Оборудование и принадлежности. 1. Образец вала и образец оси.

 

1. Образец вала и образец оси.

2. Динамометр (набор грузов).

3. Линейка металлическая.

 

Теоретические положения

 

Плоская пружина представляет собой пластину, работающую на изгиб и изготовленную из упругого материала. При изготовлении ей можно придать форму, удобную для ее размещения в корпусе прибора, при этом она может занимать немного места. Плоскую пружину можно изготовить практически из любого пружинного материала. 

Плоские пружины широко применяют     в   различных электроконтактных устройствах. Наибольшее распространение получила одна из самых простых форм плоской пружины в виде прямого стержня, защемленного одним концом (рис. 6.1, а). 

 

 

Рисунок 6.1 - Контактные пружины: а - контактная группа электромагнитного реле; б - перекидной контакт; в - скользящие контактные пружины

 

С помощью плоской пружины может быть выполнена перекидная упругая система микровыключателя, обеспечивающая достаточно высокую скорость срабатывания (рис. 6.1, б).

Плоские пружины применяют     также    в электроконтактных устройствах в качестве скользящих контактов (рис. 6.1, в).

Упругие опоры и направляющие, изготовленные из плоских пружин, не имеют трения и люфтов, не нуждаются в смазке, не боятся загрязнений. Недостаток упругих опор и направляющих — ограниченность линейных и угловых перемещений.

Значительные угловые перемещения допускает измерительная пружина спиральной формы — волосок. Волоски широко применяют во многих показывающих электроизмерительных приборах и предназначенных для выбора люфтов передаточного механизма прибора. Угол закручивания волоска ограничивают как по соображениям прочности, так и в связи с потерей устойчивости плоской формы изгиба волоска при достаточно больших углах закручивания.

Спиральную форму имеют заводные пружины, которые выполняют роль двигателя.

 

Расчет плоских пружин

 

Плоские прямые и изогнутые пружины представляют собой пластину заданной формы (прямой или изогнутой), которая под действием внешних нагрузок упруго изгибается, т. е. работает на изгиб. Эти пружины применяют обычно в тех случаях, когда сила действует на пружину в пределах небольшого хода.

В зависимости от способов закрепления и мест приложения нагрузок различают плоские пружины:

- работающие как консольные балки с сосредоточенной нагрузкой на свободном конце (рис. 6.2 а);

- работающие как балки, свободно лежащие на двух опорах с сосредоточенной нагрузкой (рис. 6.2 б);

- работающие как балки, один конец которых закреплен, а другой свободно лежит на опоре с сосредоточенной нагрузкой (рис. 6.2 в);

- работающие как балки, один конец которых шарнирно закреплен, а другой свободно лежит на опоре с сосредоточенной нагрузкой (рис. 6.2 г);

- представляющие собой круглые пластины, закрепленные по краям и нагруженные по середине (мембраны) (рис. 6.2 д).

 

б)

 

       а)

 

    в)         г)

 

        

       д)   

Рисунок 6.2 - Способы закрепления плоских пружин

 

При конструировании    плоских листовых пружин следует по возможности выбирать для них наиболее простые формы, облегчающие их расчет. Плоские пружины рассчитывают по формулам, 

Наибольшая допустимая нагрузка в Н	Р
Прогиб пружины от нагрузки в, м	f
Толщина пружины в м	h
Ширина пружины в м	b
Предварительная нагрузка в Н	Pi	Задается по условиям работы пружины
Рабочая нагрузка в Н	Рр	Выбираются по конструктивным соображениям
Рабочий прогиб пружины в м	fp
Рабочая длина пружины в м	Lр

 

 

Общие сведения о винтовых пружинах

 

Благодаря простой и компактной конструкции, хорошим рабочим качествам, простоте изготовления винтовые пружины находят широкое и разнообразное применение в приборах.

Винтовые пружины, используемые в приборостроении, обычно навивают из проволоки в виде пространственной спирали. По условиям нагружения винтовые пружины подразделяют на пружины (рис. 6.3): растяжения (а), сжатия (б), кручения (в) и изгиба (г).

Рисунок 6.3 - Винтовые пружины

 

Широкое распространение получили винтовые цилиндрические пружины (рис. 6.4, а), как самые простые в изготовлении. К винтовым пружинам относятся также и спиральные фасонные пружины: конические, параболоидные (рис. 6.4, б, в).

Рисунок 6.4 - Разновидности винтовых пружин

 

По профилю поперечного сечения винтовые пружины можно разделить на: круглого, прямоугольного (квадратного) и треугольного.

 

Конструкция и расчет винтовых цилиндрических пружин растяжения–сжатия

Различия в условиях работы и в конструкции пружин растяжения и сжатия связаны с направлением осевой силы.

