
пружин
Сила
пружины
при макси-
мальной
деформации
F3, Н
Диаметр
прово-
локи
(прутка)
d, мм
Материал
Марка стали
Стандарт
на заготовку
HRC
после
термо-
обработки
Макси-
мальное
касательное
напряжение
при кручении
τ3, МПа
Стандарт
на основные
параметры
витков
пружин
I 1 1,00-850 0,2-5,0 ГОСТ 1050
ГОСТ 1435
Проволока
класса 1 по
ГОСТ 9389
0,3 Rm ГОСТ
13766
I 2 1,00-800 0,2-5,0 ГОСТ 1050
ГОСТ 1435
Проволока
класса 2; 2А по
ГОСТ 9389
0,3 Rm ГОСТ
13767
I 2 22,4-800 1,2-5,0 51 ХФА по
ГОСТ 14959
Проволока
по ГОСТ 1071
0,32 Rm ГОСТ
13767
I 3 140-6000 3,0-12,0 60С2А;
65С2ВА;
70С3А по
ГОСТ 14959
Проволока
по ГОСТ 14963
47,5-53,5 560 ГОСТ
13768
I 3 140-6000 3,0-12,0 51ХФА по
ГОСТ 14959
Проволока
по ГОСТ 14963
45,5-51,5 560 ГОСТ
13768
I 4 2800-180000 14-70 60С2А; 65С2ВА;
70С3А; 60С2;
60С2ХА;
60С2ХФА;
51ХФА по
ГОСТ 14959
Сталь
горячекатанная
круглая по
ГОСТ 2590
44,0-51,5 480 ГОСТ
13769
II 1 1,50-1400 0,2-5,0 ГОСТ 1050
ГОСТ 1435
Проволока
класса1 по
ГОСТ 9389
0,5 Rm ГОСТ
13770
II 2 1,25-1250 0,2-5,0 ГОСТ 1050
ГОСТ 1435
Проволока
классов 2; 2А по
ГОСТ 9389
0,5 Rm ГОСТ
13771
II 2 37,5-1250 1,2-5,0 51ХФА по
ГОСТ 14959
Проволока
по ГОСТ 1071
0,52 Rm ГОСТ
13771
II 3 236-10000 3,0-12,0 60С2А; 65С2ВА
по ГОСТ 14959
Проволока
по ГОСТ 14963
47,5-53,5 960 ГОСТ
13772
II 3 236-10000 3,0-12,0 65Г по
ГОСТ 1050
Проволока
по ГОСТ 2771-80
47,5-53,5 960 ГОСТ
13772
II 3 236-10000 3,0-12,0 51ХФА по
по ГОСТ 14959
Проволока
по ГОСТ 14963
45,5-51,5 960 ГОСТ
13772
II 4 4500-280000 14-70 60С2А; 60С2;
65С2ВА; 70С3А;
51ХФА; 65Г;
60С2ХФА;
60С2ХА по
ГОСТ 14959
Сталь
горячекатаная
круглая по
ГОСТ 2590
44,0-51,5 800 ГОСТ
13773

Трехжильные сжатия

Класс
пружин
Разряд
пружин
Сила
пружины
при макси-
мальной
деформации
F3, Н
Диаметр
прово-
локи
(прутка)
d, мм
Материал
Марка стали
Стандарт
на заготовку
HRC
после
термо-
обработки
Макси-
мальное
касательное
напряжение
при кручении
τ3, МПа
Стандарт
на основные
параметры
витков
пружин
III 1 12,5-1000 0,2-2,8 ГОСТ 1050
ГОСТ 1435
Проволока 0,6 Rm ГОСТ
13774

