УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В МАШИНАХ

УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В МАШИНАХ

В каждой машине есть специфические детали, принципиально отличающиеся от всех остальных. Их называют упругими элементами. Упругие элементы имеют разнообразные, весьма непохожие друг на друга конструкции. Поэтому можно дать общее определение.

Упругие элементы – детали, жёсткость которых намного меньше, чем у остальных, а деформации выше.

Благодаря этому своему свойству упругие элементы первыми воспринимают удары, вибрации, деформации.

Чаще всего упругие элементы легко обнаружить при осмотре машины, как, например, резиновые покрышки колёс, пружины и рессоры, мягкие кресла водителей и машинистов.

Иногда упругий элемент скрыт под видом другой детали, например, тонкого торсионного вала, шпильки с длинной тонкой шейкой, тонкостенного стержня, прокладки, оболочки и т.п. Однако и здесь опытный конструктор сможет распознать и применять такой "замаскированный" упругий элемент именно по сравнительно малой жёсткости.

На железной дороге из-за тяжести транспорта деформации деталей пути достаточно велики. Здесь упругими элементами, наряду с рессорами подвижного состава, фактически становятся рельсы, шпалы (особенно деревянные, а не бетонные) и грунт путевой насыпи.

Упругие элементы находят широчайшее применение:

для амортизации (снижение ускорений и сил инерции при ударах и вибрации за счёт значительно большего времени деформации упругого элемента по сравнению с жёсткими деталями);
для создания постоянных сил (например, упругие и разрезные шайбы под гайкой создают постоянную силу трения в витках резьбы, что препятствует самоотвинчиванию);
для силового замыкания механизмов (чтобы исключить нежелательные зазоры);
для аккумуляции (накопления) механической энергии (часовые пружины, пружина оружейного бойка, дуга лука, резина рогатки и т.д.);
для измерения сил (пружинные весы основаны на связи веса и деформации измерительной пружины по закону Гука).

Обычно упругие элементы выполняются в виде пружин различных конструкций.

Основное распространение в машинах имеют упругие пружины сжатия и растяжения. В этих пружинах витки подвержены кручению. Цилиндрическая форма пружин удобна для размещения их в машинах.

Основной характеристикой пружины, как и всякого упругого элемента, является жёсткость или обратная ей податливость. Жёсткость K определяется зависимостью упругой силы F от деформации x. Если эту зависимость можно считать линейной, как в законе Гука, то жёсткость находят делением силы на деформацию K = F / x.

Если зависимость нелинейна, как это и бывает в реальных конструкциях, жёсткость находят, как производную от силы по деформации K=∂F/∂x.

Очевидно, что здесь нужно знать вид функции F=f(x).

Для больших нагрузок при необходимости рассеяния энергии вибрации и ударов применяют пакеты упругих элементов (пружин).

Идея состоит в том, что при деформации составных или слоистых пружин (рессор) энергия рассеивается за счёт взаимного трения элементов.

Пластинчатые пакетные рессоры успешно применялись с первых шагов транспортного машиностроения – ещё в подвеске карет, применялись они и на электровозах, и электропоездах первых выпусков, где были из-за нестабильности сил трения позже заменены витыми пружинами с параллельными демпферами, их можно встретить в некоторых моделях автомобилей и строительно-дорожных машин.

Пластинчатые рессоры обладают большим демпфированием (способностью рассеивать вибрацию).

Материалы для упругих элементов должны иметь высокие упругие свойства, а главное, не терять их со временем.

Основные материалы для пружин – высокоуглеродистые стали 65,70, марганцовистые стали 65Г, кремнистые стали 60С2А, хромованадиевая сталь 50ХФА и т.п. Все эти материалы имеют более высокие механические свойства по сравнению с обычными конструкционными сталями.

В 1967 году в Самарском Аэрокосмическом университете был изобретён и запатентован материал, названный металлорезиной "МР". Материал изготавливается из скомканной, спутанной металлической проволоки, которая затем прессуется в необходимые формы.

Колоссальное достоинство металлорезины в том, что она великолепно сочетает прочность металла с упругостью резины и, кроме того, за счёт значительного межпроволочного трения рассеивает (демпфирует) энергию колебаний, являясь высокоэффективным средством виброзащиты.

Густоту спутанной проволоки и силу прессования можно регулировать, получая заданные значения жёсткости и демпфирования металлорезины в очень широком диапазоне.

Металлорезина, несомненно, имеет перспективное будущее в качестве материала для изготовления упругих элементов.

Упругие элементы требуют весьма точных расчётов. В частности, их обязательно рассчитывают на жёсткость, поскольку это главная характеристика.

