Тарельчатая пружина Советский патент 1986 года по МПК F16F1/32 

i 4 -r77ZL -- I t„-T / /-A I Изобретение относится к машиностроению, а именно к тарельчатым пружинам. Целью изобретения является сниже ние материалоемкости и повышение на дежности пружины. Указанная цель достигается выбранньм отношением наружного диаметра D пружины и диаметра d центрального отверстия, а также высотой h ее конусности На .фиго 1 изображена тарельчатая пружинЗ, общий вид, продольное сечение; на фиго 2 - нагрузочные характеристики 4-х тарельчатых пружин при отношении ,8. Тарельчатая пружина выполнена в виде конической кольцеобразной шайбы равной толщины с выбранным отношением наружного диаметра D и диаметра d центрального отверстия в пределах D:d(1,8-1,79):1 и высотой h внутреннего конуса, выбранной рав ной ° Т57збГз где S - толщина стенки пружины; S - отношение размеров наружног диаметра и центрального отверстия. Цифрами 1 - 4 обозначены кромки, в которых возникают наибольшие напряжения соответственно (j, - « При нагружении некоторой сипой Р в материале пружины возникают напря жения, имеющие наибольшие значения в кромках отверстия наружного диаметра пружины. Для верхней 1 и нижней 2 кромок отверстия d тарельчато пружины напряжения определяются по формулам: тт -жрС-М - . ( г- - 5 (h-0,5f) ( г а для нижней 3 и верхней 4 кромок наружного диаметра соответственно БП Т - ° . ( )-°- - -ys,(5 где Е - модуль упругости материала пружины; U - коэффициент поперечного сжатия материала пружины; f - прогиб тарельчатой пружины. Значения табличных коэффициентов t, Д и у , зависящие от D и d (ГОСТ 3057-79. Пружины тарельчатые, с. 29. Инструкция, табл. 1, с. 24). Результаты со знаком минус означают сжимающие напряжения, со знаком плюс - растягивающие. Формулы для определения размера наружного диаметра D и толщины пружины S при заданных величинах вертикальной нагрузки Р и максимального прогиба fn, определяются из условия равенства между собой напряжений б и б, . Это условие является определяющиМоВыражения Р и f получают следующим образом. Приравнивая выражения (З) и (4) и сокращая одинаковые множители, получают уравнение - р (h-0, 5f)+р (2у-) (h-0,5f) + (6) Далее определяется выражение максимального прогиба пружины h(2y| -Р г)-ь(,5( - 0.5 .Подставив в выражение (7) значе- : ния величин у и fi при заявляемом отношении размеров наружного диаметра к внутреннему О 1,8 и заменив коэффициент при S формулы (7) на 1п8, получается выражение максимального йрогиба пружины в виде :C,2h-S-ln.(В) Из выражения (З) следует К-- Е ,.ч -rTi - T D -f;;tF- b 6:3f7+-fsr Определив h из выражения (8), подставив в выражение (9) и произведя некоторые сокращения получают г Гув о75р1йБ §Т ; 1(:о75А inS) V« 3(0-1) Учитывая, что V к 1п о « 6 ,5-1 . - PfinT iHS „ 1ГЙ1 IS..q Jl«- Ь Выражение сил и деформаций тарельчагой пружины имеет вид (h-fJ(h-0,5f)-bsT (1 С учетом выраже;ния ( 1 1) для f (h-f)(h-0,5f)+sT о (1 Подставляя в выражение (13) пол ченное значение h из (8) и произво некоторые преобразования, получают уравнениедля определения толщины пружины (lnS)+4 s-lnS f S - ( Решив это уравнение относительн радиального корня, получается inS f..(f. S 21Г1ЙП 5 ( Используя выражения (9) и (П), можно записать 4Е (D-3f--r Откуда получается выр ажение для наружного диаметра пружины ll- Toi7l5J Работа упругой деформации тарель чатой пружины записывается выражениемA,.,25-.(h-0,5f )2 +S . (18 ( )«;B - . -J Наиболее полно использование материала пружины характеризует удель ная работа упругой деформации, как 9364 полная работа на объем материала пружины .З-.. (19) Выражение удельной работы упругой деформации пружины с учетом выражения (8) имеет вид ,25(lnSf+l ri-pT itrs -TT D. d -Sln&) о. (20) Подставив в выражение (20) постоянные величины для стали 60С2А:Е 21000 кг/мм ; (,3;ot 0,645, для данного отношения размеров наружного диаметра и диаметраS 1,8 отверстия получается -окончательное выражение удельной работы упругой деформации тарельчатой пружины ai А -13644,715 24(Sh-SlnS) . (21) Выбор размеров пружины, толщины S, высоты внутреннего конуса h и наружного диаметра Т по формуле (15), (8), (17) позволяет создать пружину, при нагружении которой расчетной силой и при расчетном прогибе f возникающие напряжения б -б не превышают допустимых величин. Причем, эти напряжения достигают максимально допустимых величин одновременно, Этим самым обеспечивается наиболее полное использование прочностных свойств материала пружины и повышается их надежность. Отношение размеров наружного диаметра к внутреннему диаметру отверстия, равное 1,8:1, является оптимальным для тарельчатой пружины, так как обеспечивается меньшая металлоемкость и наибольшая удельная работа упругой деформации при напряжениях, не превышающих допустимь5е.

НГ

6000

4000

2000

ТАРЕЛЬЧАТАЯ ПРУЖИНА, выполненная в виде конической кольцеобразной шайбы с выбранным отношением ее наружного диаметра D и диаметра центрального отверстия d и с равной толщиной, отличающаяся тем, что, с целью снижения материалоемкости и повьппения надежности, соотношение наружного диаметра шайбы и диаметра d центрального.отверстия выбрано в пределах D:d(l,81,79):Г, а высота h внутреннего конуса выбрёна равной где S толщина стенки пружины; о - отношение размеров наружного диаметра и центрального с S отверстия.