Пружина сжатия Советский патент 1992 года по МПК F16F1/34 

Изобретение относится к деталям машин, а именно к основным элементам различных демпфирующих устройств, к пружинам сжатия.

Пружины выполняют роль упругих элементов, воспринимая работу внешних сил и преобразовывая ее в работу упругой деформации материала, из которого они изготовлены.

Конструктивно формы пружины сжатия весьма разнообразны, но к ним в первую очередь относятся витые цилиндрические пружины круглого сечения.

Известен пружинный амортизатор с использованием такой пружины, который с целью упрочнения и расширения области применения содержит дополнительный фрикционный элемент, который выполнен в виде прутка, плотно прижатого к его внутренней поверхности.

Такое устройство имеет сложные конструкцию и технологию изготовления.

Наиболее близкой по своей технической сути к предлагаемой пружине является пружина сжатия или растяжения, которая представляет собой полый цилиндр или конус с прорезями, расположенными в параллельных плоскостях и перпендикулярных к

продольной оси цилиндра или конуса. В каждой плоскости расположены взаимно симметрично две прорези с перешейками между их концами. Перешейки прорезей каждой плоскости (относительно их осей) смещены по окружности цилиндра или конуса относительно перешейков смежных плоскостей на 90°. В результате образуется пружина, состоящая из ряда последовательно сочлененных упругих кольцевых элементов, работающих на изгиб под нагрузкой.

Основными недостатками пружины являются следующие:

в конце каждой прорези перед перешейком во время работы при изгибе кольцевых элементов пружины в углах прорезей образуются зоны повышенной концентрации напряжений, что резко снижает долговечность пружины:

в процессе изготовления пружины полый цилиндр или конус надрезают с двух сторон, чем нарушают поверхностную структуру материала заготовки, в результате чего также значительно снижается механическая прочность пружины, что приводит к быстрому выходу ее из строя;

сравнительная сложность изготовления и высокая стоимость пружины;

СО

с

VI

VI

со

CJ

vi

XI

наличие перешейков значительно снижает эффективность демпфирования пружины.

Целью изобретения является создание пружины сжатия, обладающей повышенной эффективностью демпфирования.

Поставленная цель достигается тем, чго пружина сжатия выполнена в виде тонкостенной трубы с прорезями, имеющей о поперечном сечении форму правильного многогранника, с узкими сквозными прорезями на ребрах на части ее длины в рабочей зоне, а расстояние между противолежащими гранями в средней части трубы превышает расстояние между ними на ее концах.

Новизна изобретения состоит в том, что пружина выполнена новой формы в виде тонкостенной многогранной трубы с узкими сквозными прорезями на ребрах в рабочей зоне, что позволяет получить несколько одинаковых пластинчатых пружинящих элементов, работающих под нагрузкой параллельно и синхронно.

Существенность отличий определяется тем, что благодаря новой форме и конструкции предлагаемой пружины сжатия появляются новые свойства, такие как повышенная эффективность демпфирования под нагрузкой при значительной величине упругой деформации и достаточной жесткости.

Указанные свойства позволяют полу-, чить дополнительный положительный эффект - устойчивость под нагрузкой, долговечность при работе, простоту изготовления и высокую эффективность демпфирования.

На фиг. 1 показана предлагаемая пружина сжатия сбоку, в свободном состоянии {без нагрузки); на фиг.2 - предлагаемая пружина сжатия сверху, в свободном состоянии (без нагрузки): на фиг.З - пружина сжатия сбоку, в сжатом состоянии (под нагрузкой); на фиг.4 - пружина сжатия сверху, в сжатом состоянии (под нагрузкой).

На чертежах буквами обозначены:

Н0 - высота пружины в свободном состоянии,

Нмин высота пружины под максимально допустимой нагрузкой,

S - расстояние между противоположными гранями,

D - диаметр окружности вписанного многоугольника в свободном состоянии пружины,

St расстояние между противоположными пружинящими элементами в средней части пружины в свободном состоянии,

01макс максимальный диаметр окружности вписанного многоугольника в

средней части в свободном состоянии пружины,

02макс - максимальный диаметр окружности вписанного многоугольника в средней части пружины под нагрузкой,

$2 - расстояние между противоположными пружинящими элементами в средней части пружины под нагрузкой, Р - прилагаемая нагрузка.

0 Пружина сжатия представляет собой тонкостенную многогранную трубу 1, имеющую форму правильного многогранника (с числом п граней, к примеру, шестигранник), у которого на ребрах граней в рабочей зоне

5 выполнены узкие сквозные одинаковые прорези 2, в результате чего образуются одинаковые пластинчатые симметрично расположенные пружинящие элементы 3, количество котооых соответствует количест0 ву граней. Ширина прорезей 2 соизмерима с толщиной стенок трубы 1 (к примеру, равна двум толщинам стенок трубы 1).

В результате формовки пружина имеет в своей средней части некоторую бочкооб5 разность, поэтому расстояние S между противоположными пружинящими элементами 3 в средней части пружины будет боле.- ше (к примеру, на две толщины стенок трубы 1), чем между гранями на концах трубы 1, т.е.

0 . В таком состоянии пружина проходит дальнейшие обычные технологические операции (к примеру, закалку, отпуск, нормализацию и пр.) в соответствии с нормами для обычного материала пружин (основными

5 материалами являются высокоуглеродные и легированные стали по ГОСТ 2052-53). При необходимости возможна обработка торцов пружины, к примеру шлифовка.

При работе (фиг.3,4) под нагрузкой Р

0 пружина упруго деформируется до высоты Hmin, при этом пружинящие элементы 3 одинаково и синхронно изгибаются и расстояние между пружинящими элементами 3 в средней части пружины становится много

5 больше исходного, т.е. . В таком положении пружина сжатия содержит запасенную потенциальную энергию. При снятии нагрузки Р пружина возвращается в исходное положение (фиг. 1,2).

0 Жесткость пружины и ее характеристика определяются экспериментально и зависят от многих факторов: длины рабочей части, величины сечения, количества граней, толщины материала, марки материала,

5 технологии изготовления и др,

К технико-экономическим преимуществам относятся следующие: более высокая эффективность демпфирования пружины (нет мертвых участков в виде перешейков); равномерное распределение напряжений

по сечению пружинящих элементов (отсутствие зон повышенной концентрации напряжений), что обеспечивает долговечность пружины; нет нарушения поверхностной структуры пружинящих элементов, что повышает механическую прочность пружины; более простая технология изготовления пружины и более низкая ее стоимость.

Наиболее рационально использовать пружину сжатия в устройствах, для которых необходима устойчивая пружина сжатия с

0

большой эффективностью демпфирования под воздействием нагрузки.

Формула изобретения Пружина сжатия, выполненная в виде трубы с прорезями, о тл ичающаяся тем, что, с целью повышения эффективности демпфирования, труба имеет форму правильного многогранника, прорези выполнены на ребрах на части ее длины, а расстояние между противолежащими гранями в средней части трубы превышает расстояние между ними на ее концах.

Использование: в машиностроении. Сущность изобретения: пружина сжатия выполнена в виде трубы правильной многогранной формы с прорезями на ребрах на части ее длины, а расстояние между противолежащими гранями в средней части трубы превышает расстояние между ними на ее концах. 4 ил.

Ятанс

у

/

ZLUJ

Фиг, 2