СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ВИНТОВОЙ ПРУЖИНЫ СЖАТИЯ Российский патент 1998 года по МПК F16F1/04 F16G3/04 

Изобретение относится к области машиностроения.

Известен способ повышения долговечности пружины путем установки между соприкасающимися витками упругой пластмассовой прокладки (Патент ФРГ N 2509934, F 16 F 1/04, опубл. 28.04.77. Р.ж. "Изобретение", N 9 за 1977).

Причиной излома пружин часто являются поверхностные повреждения витков, возникающих при их соприкосновении. Установка между такими витками разделительной прокладки может воспрепятствовать непосредственному контакту неметаллических поверхностей витков пружин, и тем самым защитить их от поверхностных повреждений. Однако установка жесткой прокладки, способной выдержать нагрузку без сильных деформаций, нарушает исходную характеристику "усилие-сжатие пружин", а установка одновременно нескольких пружин различных размеров приведет к их неравномерному нагружению. В итоге одни пружины будут недогружены, а другие перегружены. Последнее неблагоприятно скажется на их долговечности. Из-за нестабильности упругих характеристик полимерных материалов при длительной эксплуатации в переменных атмосферных условиях, даже правильный подбор суммарных жесткостей пружин с прокладками через некоторое время будет нарушен. Это в конечном итоге приведет к вышеописанным последствиям.

При использовании полимерной прокладки низкой жесткости, несущественно влияющей на характеристику пружины "усилие-сжатие пружин", под нагрузкой прокладка будет сильно деформирована. Поскольку контактирующие поверхности витков пружины совершают друг относительно друга небольшие перемещения, то в момент их соприкосновения между ними возникает трение. Контактирующий с витками тонкий слой прокладки из-за трения будет изнашиваться. Поэтому через некоторое время в ряде мест прокладка полностью износится, что приведет к контакту металлических поверхностей витков пружин. В результате вследствие эффекта "фреттинг-усталости" и возможно разрушение пружины.

Известен способ повышения долговечности пружин путем защиты поверхностей возможного контакта витков с помощью антифрикционного покрытия (Патент Австрии N 397986, F 16 G 3/04, Ceistinger und Co. Sehwingunestehnik GmbH. - N 60/93", заявки 18.01.93, опубл. 25.08.94).

Антифрикционные покрытия способны защищать контактирующие металлические поверхности от "фреттинг-усталости" (Устерхауз Р.Б. Фреттинг-коррозия. - Л.: Машиностроение, 1976). Покрытия защищают от "фреттинг-усталости" до своего разрушения. Когда хотя бы в одном месте покрытие разрушится, то ли от износа, то ли от коррозионного воздействия атмосферы, или абразивного от пыли и влаги, в месте разрушения покрытия процесс "фреттинг-усталости" усиливается. Поэтому защита пружин от излома с помощью антифрикционных покрытий эффективна только в случае целостности покрытия в эксплуатационных условиях. При воздействии резких перепадов температур, абразивного обдува пылью и облива влагой с сильными кислотно-щелочными свойствами, например, на рессорные пружины пассажирского вагона, практически все известные антифрикционные покрытия не долговечны.

Следовательно, использование антифрикционных покрытий в пружинах эффективно только при защите их от внешних неблагоприятных условий.

Достичь этой цели возможно экранированием покрытия от окружающей среды. С этой целью дополнительно между витками пружины с защитным покрытием согласно изобретению устанавливают прокладку из упругого материала с жесткостью ниже жесткости пружины.

При деформации пружины упругая прокладка будет деформирована и закроет покрытие от внешнего воздействия. Во время эксплуатации при воздействии на пружину динамических нагрузок относительные перемещения витков друг относительно друга вызовут трение поверхности витка о прокладку. Наличие антифрикционного покрытия обеспечит долговечность пары трения "виток-прокладка". Таким образом, даже при местных разрушениях прокладки, металлического контакта витков не произойдет, так как в этих местах поверхности витков имеют антифрикционное покрытие. С другой стороны эта пара трения надежно защищена от внешнего воздействия, что обеспечит высокую долговечность покрытия.

Например, для защиты от изломов пружин центрального подвешивания пассажирского вагона использовали антифрикционное фторопластовое покрытие толщиной 0,05 мм. Покрытие содержит 60% фторопласта 4Д и 40% клеевого связующего типа фенолформальдегидной смолы. Пружину, бывшую в эксплуатации 1 год с сильными коррозионными повреждениями подвергли пескоструйной обработки для удаления продуктов коррозии. Затем на первый и второй витки с обеих сторон пружины нанесли фторпластовое покрытие. Особенно уделим внимание качеству покрытия в межвитковом пространстве, так как очаги разрушения таких пружин, как правило, находятся в этих местах (чаще всего на втором витке). Затем в этом месте с небольшим натягом установили прокладки из невулканизированного изопренового каучука СКИ-3 (ГОС 14935-79). Такая прокладка несущественно влияет на жесткость пружины, зато при деформации от сближения витков пружины под нагрузкой защищает покрытие межвиткового пространства от внешнего воздействия коррозионной и абразивной среды.

Испытания в эксплуатационных условиях такой пружины показали, что через год эксплуатации пружина осталась целая. Другие три такого же типа пружины в этом же вагоне были изломаны по второму витку.

Для защиты от внешних неблагоприятных условий в способе повышения долговечности винтовой пружины сжатия, заключающемся в нанесении антифрикционного покрытия на поверхности возможного контакта витков, дополнительно между витками с защитным покрытием устанавливают прокладку из упругого материала с жесткостью ниже жесткости пружины, что повышает надежность пружины.

Способ повышения долговечности винтовой пружины сжатия путем нанесения антифрикционного покрытия на поверхности возможного контакта витков, отличающийся тем, что дополнительно между витками с защитным покрытием устанавливают прокладку из упругого материала с жесткостью ниже жесткости пружины.