Одножильные сжатия

Обязательно упрочнение дробью

Класс
пружин
Разряд
пружин
Сила
пружины
при макси-
мальной
деформации
F3, Н
Диаметр
прово-
локи
(прутка)
d, мм
Материал
Марка стали
Стандарт
на заготовку
HRC
после
термо-
обработки
Макси-
мальное
касательное
напряжение
при кручении
τ3, МПа
Стандарт
на основные
параметры
витков
пружин
III 2 315-14000 3,0-12,0 60С2А; 65С2ВА;
70С3А по
ГОСТ 14959
Проволока
по ГОСТ 14963
54,5-58,0 1350 ГОСТ
13775
III 3 6000-20000 14-25 60С2А; 65С2ВА;
70С3А по
ГОСТ 14959
Сталь
горячекатаная
круглая по
ГОСТ 2590
51,5-56,0 1050 ГОСТ
13776

Примечания
Максимальное касательное напряжение при кручении приведено с учетом кривизны витков
Rm — предел прочности пружинных материалов

Источник

ГОСТ 13764-86* Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения. Классификация

Настоящий стандарт распространяется на пружины, предназначенные для работы в неагрессивных средах при температуре от минус 60 °С до плюс 120 °С.

1 . Пружины разделяются на классы, виды и разряды в соответствии с указанными в табл. 1 и 2 .

Выносливость NF (установленная безотказная наработка), циклы, не менее

Инерционное соударение витков

Сжатия и растяжения

Сжатия и растяжения

Циклическое и статическое

1 . Отсутствие соударения витков у пружин сжатия определяется условием:

где v max — наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или при разгрузке, м/с;

v к — критическая скорость пружины сжатия (соответствует возникновению соударения витков пружины от сил инерции), м/с.

2 . Значения выносливости не распространяются на зацепы пружин растяжения.

Сила пружины при максимальной деформации, F 3 , H

Диаметр проволоки (прутка) d , мм

Твердость после термообработки, HRC э

Максимальное касательное напряжение при кручении t 3 , МПа

Требование к упрочнению

Стандарт на основные параметры витков пружин

Стандарт на заготовку

Одножильные сжатия и растяжения

По ГОСТ 1050 и ГОСТ 1435

Для повышения циклической стойкости рекомендуется упрочнение дробью

51ХФА-Ш по ГОСТ 14959

Проволока по ГОСТ 1071

60С2А; 65С2ВА; 70С3А по ГОСТ 14959

Проволока по ГОСТ 14963

51ХФА по ГОСТ 14959

Проволока по ГОСТ 14963

60С2А; 65С2ВА; 70С3А; 60С2; 60С2ХА; 60С2ХФА; 51ХФА по ГОСТ 14959

Сталь горячекатаная круглая по ГОСТ 2590

Одножильные сжатия и растяжения

По ГОСТ 1050 и ГОСТ 1435

51ХФА-Ш по ГОСТ 14959

Проволока по ГОСТ 1071

60С2А; 65С2ВА по ГОСТ 14959

Проволока по ГОСТ 14963

65Г по ГОСТ 14959

Проволока по ГОСТ 2771

51ХФА по ГОСТ 14959

Проволока по ГОСТ 14963

60С2А; 60С2; 65С2ВА; 70С3А; 51ХФА; 65Г; 60С2ХФА; 60С2ХА по ГОСТ 14959

Сталь горячекатаная круглая по ГОСТ 2590

По ГОСТ 1050 и ГОСТ 1435

60С2А; 65С2ВА; 70С3А по ГОСТ 14959

Проволока по ГОСТ 14963

Обязательно упрочнение дробью

60С2А; 65С2ВА; 70С3А по ГОСТ 14959

Сталь горячекатаная круглая по ГОСТ 2590

1 . Максимальное касательное напряжение при кручении t 3 приведено с учетом кривизны витков.

2 . Допускается использование основных параметров витков по ГОСТ 13766 , ГОСТ 13767 , ГОСТ 13770 , ГОСТ 13771 для пружин растяжения с предварительным напряжением.

Класс пружин характеризует режим нагружения и выносливости, а также определяет основные требования к материалам и технологии изготовления.

Разряды пружин отражают сведения о диапазонах сил, марках применяемых пружинных сталей, а также нормативах по допускаемым напряжениям.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2 . В стандарт включены дополнительные требования, которые приведены в приложениях 1 — 3 .

