Круглая пластинчатая пружина Советский патент 1992 года по МПК F16F1/32 

Изобретение относится к машиностроению различных отраслей промышленности, в частности к гидравлическим энергетическим устройствам (насосам, двигателям вибраторам, ударникам), и может быть использовано при создании пружинных аккумуляторов, торцовых уплотнений, клапанов и т. д.

Известна тарельчатая пружина для сцеплений автомобилей, представляющая собой плоский диск в виде сплошного внешнего кольца с отходящими от него к центру упругими язычками, прогибающимися в осе вом (по отношению к диску) направлении.

Однако этой пружине присущи недостатки, заключающиеся в малой удельной энергии деформации на единицу объема тела пружины и малых прогибах язычков при относительно большом диаметре диска в связи с тем, что материал пружины в ее отдельных элементах нагружен весьма неравномерно.

Наиболее близка к предлагаемой тарельчатая пружина, представляющая собой сплошное центральное кольцо с отходящими от него в радиальном направлении лепестками, при этом лепестки утоньшаются к периферии и отогнуты поочередно в разные стороны по дугам.

Однако и эта конструкция имеет недостатки, заключающиеся в том, что при любой заданной энергии деформации диаметр пружины получается большим, а осевые деформации малыми, так как сплошное кольцо в центральной части пружины по необходимости выполняется прочным и жестким (в противном случае оно разрушится в результате резкой концентрации напряжений в проемах между лепестками), а сами лепестки даже в условиях равнопрочного изгиба не могут дать значительных деформаций при небольшой длине. Это объясняется тем. что элементы каждого лепестка, находящиеся у его основания (вблизи центрального кольца), дают малые угловые деформации, так

(Л

с

XJ

ND

Д

ГчЭ

как они здесь сильно нагружены изгибающими моментами и утолщены, а элементы лепестков, приближающиеся к наружному краю пружины и имеющие сравнительно большие угловые деформации, формирует прогиб малой крнсольностью. Наглядно это иллюстрируется интегралом, определяющим величину прогиба f

f. lf Ми х dx

Т Jрт-

О tlx

где I-длина лепестка;

х - расстояние от наружной кромки лепестка до рассматриваемого слоя толщиной dx;

Mu - изгибающий момент и момент инерции сечения в указанном элементар ном слое;

Е - модуль упругости материала пружины при растяжении.

Момент инерции сечения может быть представлен произведением его момента сопротивления Wx на половину толщины Sx лепестка в данном слое

Yx Wx.Sx/2.

Отношение Mu/Wx есть напряжения изгиба аи (пусть максимально допустимые) там же. Тогда выше приведенный интеграл преобразуется к виду

; I

2еги fxdx .

f-Ё-%

о

Так как при возрастании значений х растет и Sx, интеграл не может дать больших значений f, иными словами редукция угловых деформаций в линейные перемещения слабая.

Цель изобретения-многократное повышение эластичности круглых пластинчатых пружин при уменьшений их габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в круглой пластинчатой пружине, имеющей центральное отверстие и лепестки,1 эти лепестки выполнены прямоугольной формы и имеют посередине продольные прорези, выходящие в центральное отверстие

Каждый лзпесток пружины следовательно образован двумя параллельными, соединенными между собой на конце лепестка стержнями, которые работают преиму- щ.ественно на кручение. Количество лепестков принципиально не ограничивается. Пружина в целом представляет собой состоящий из торсионов замкнутый звездообразный контур.

На фиг. 1 изображено сечение А-А на фиг. 2; на фиг, 2 - пружина, вид сверху.

Пружина состоит из замкнутой системы прямолинейных торсионных элементов 1 (ABCD) и 2 (FEDG), попарно образующих звездообразную систему лепестков. Прямолинейные стержни 1 (ВС)и2(ЕО)

соединены между собой окружными связками 3 (CD) и 4 (EF). Пружина работает следующим образом. Под действием сил Q, действующих на 0 концы лепестков снизу, и сил Р, распреде- ленных по окружности отверстия и действующих сверху, пружина прогибается, переходя из одного воронкообразного состояния в другое, в том числе плоское состо- 5 яние. При этом стержни 1 и 2, оставаясь практически прямолинейными, скручиваются, а связки 3 и 4 подвергаются изгибу, хотя ввиду малой протяженности они остаются Практически плоскими, изменяется только 0 их взаимное расположение.

Крутящий момент в стержнях 1 и 2 практически равен изгибающему моменту в связках 3. В рассматриваемом четырехлепе- стковом варианте пружины Mk Muш Q R. 5 Для пружины в обобщенном многолепестковом ее варианте энергия и силовые параметры определяются по формулам 0 mrl/ifЈbG);

y BKSinV;

Mk roab2; в n/2;

P 2TT/f, где 0-угол закручивания стержня;

- коэффициенты, определяющие напряжения и деформации в стержне с прямоугольным поперечным сечением;

a, b - длины сторон указанного прямоугольника;

I- расчетная длина стержня;

G - модуль сдвига материала пружины; т- максимальные напряжения кручения;

у- изменение угла наклона оси стержня к радиальной прямой при деформации пружины;

1/J-половина центрального угла между лепестками;

f - прогиб пружины (осевое перемещение ее внутренней кромки);

Ми - крутящий момент в стержне;

П - потенциальная энергия пружины;

п - количество стержней;

Р - осевая сила пружины.

5

0

Таким образом, поставленная цель создания круглой пластинчатой пружины ма лой жесткости достигается за счет использования принципа соединения в плоский звездообразный контур системы работающих на кручение стержней (торсио- нов).

Предложение позволяет широко использовать новую конструкцию вместо обычных стандартных тарельчатых пружин в тех случаях, когда их податливость оказывается недостаточной и приходится набирать целые пакеты, а также при создании податливых диафрагм гидравлических устройств. /- . л ; ..- ,;. ;;;

Формула изобретения Круглая пластинчатая пружина, имеющая центральное отверстие и лепестки, о т- л и чаю щ а я с я тем, что, с целью повышения эластичности, лепестки выполнены прямоугольной формы и имеют продольные прорези, входящие в центральное отверстие.

Изобретение относится к машинострое- нию, в частности к гидравлическим устройствам. Цель изобретения - повышение эластичности. Под действием сил, приложенных снизу к концам лепестков, и сил, распределенных по окружности отверстия и действующих сверху, пружина прогибается, переходя из одного воронкообразного состояния в другое, в том числе в плоское состояние. При этсм стержни, оставаясь практически прямолинейными, скручиваются, а связки подвергаются изгибу, в результате чего напряжения в сечениях лепестков распределяются равномерно, обеспечивая повышение удельной энергии деформации пружины. 2 ил..

:1

tt

4 /

ФиВ.1

а

Фиг.2