Тарельчатая пружина Советский патент 1992 года по МПК F16F1/32 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технологическим, энергетическим, транспортным машинам, и может быть использовано при создании пружинных амортизаторов,аккумуляторов механической энергии, упругих опор, средств силового замыкания, в вибраторах, ударниках и т.д.

Известна тарельчатая пружина, кольцевидное рабочее тело которой имеет прямо- угольное сечение. Размеры пружины (толщина кольца, внутренний диаметр, конусность) оптимизированы, что позволяет повысить удельную энергию деформации по сравнению со стандартной серией пружин на 5-8%.

Однако технические характеристики указанной пружины остаются ограниченными: малы прогиб и удельная энергия деформации, велик коэффициент жесткости, понижена прочность при статических нагрузках, что связано с резкой неравномерностью напряжений в теле пружины: в угловых точках прямоугольного сечения (см. фиг.) они соотносятся в среднем как числа 1,4:1:0,74:0,44(единицей представлены максимальные напряжения, определяющие усталостность, прочность пружины, а числом 1,4-максимальные напряжения сжатия, определяющие ее статическую прочность.

Наиболее близкой к предлагаемой конструкции по своей технической сущности является тарельчатая пружина, поперечное сечение которой имеет такую же прямоугольную форму, но с фасками в угловых точках А и С и с радиусными округлениями во всех углах, которые несколько снижают максимальные напряжения сжатия и уменьшают концентрацию напряжений в углах.

Однако эта пружина имеет недостатки, заключающиеся в большой жесткости пружины и низкой удельной (в расчете на единицу объема тела) энергии деформации, возникающие в связи с большой неравномерностью напряжений в поперечном сечении тарелки. Жесткость пружины увеличена еще и тем, что действующие на нее силы смещены от углов А и С к центру тяжести поперечного сечения кольца, относительные перемещения точек их приложения меньше.

Цель изобретения - увеличение эластичности (прогибов) пружины, ее статичеы

СА СО XI СЛ 4

ской прочности и энергоемкости при ограниченных размерах.

На чертеже изображена тарельчатая пружина, общий вид.

Пружина имеет форму конусообразного кольца с радиальным сечением, сужающимся от периферии к оси, максимальная толщина h на максимальном пружинном диаметре D переходит в толщину hi на внутреннем диаметре d.

Пружина работает следующим образом.

Под действием сил Р, распределенных по внутреннему контуру пружины сверху, и сил Q, распределенных по ее внешнему контуру снизу, пружина изменяет форму так, что линия ВС приближается к горизонтали. Максимальный прогиб пружины

fm (D-d) у/2,

где у-угловой поворот сечения кольца.

Особенности деформации клиновидного сечения пружины в сравнении с прямоугольным состоят в следующем.

Напряжения в любой точке сечения на линии АВ, например,определяются относительными удлинениями кольцевых волокон пружин, проходящими через эти точки

од Е Јд ; OB- Е Јв ,

где Е - модуль продольной упругости материала;

Е- относительные уудлинения.

Но относительные удлинения определяются двумя факторами: поворотом точки М на продольной оси сечения относительно центра изгиба О и поворотом линии АВ относительно точки М.

Јд

А -г (I ом (cos p - cos a) +

ГА

hi

(«-)).

где а- начальный угол наклона осевой линии КМ сечения к горизонтали;

р- произвольный последующий угол наклона этой линии к горизонтали.

Обычно второе слагаемое в формуле в несколько раз больше первого. При максимальной деформации пружины с прямоугольным сечением имеют

у 0; hi h,

для пружины с клиновидным сечением

a y-V/2 ;(p -ip/2 ; h h

Очевидно, что чем меньше угол р , тем меньше первое слагаемое в формуле, а чем меньше толщина hi, тем меньше второе слагаемое.

Аналогично получают формулу для вычисления напряжений растяжения в точке В.

п

OB -т ( - IOM ( cos (f - cos a) +

15

+ -frL(a-fp))E.

Здесь основной выигрыш получают также за счет второго слагаемого. Следовательно, при постоянном h с увеличением угла тр

0 резко снижаются напряжения в точках А и

В, и можно увеличить угол у деформации.

Расчеты показывают, что напряжения

изгиба на поверхности тела пружины при

увеличении 1/) от нуля до значения h/R

5 плавно выравниваются, удельная энергия деформации и прогиб увеличиваются, жесткость снижается. При значениях- 0,7h/R напряжения сжатия в точке А пружины превосходят соответствующие напряжения

0 стандартной пружины и угол у необходимо уменьшить. Поэтому рекомендуется

(0.7...1)h/R

5 Левый предел обеспечивает повышенную энергию пружины при пониженной статической прочности ОА 1,4ов , правый предел - высокую статическую прочность ОА 0впри несколько сниженной общей энергии. Преимущество по углу у сохраняется.

Более равномерное распределение напряжений в теле пружины позволяет в полтора раза поднять среднюю удельную энергию ее деформации, уменьшить разме- ры и расход материала. Снижение напряжений сжатия в районе точки А позволяет избежать здесь пластических деформаций, возникающих при длительных статических нагрузках.

0 Формула изобретения

Тарельчатая пружина, имеющая форму конусообразного кольца, отличающая- с я тем, что, с целью повышения эластичности, прочности и энергоемкости, конусообразное кольцо в радиальном сечении представляет собой клин с вершиной, расположенной со стороны меньшего основания, и углом вершине, выбранным из соотношения

V(OJ...1)h/R.

где R - радиус большего основания конусообразного кольца;

h - максимальная толщина поперечного сечения конусообразного кольца.

Изобретение м.б. использовано в пружинных амортизаторах, аккумуляторах механической энергии, упругих опор и других устройствах, Придание сечению пружины клиновидной формы и более равномерного распределения в сечении напряжений позволяет повысить ее эластичность, статическую прочность и энергоемкость. 1 ил.