Способ изготовления упругого элемента из металлической проволоки Советский патент 1986 года по МПК F16F11/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к области защиты i)6i,cKTOB от механической вибрации .

Целью изобретения является поны- шение качества за счет стабилизации динлмических параметров при сохранении ресурса,

На фиг. 1 показан график зависимое ги величины знакопеременной нагрузки от числа циклов нагружения, на фиг. 2 - амплитудно-частотные характеристики образца № 1; на фиг. 3- амп;п1тудно-частотные характеристики образца №2; на фиг . 4 - амплитудно- частотные характеристики образца Я 3; на фиг. - амп.1П1тудно-частот- ные характеристики образца № J на фиг. 6 упрощенная модель материала МР; на фиг. 7 - силы, прикла- дываемые к упругому элементу{ на фиг. 8 - диаграмма Кристенсена.

Согласно способу изготовления упругого элемента из проволоки ЭИ-708 диаметром 0,05 мм ее навивают спи- рально диаметром 0,9+0,01 мм и взве- пп1ваюг с точностью до +0,001 г. Част спирали весом 0,27 г растягивают до шага 0,95 мм и укладывают на ре- зиновьо коврик в круг диаметром 80-100 мм. Уложенную спираль скатывают в шар диаметром 20-23 мм, затем проводят обмотку шара под углом 45 оставшимися растянутыми спиралями до массы 0,35 г. После придания шару бочкообразной формы осуществляют прессование в размер чертежа изделия .

После этого упругие элементы помещают в rpyinioBoe приспособление и подвергают воздействию синусоидально вибрации с ускорением Д g в диапазоне частот от 20 до 1000 Гц. Суммарное время воздействия не должно превышать 5 мин.

Затем проводят внешний осмотр, проверку на соответствие конструкторской документации, проверку массы (100%) и контроль статических (100%) и динамических (10% от партии) характеристик упругого элемента.

Стабилизация динамических параметров упругого элемента ныражается в следующем. Ко )(1)фи1Ц{ент динамичности после обраС отки вибрацией снижается до .определеми(}й ве.гп4чииы (в 1,5-2 раза), которая чагем не изменяется до отказа амортизатор Ч. При этом ча счет тех ио.чогичгс Koi o виброуплот- иенпя npopDiioKU угимшчцнается чис.ио

5 0

0 5

Q 5

точек контакта между витками проволоки, чем увеличивается рассеяние энергии.

Кроме того, снижение коэффициента динамичности объясняется выгоранием и испарением смазки, находящейся на проволоке. Замена трения - скольжения на сухое трение также повышает рассеивание энергии колебаний .

Резонансная частота упругого элемента после обработки вибрацией становится несколько выше (на 10-40%) и остается такой до отказа амортизатора. Причины этого явления следующие.

После прессования в проволоке имеют место механические напряжения сжатия. Известно, что сжимающие усилия понижают резонансную частоту колебательной системы, а растягивающие - повьш1ают. Вибротренировка снижает напряжения сжатия и частота проволочного элемента возрастает,

Виброуплотнение приводит к некоторому повышению жесткости элемента и росту его резонансной частоты. При этом режимы вибротренировки подбираются таким образом, чтобы при вибрации упругого элемента не расходовался его ресурс.

Известно, что при нагружении кон- струкщш повторяющимися знакопеременными нагрузками, последние отка- зьшают вследствие потери выносливости. На фиг. 1 приведена типичная кривая (S - N ) зависимости перегрузок от числа циклов нагружеьшя, доводящих изделие до разрушения. В ггервой области этой кривой нагрузка настолько велика, что изделие разрушается даже при небольшом числе циклов. Во второй области число циклов до разрушения изделия зависит от величины переменной нагрузки. В третьей области изделие не разрушится при любом числе циклов. Этот уровень нагрузки определяет предел выносливости или предел усталости материала,

Если на упругий элемент действует сложная полигармоническая вибрация, то общее повреждение может быть выражено уравнением

-i. :i ::A4-,.

и

п, J, N, нГз N

;

N

I де i| - чис- ю 1У1КЛОВ (nponopimoнальное частоте колебаний),

имеющих место при перегрузке , ; N - число циклов до уровня,

соответствующего отказу. Правило устанавливает, что отказ не наступит, пока П 1. Время, за которое D становится равным 1, называется, ресурсом амортизатора.

В изобретении режимы виброобработки подобраны таким образом, чтобы элемент работал в третьей области и не накапливал поврелсдений, сохраняя свой ресурс до начала эксплуатации в изделии. В частности, уровень вибрации О,1 от эксплуатационной нагрузки и соответствует пределу выносливости материала. Это верхнее значение интервала можно вычислить через значение предела выносливости

проволоки и ее сечения.

Нижнее значение интервала - уровень вибрации 0,03 от эксплуатацдон- ного - это то минимальное значение виброускорения, которое может преодолеть силу трения в витках проволоки и раскачать проволочный массив. Кго можно вычислить через коэффициент трения металл - металл, плотность проволоки и ее сечение.

Плавное непрерывное прохождение диапазона необходимо для того, чтобы возбудить в упругом элементе собственные колебания. Только при резонансе наиболее эффективно снимаютс остаточные напряжения после прессе- вания и осуществляется перестройка и стабилизация структуры проволочного элемента.