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫНОСЛИВОСТИ И СТОЙКОСТИ ЦИКЛИЧЕСКИХ И СТАТИЧЕСКИХ ПРУЖИН

При определении размеров пружин необходимо учитывать, что при v max > v к , помимо касательных напряжений кручения, возникают контактные напряжения от соударения витков, движущихся по инерции после замедления и остановок сопрягаемых с пружинами деталей. Если соударение витков отсутствует, то лучшую выносливость имеют пружины с низкими напряжениями t 3 , т.е. пружины I класса, промежуточную — циклические пружины II класса и худшую — пружины III класса.

При наличии интенсивного соударения витков выносливость располагается в обратном порядке, т.е. повышается не с понижением, а с ростом t 3 . В таком же порядке располагается и стойкость, т.е. уменьшение остаточных деформаций или осадок пружин в процессе работы.

Средствами регулирования выносливости и стойкости циклических пружин в рамках каждого класса при неизменных заданных значениях рабочего хода служат изменения разности между максимальным касательным напряжением при кручении t 3 и касательным напряжением при рабочей деформации t 2 .

Возрастание разности t 3 — t 2 обусловливает увеличение выносливости и стойкости циклических пружин всех классов при одновременном возрастании размеров узлов. Уменьшение разности t 3 — t 2 сопровождается обратными изменениями служебных качеств и размеров пространств в механизмах для размещения пружин.

Для пружин I класса расчетные напряжения и свойства металла регламентированы так, что при v max / v к < 1 обусловленная стандартом выносливость пружин при действии силы F 1 (сила пружины при предварительной деформации) обеспечивается при всех осуществимых расположениях и величинах рабочих участков на силовых диаграммах (разности напряжений t 3 — t 2 и t 2 — t 1 где t 1 — касательное напряжение при предварительной деформации).

Циклические пружины II класса при v max / v к < 1 в зависимости от расположения и величин рабочих участков могут быть поставлены в условия как неограниченной, так и ограниченной выносливости.

Циклические пружины III класса при всех отношениях v max / v к и величинах относительного инерционного зазора пружин d не более 0,4 [формула ( 1 ) ГОСТ 13765] характеризуются ограниченной выносливостью, поскольку они рассчитаны на предельно высокие касательные напряжения кручения, к которым при v max / v к > l добавляются контактные напряжения от соударения витков.

Статические пружины, длительно пребывающие в деформированном состоянии и периодически нагружаемые со скоростью v max менее v к , относятся ко II классу. Вводимые стандартом ограничения расчетных напряжений и свойств проволоки (ГОСТ 13764, табл. 2 ) обеспечивают неограниченную стойкость статических пружин при остаточных деформациях не более 15 % величины максимальной деформации s 3 .

Допустимые остаточные деформации статических пружин регламентируются координацией сил пружины при рабочей деформации s 3 на силовых диаграммах, причем увеличение разности F 3F 2 способствует уменьшению остаточных деформаций.

Технологические средства регулирования выносливости и стойкости пружин определяются документацией на технические условия.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О МАТЕРИАЛАХ

Имеющиеся в промышленности марки пружинной стали характеризуются следующими свойствами и условиями применения.

Проволока класса I по ГОСТ 9389. Высокая разрывная прочность. Наличие больших остаточных напряжений первого рода (от волочения и навивки) обусловливает появление остаточных деформаций пружин при напряжениях t 3 > 0,32 Rm . При v max > v к остаточные деформации высоки независимо от применения операции заневоливания. В связи с указанным проволока класса I по ГОСТ 9389 назначается для пружин III класса в виде трехжильных тросов.

Проволока классов II и II А по ГОСТ 9389. Отличается от проволоки класса I уменьшенной прочностью при разрыве и повышенной пластичностью. Применяется для изделий, работающих при низких температурах, а также для пружин растяжения со сложными конструкциями зацепов. Проволока класса II А отличается от проволоки класса II более высокой точностью размеров, уменьшением вредных примесей в металле и дальнейшим повышением пластичности.

Сталь марки 65Г. Повышенная склонность к образованию закалочных трещин. Применяется с целью удешевления продукции для изделий массового производства в случаях, когда поломки пружин не вызывают нарушения функционирования деталей механизмов и не связаны с трудоемкими заменами.