Пружины сжатия имеют зазор между витками, достаточный для получения рабочей осадки пружины. Пружины растяжения межвитковый зазор вообще отсутствует ли он очень мал.  

Для предотвращения изгиба пружины сжатия (рис. 6.5, а) концевые витки подгибают и затем сошлифовывают по плоскости, перпендикулярной оси пружины на длине от 3/4 до 1 витка (рис. 6.5, б).

Рисунок 6.5 - Концевые витки и зацепы винтовых цилиндрических пружин

 

в – пружины сжатия центрируются буртиком или выточкой в опорной плоскости;

г – технологически, но при работе деформируется и создает эксцентриситет нагрузки, приводящей к искажению упругой характеристики пружины; д – обеспечивают большую точность передачи усилия по оси пружины; 

е – обеспечивают прочность зацепов за счет постепенного уменьшения диаметров последних витков;

 ж – хорошо фиксирует место приложения растягивающего усилия. Еще лучше крепление сваркой проволоки з;

и – для повышения точности работы пружин сжатия иногда приваривают последний рабочим и опорный витки; 

л, к – показано осуществление регулировки жесткости пружины путем изменения числа рабочих витков. 

 

Лабораторная установка

 

В лабораторной работе экспериментально определяется жесткость пружины и системы пружин. Схема экспериментальной установки изображена на рисунке 6.6.

 

 

Рисунок 6.6 - Схема экспериментальной установки

 

Один конец пружины закреплен на основании стойки, а второй ее конец соединен с нитью. Нить перекинута через шкив, установленный в верхней части стойки, а свободный конец нити соединен с подвесом массой m ₀. На пружину со стороны нити действует сила

F ₀ = m ₀ g.

Расстояние от основания стойки до нижнего торца подвеса равно l ₀ . Установка на подвес дополнительного груза массой m приводит к изменению длины пружины на величину

∆ l = l ₀ − l,              (6.1)

где l – расстояние от основания стойки до нижнего торца подвеса после установки на него груза массой m.

Увеличение массы подвешенного груза приводит к появлению дополнительной силы, действующей на пружину:

F = mg.

С другой стороны в соответствии с экспериментальной установки законом Гука:

F = k ∆ l.

Приравниваем правые части двух последних формул и выражаем жесткость пружины

k  = mg / ∆ l

Порядок выполнения работы

 

1 Ознакомиться с устройством экспериментальной установки, записать перечень приборов и принадлежностей и их характеристики в отчет о лабораторной работе.

2 Выполнить опыты поочередно с двумя пружинами, имеющими различную жесткость. Для этого один конец пружины закрепить на основании стойки, а другой ее конец соединить с нитью. Нить перекинуть через шкив, установленный в верхней части стойки, и свободный конец нити соединить с подвесом массой m ₀. С помощью линейки измерить расстояние l ₀ от основания стойки до нижнего торца подвеса. Установить на подвес дополнительный груз массой m и измерить изменившееся расстояние l от основания стойки до нижнего торца подвеса. Рассчитать изменение длины пружины по формуле (6.1), а затем жесткость пружины. Повторить измерения не менее четырех раз, устанавливая на подвес дополнительные грузы. Полученные данные записать в таблицу 6.1, а затем выполнить аналогичные опыты со второй пружиной.

Изменение длины пружины можно также рассчитывать по формуле

 

∆ l = R ∆ϕ,                                       (6.2)

 

где R – радиус шкива (R = 25,0 мм); ∆ϕ – угол поворота шкива при установке на подвес дополнительного груза.

Угол поворота шкива можно определить по выражению:

 

∆ϕ=ϕ−ϕ₀,

 

где ϕ₀, ϕ – угловая координата шкива до и после установки на подвес дополнительного груза соответственно.

Угловые координаты шкива определяют по шкале с ценой деления 5°. Если изменение длины пружины рассчитывается по формуле (6.2), то в таблицу вместо l ₀ и l записывают значения ϕ₀ и ϕ.

 

 

Таблица 6.1 – Результаты измерений

 

Изучаемая система	Номер опыта	m	l 0	l	∆ l	k
Первая пружина

 

3. Проанализировать полученные результаты.

 

 

Содержание отчета

1. Титульный лист.

2. Цели и задачи выполнения работы.

3. Оборудование и принадлежности к работе.

4. Схема установки.

5. Таблица с расчетами.

6. Выводы.

Контрольные вопросы

 

1. Назначение пружин.

2. Какие основные конструктивные элементы выделяют на плоских пружинах?

3. Какие основные конструктивные элементы выделяют на пружинах растяжения?

4. Расскажите методику расчета рассмотренных пружин.

 

Лабораторная работа № 7

 

«Определение коэффициента трения в направляющих»

 

Цель работы: определить коэффициент трения в направляющих скольжения