Того же эффекта можно добиться и при воздействии случайной вибрации в диапазоне частот 0,03-0,1. Важно только, чтобы в этом диапазоне вибрация имела характер белого шума (равномерная спектральная плотность) или розового шума (спад частотной характеристики 3 дБ/октаву).

Диапазоны частот воздействия ОТ половины резонансной частоты до увеличенного в 5 раз ее значения подобраны экспериментально.

В отличие от вибрационной массовая нагрузка означает, что упругие элементы, собственная масса которых невелика, образуют колебательную систему с дополнительной массой, величина которой подбирается из условия минимизации коэффициента динамичности на резонансе (номинальная массовая нагрузка) .

5

0

5

0 5

0 S

5

В приведенном примере осуществления способа вибротренировкр подвергались кубические вибрсзигюляторы размером мм весом 0,3 и 0,35 г, изготовленные из проволоки диаметром 0,05 мм,

Испытания It()кaзывaют, что в процессе вибротренировки происходит улучшерше и стабилизация динамических характеристик виброизоляторов:

виброизолятор У 1 (фиг. 2) весом 0,35 г, начальный кoэф(} ициeffт динамичности 3,2, после вибротренировки ) 2,2. Резонансная частота до вибротренировки 25 Гц, после 57 Гц. Все последуюиу1е измерения показывают неизменность полученных после вибротренировки динамических характеристик;

виброизолятор № 2 (фиг. 3) весом 0,35 г, начальнь й коэффициент динамичности h 3, стабильное значение после вибротренировки i) 2,2. Резонансная частота от 30 Гц стабилизировалась на 45 Гц,

виброизолятор № 3 (фиг. ) весом 0,35 г, начальный коэффициент динамичности ) А, стабилизированный , Резонансная частота от 25 Гц стабилизировалась на 60 Гц;

БИброизолятор № 4 (фиг. 5) весом 0,3 г, начальный коэффициент динамичности 1 3,8, стабилизированный

2,А. Резонансная частота от 23 Гц стабилизировалась на 35 Гц.

Пример расчета ресурса кубичес- ког о цельнометаллического виброизолятора из проволоки весом 0,35 г с ребром 8 мм.

Исходные данные. Вес прибора на виброизоляторах Р 1 кг; число кубических виброизолятороБ К А, предваритель)юе (установочное) под- жатие виброизолятора f 0,5 кг; вес одного виброизо.чятора Р, -0,35г. Удельный вес материала в длшичм виброизоляторе Р 15,8 г/см Диаметр проволоки, из которой сделат пибро- изолятор, с 0,05 мм. Диаметр спирали X) 0,85 мм. ООъсм пябро- изолятора V равен

d Р. Л V-L --

1 Яа

где L - длина проволоки, ич которой

сделл) зп6роичолятор . Из выражения (1) можно мпиг.,

4V

/1 p

- - 1120 (CM)

lid 1Td P

Тогда число витков спирали в виброизоляторе п равно

п - -- г 4,2 ю TTD

Принимаем, что витки спирали ориентированы в кубике равновероятно, тогда в каждом направлении, перпендикулярном грани кубика, расположена 1/3 часть витков от их общего числа

- - 1,4-10 витков

По упрощенной модели, максимальным циклическим нагрузкам в витке спирали подвергаются сечения . 4- (фиг. 6).

Площадь сечения ( ) равна

5 --- 0,00196 мм .

Удвоенная площадь сечения равна 0,00392 мм.

Суммарная площадь, по которой распределяется приложенная к виброизолятору сила

h5

4 0,0549 см

в общем случае, к виброизолятору прикладывается сила, включающая постоянную ( f ,,,,) и переменную { FO.)

12525696

составляющие (фиг. 7).

При действии на защищаемый прибор виброперегрузки 40g на частоте

о

3 кГц числовые значения силы состав- I ляют

40 -- 19

40

1

,

10 кГ;

10

мин 1 кг.

FCP 11 кг;

f мак.с

1+2 -10 21 кГ. По формуле S - 5 , где S - напряжение, F- сила, L площадь, определяются составляющие напряжения в сечении витков спирали

20

v-f «2с:: 2635 фунт/дюйм

5„„

r-i 25 ::;2898 фунт/дюйм .

200fc

30

5

По диаграмме Кристенсена (фиг. 8) определяется среднее число циклов до разрушения (N )

о

N 10 циклов

Среднее время работы амортизатора до разрушения Тр при частоте 3 кГц:

Т-- 9,25 ч.

3.2

Вес АПК 0,35г

До BuSpompehupoKnu

После SuSpompeHupoSKU

W а

50 ЮО 20а Фиг 2

500 /.Гц

1252569 вес АЦК 0,35 г

Mo виВротрвнироВки

ю

После в Лр0трениро8к14

Л 20Я по too SOQ ,Гц

Фил.3

Вес O.SSt

Ю

После 8uSflompffHupo8t(u

8и8ротренировки

го

so по

Фиг.4

200SOOH

3 Вес АЦК 0.3KZ

До виВротренироВки

Посла SttSpompenupoBKU

2050 ЮО ZOO500ff

Фиг. 5

SHUH л р

S паке

-ОМ -0.2 02 Q.4 O.S й.в

Редактор А.Шандор

Составитель Э.Неселовский Техред Э.Чижмар

Заказ 4608/38

Тираж 880Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Е.Сирохман