Сталь марки 51ХФА. Повышенная теплоустойчивость. Закаливается на твердость не более 53,5 HRC э . В результате высоких упругих и вязких свойств служит лучшим материалом для пружин I класса.

Сталь марок 60С2А, 60С2. Высокие упругие и вязкие свойства. Повышенная склонность к графитизации и недостаточная прокаливаемость при сечениях d > 20 мм. Широкая применимость для пружин I и II классов. Для пружин III класса назначается при v max £ 6 м/с.

Сталь 60С2ХФА. Высокая прокаливаемость, малая склонность к росту зерна и обезуглероживанию при нагреве (по сравнению со сталью 60С2А), повышенные вязкость, жаропрочность и хладостойкость, хорошая циклическая прочность и релаксационная стойкость в широком диапазоне циклических изменений температур. Предпочтительное применение в сечениях проволоки от 30 мм и выше.

Сталь марки 65С2ВА. Высокие упругие свойства и вязкость. Повышенная прокаливаемость. Служит лучшим материалом для пружин III класса. Применяется при v max > 6 м/с.

Сталь марки 70С3А. Повышенная прокаливаемость. Обладает склонностью к графитизации. Преимущественное применение при диаметрах проволоки d > 20 мм. Заменителем служит сталь 60С2Н2А.

Примечание . Преимущественное практическое использование пружин из стали марки 51ХФА определяется интервалом температур от минус 180 до плюс 250 °С, из стали марки 60С2ХФА от минус 100 до плюс 250 °С, из проволоки класса IIA по ГОСТ 9389 от минус 180 до плюс 120 °С, из стали марок 65Г, 70С3А, 60С2А, 65С2ВА и из проволоки класса I по ГОСТ 9389 от минус 60 до плюс 120 °С. В случаях использования пружин при более высоких температурах рекомендуется учитывать температурные изменения модуля.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О НАЗНАЧЕНИИ ВЫСОКОЙ ТВЕРДОСТИ ДЛЯ ПРУЖИН III КЛАССА

Установлено, что пружины сжатия, работающие в режиме интенсивного соударения витков, преждевременно выходят из строя, главным образом, по причине поломок опорных витков, а также по причине быстрой потери сил в результате остаточных деформаций.

Назначение высокой твердости способствует возрастанию упругих свойств и предела прочности Rm пружинных материалов, в результате чего остаточные деформации резко уменьшаются и благодаря этому пружины более продолжительное время работают без поломок и без недопустимых потерь сил.

У применяемых марок стали безопасным для работоспособности пружин III класса является интервал твердости HRC э 53,5 . 58,0, однако условием для этого служит обязательное применение дробеструйной обработки независимо от требуемых норм выносливости. Важной предпосылкой назначения высокой твердости служит также всемерное сокращение периодов нагрева для закалки и установление продолжительности отпуска на заданную твердость не менее 45 мин при нагреве в жидких ваннах и не менее 1 ч при нагреве в воздушной среде.

Все пружины, закаливаемые на высокую твердость, в зависимости от уровня требований к стабильности размеров и сил, а также с целью контроля дефектов металла рекомендуется подвергать заневоливанию до соприкосновения витков, также копровой или стендовой отбивке.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1 . РАЗРАБОТЧИКИ

Б.А. Станкевич (руководитель темы); О.Н. Магницкий, д-р. техн. наук; А.А. Косилов; Б.Н. Крюков; Е.А. Караштин, канд. техн. наук

2 . УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 19.12.86 № 4007

Источник

Индексы

2. Для пружин I и II классов, а также в тех случаях, когда поджатию подвергают более чем по одному витку с одного или обоих концов пружины, форма опорных витков должна соответствовать указанной на черт.3 и 4.

Для пружин III класса форма опорных витков должна соответствовать указанной на черт.5-7.

Примечание. При выборе формы витков по черт.5 и 6 следует учитывать преимущества меньшей массы и длины пружины в предельно сжатом состоянии, а также повышенной прочности опорных витков при динамических режимах нагружения.