Однако конструкции упругих элементов столь разнообразны, а расчётные методики столь сложны, что привести их в какой-либо обобщённой формуле невозможно.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

По какому признаку в конструкции машины можно найти упругие элементы ?
Для каких задач применяются упругие элементы ?
Какая характеристика упругого элемента считается главной ?
Из каких материалов следует изготавливать упругие элементы ?
Каким образом на Куйбышевской дороге применяются тарельчатые шайбы-пружины ?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х тт. – М.: Машиностроение, 1999.
Байзельман Р.Д. и др. Подшипники качения.– М.: Машиностроение, 1975.
Беляков В.М., Жарков М.С., Фёдоров В.В., Янковский В.В. Зубчатые передачи подвижного состава: Учебное пособие для студентов. Куйбышев.: КИИТ, 1990.
Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения.– М.: Машиностроение, 1973.
Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчёты на прочность деталей машин.– М.: Машиностроение, 1979.
Волков Д.П., Крайнев А.Ф. Трансмиссии строительных и дорожных машин.– М.: Машиностроение, 1984.
Валы и оси. Конструирование и расчёт/ Под ред. Серенсена. М.: Машиностроение, 1980.
Голованов Н.Ф. и др. Планетарные передачи.– М.: Машиностроение, 1980.
Гузенков П.Г. Детали машин.– М.: Высшая школа, 1986.
Детали машин: Справочник/ Под ред. Ачеркана.Н.С. В 3-х тт.– М.: Машиностроение, 1968-1969.
Детали машин: Атлас конструкций/ Под ред. Решетова Д.Н. – М.: Машиностроение, 1988.
Детали машин в примерах и задачах: Учебное пособие для вузов/ Под ред. Ничипорчика С.Н.– Минск: Вышэйша Школа, 1981.
Динамика машин и управление машинами: Справочник/ Под ред. Крейнина Г.В.– М.: Машиностроение, 1988
Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин.– М.: Высшая школа, 2001.
Единая система конструкторской документации: Основные положения.–М.: Издательство стандартов, 1985.
Иванов М.Н. Детали машин.– М.: Высшая школа, 1991.
Иванов М.Н. Волновые зубчатые передачи.– М.: Высшая школа, 1981.
Иосилевич Г.Б. Детали машин.–М.: Машиностроение,1988.
Кац Г.Б., Ковалёв А.П. Технико-экономический анализ и оптимизация конструкций машин.– М.: Машиностроение, 1991.
Климов К.И. Антифрикционные пластичные смазки.– М.: Химия, 1988.
Крайнев А.Ф. Детали машин: Словарь-справочник. М.: Машиностроение, 1992.
Куклин Н.Г, Куклина Г.С. Детали машин.– М.: Высшая школа, 1984.
Кудрявцев В.Н. Детали машин.– М.-Л.: Высшая школа, 1980.
Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для вузов/ Под ред. Ицковича Г.М.– М.: Высшая школа, 1970.
Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для учащихся машиностроительных специальностей/ Под ред. Чернавского С.А.– М.: Машиностроение, 1988.
Машиностроение. Энциклопедия: Детали машин. Конструкционная прочность. Т. IV/ Под общ. ред. Решетова Д.Н.– М.: Машиностроение, 1995.
Николаев Г.А. и др. Проектирование сварных конструкций в машиностроении.– М.: Машиностроение, 1975.
Подшипники качения: Справочник-каталог / Под общ. ред. Косташевского Р.В.– М.: Машиностроение, 1984.
Проектирование механических передач: Учебное пособие для машиностроительных техникумов/ Под ред. Чернавского С.А.– М.: Машиностроение, 1984.
Проблемы надёжности и ресурса в машиностроении.– М.: Наука, 1988.
Расчёт и выбор подшипников качения: Справочник/ Под ред. Спицына Н.А.– М.: Машиностроение, 1974.
Решетов Д.Н. Детали машин.– М.: Машиностроение, 1989.
Решетов Д.Н. и др. Надёжность машин.– М.: Высшая школа, 1988.
Ряховский О.А., Иванов С.С. Справочник по муфтам.– Л.: Политехника, 1991.
Сборник задач и примеров расчёта по курсу деталей машин/ Под ред. Ицковича Г.М.– М.: Машиностроение, 1975.
Серенсен С.В. и др. Несущая способность и расчёты деталей машин на прочность.– М.: Машиностроение, 1975.
Сомов Ю.С. Композиция в технике.– М.: Машиностроение, 1987.
Тарабасов Н.Д., Учаев П.Н. Проектирование деталей и узлов машиностроительных конструкций: Справочник.– М.: Машиностроение, 1983.
Толстоногов А.А. Янковский В.В., Жарков М.С. Проектирование планетарного редуктора: Методические указания для студентов.– Самара.: СамИИТ, 1993.
Толстоногов А.А., Жарков М.С., Янковский В.В. Проектирование волнового редуктора. Методические указания для студентов.– Самара: СамИИТ, 1995.
Трение, изнашивание, смазка: Справочник/ В.В. Алисин и др.– М.: Машиностроение, 1980.
Трухман В.М., Фёдоров В.В.. Янковский В.В. Расчёт закрытых цилиндрических передач на ЭВМ: Методические указания для студентов.– Куйбышев: КИИТ, 1985.
Чернавский С.А. Подшипники скольжения.– М.: Машгиз, 1963.
Янковский В.В., Фёдоров В.В. Расчёт червячных передач на ЭВМ: Методические указания для студентов.– Куйбышев: КИИТ, 1987.
Янковский В.В. Фёдоров В.В. и др. Расчёт конической зубчатой передачи: Методические указания для студентов. – Куйбышев: КИИТ, 1980.

содержание .. 9 10