3. Методика определения размеров пружин

3.1. Исходными величинами для определения размеров пружин являются силы и , рабочий ход , наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или при разгрузке , выносливость и наружный диаметр пружины (предварительный).

Если задана только одна сила , то вместо рабочего хода для подсчета берут величину рабочей деформации , соответствующую заданной силе.

3.2. По величине заданной выносливости предварительно определяют принадлежность пружины к соответствующему классу по ГОСТ 13764.

3.3. По заданной силе и крайним значениям инерционного зазора вычисляют по формуле (2) значение силы .

3.4. По значению , пользуясь табл.2 ГОСТ 13764, предварительно определяют разряд пружины.

3.5. По ГОСТ 13766 — ГОСТ 13776 находят строку, в которой наружный диаметр витка пружины наиболее близок к предварительно заданному значению . В этой же строке находят соответствующие значения силы и диаметра проволоки .

3.6. Для пружин из закаливаемых марок сталей максимальное касательное напряжение находят по табл.2 ГОСТ 13764, для пружин из холоднотянутой и термообработанной проволоки вычисляют с учетом значений временного сопротивления . Для холоднотянутой проволоки определяют по ГОСТ 9389, для термообработанной — по ГОСТ 1071.

3.7. По полученным значениям и , а также по заданному значению по формулам (5) и (5а) вычисляют критическую скорость и отношение , подтверждающее или отрицающее принадлежность пружины к предварительно установленному классу.

При несоблюдении условий <1 пружины I и II классов относят к последующему классу или повторяют расчеты, изменив исходные условия. Если невозможно изменение исходных условий, работоспособность обеспечивается комплектом запасных пружин.

3.8. По окончательно установленному классу и разряду в соответствующей таблице на параметры витков пружин, помимо ранее найденных величин , и , находят величины и , после чего остальные размеры пружины и габарит узла вычисляют по соответствующим формулам (6)-(25).

Дополнительные пояснения и примеры определения размеров пружин приведены в приложениях 1-3 к ГОСТ 13764 и в приложении к ГОСТ 13765.

Примечание. При проверочных расчетах установленные табл.2 в ГОСТ 13764 нормативы допускаемых максимальных напряжений пружин должны совпадать с расчетными в пределах ±10%.

ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ПРУЖИН

Дано: =20 Н; =80 Н; =30 мм; =10-12 мм; =5 м/с; .
Пользуясь ГОСТ 13764, убеждаемся, что при заданной выносливости пружину следует отнести к 1 классу.

По формуле (2), пользуясь интервалом значений от 0,05 до 0,25 [формула (1)], находим граничные значения силы , а именно:

В интервале от 84 до 107 Н в ГОСТ 13766 для пружин I класса, разряда 1 имеются следующие силы : 85; 90; 95; 100 и 106 Н.

Исходя из заданных размеров диаметра и стремления обеспечить наибольшую критическую скорость, останавливаемся на витке со следующими данными (номер позиции 355):

=106 Н; =1,80 мм; =12 мм;

=97,05 Н/мм; =1,092 мм.

Учитывая, что для пружин I класса норма напряжений , (ГОСТ 13764), находим, что для найденного диаметра проволоки из углеродистой холоднотянутой стали расчетное напряжение 0,3·2100=630 Н/мм.

Принадлежность к I классу проверяем путем определения отношения , для чего предварительно определяем критическую скорость по формуле (5) при =0,25.

Полученная величина свидетельствует о наличии соударения витков в данной пружине и, следовательно, требуемая выносливость может быть не обеспечена. Легко убедиться, что при меньших значениях силы отношение будет еще больше отличаться от единицы и указывать на еще большую интенсивность соударения витков.

Используем пружины II класса. Заданному наружному диаметру и найденным выше силам соответствует виток со следующими данными по ГОСТ 13770 (позиция 303):

=95,0 Н; =1,4 мм; =11,5 мм;

=36,58 Н/мм; =2,597 мм.

Учитывая норму напряжений для пружин II класса , находим 0,5·2300=1150 Н/мм.

По формуле (2) вычисляем и находим и , с помощью которых определяем принадлежность пружин ко II классу.

Полученная величина указывает на отсутствие соударения витков и, следовательно, выбранная пружина удовлетворяет заданным условиям, но так как пружины II класса относятся к разряду ограниченной выносливости, то следует учитывать комплектацию машины запасными пружинами с учетом опытных данных.

Определение остальных размеров производим по формулам табл.1.

По формуле (6) находим жесткость пружины:

Число рабочих витков пружины определяем по формуле (7):

Уточненная жесткость имеет значение:

При полутора нерабочих витков полное число витков находим по формуле (8):

По формуле (9) определяем средний диаметр пружины:

Деформации, длины и шаг пружины вычисляем по формулам, номера которых указаны в скобках:

На этом определение размеров пружины и габарита узла (размер ) заканчивается.

Следует отметить, что некоторое увеличение выносливости может быть достигнуто при использовании пружины с большей величиной силы , чем найденная в настоящем примере. С целью выяснения габарита, занимаемого такой пружиной, проделаем добавочный анализ:

остановимся, например, на витке со следующими данными по ГОСТ 13770 (позиция 313):

=106 Н; =1,4 мм; =10,5 мм;

=50,01 Н/мм; =2,119 мм.

Находим =1150 Н/мм и производим расчет в той же последовательности:

Очевидно, что у этой пружины создается большой запас на несоударяемость витков.

Далее в рассмотренном ранее порядке находим:

Уточненная жесткость Н/мм.

Таким образом, устанавливаем, что применение пружины с более высокой силой хотя и привело к большему запасу на несоударяемость витков, но оно сопровождается увеличением габарита узла (размер ) на 15,3 мм. Можно показать, что если был бы выбран виток с большим диаметром, например =16 мм (ГОСТ 13770, номер позиции 314), то тогда потребовалось бы расширить узел по диаметру, но при этом соответственно уменьшился бы размер .

Дано: =100 Н; =250 Н; =100 мм; =1525 мм; =10 м/с.

Независимо от заданной выносливости на основании формулы (5) можно убедиться, что при значениях , меньших 0,25 [формула (1)], все одножильные пружины, нагружаемые со скоростью более 9,4 м/с, относятся к III классу.

По формуле (2) с учетом диапазона значений для пружин III класса от 0,1 до 0,4 [формула (1)] находим границы сил :

Верхние значения силы , как видно из табл.2 ГОСТ 13764, не могут быть получены из числа одножильных конструкций, поэтому, учитывая коэффициенты [формула (1)] для трехжильных пружин, устанавливаем новые пределы по формуле (2):

Для указанного интервала в ГОСТ 13774 имеются витки со следующими силами : 300; 315; 335; 375 и 400.

Исходя из заданных размеров диаметра и наименьшего габарита узла, предварительно останавливаемся на витке со следующими данными (номер позиции 252):

=300 Н; =1,4 мм; =3,10 мм;=17 мм;

=50,93 Н/мм; =5,900 мм.

Согласно ГОСТ 13764 для пружин III класса . Используя ГОСТ 9389, определяем напряжение для найденного диаметра проволоки:

Принадлежность к классу проверяем путем определения величины отношения , для чего предварительно находим и критическую скорость по формулам (1), (2) и (5а):

Полученное неравенство свидетельствует о наличии соударения витков и о принадлежности пружины к III классу.

Определение остальных параметров производится по формулам табл.1.

По формуле (6) находим жесткость:

Число рабочих витков пружины вычисляют по формуле (7):

Уточненная жесткость имеет значение:

Полное число витков находят по формуле (8):

По формуле (7а) определяют средний диаметр пружины:

Деформации, длины и шаг пружины находят по формулам в табл.1, номера которых указаны в скобках:

Проанализируем пружины, соответствующие трем ближайшим значениям , взятым из ГОСТ 13774, на пружины III класса, разряда 1, для рассмотренного случая.

Вычисления, проделанные в аналогичном порядке, показывают, что для трех соседних сил образуется шесть размеров пружин, удовлетворяющих требованиям по величине наружного диаметра.

Источник