Плоские спиральные пружины

  КПД спиральных пружин определяется отношением работы, производимой пружиной при развертывании, к работе, затраченной на ее заводку:

КПД в зависимости от смазки (%):
Касторовое масло с графитом . . . 70,4
Машинное масло ............ 68,6
Чистое касторовое масло ....... 61,2
Без смазки .................. 60,0
   Следует избегать толстых пружин, так как они работают неплавно, что ведет к перенапряжению в материале пружины и ее поломке.
   Толщину s пружины выбирают из условия s £ r/15 , где r - радиус валика, на который наматывается пружина.
   Условие s £ r/15  учитывает, что наибольшие напряжения изгиба испытывают первые к валику витки пружины.
   При расчете пружин рекомендуется придерживаться также соотношения r=r₀/3, где r -внутренний радиус барабана.
  Расчет. Принятые обозначения:
      r₀ - внутренний радиус барабана, мм;
      r - радиус валика пружины, мм;
      r₁- внешний радиус заведенной пружины, равный внутреннему радиусу спущенной, мм;
      s - толщина пружины, мм;
     y - рабочее число оборотов барабана;
     n₁ - число витков свободной пружины (вне барабана);
     n - число витков спущенной пружины (в барабане);
     n₂ - число витков заведенной пружины (в барабане);
     n_p - расчетное число витков пружины;
     L - длина развернутой пружины, мм;
     Ь - ширина пружины, мм;
     Мmах- максимальный момент на валике пружины, Н · мм;
     M_min -минимальный момент на валике пружины, Н · мм;
     [s_из ] -допускаемое напряжение на изгиб, МПа;
     Е - модуль упругости, МПа;
     h - КПД в зависимости от смазки.
   Формулы для расчета плоской спиральной пружины:
        

Для пружины с нормальным соотношением r₀/r , т. е. r = r₀/3 , длина пружины
     L=pr₀ (1,745n +0,67) . 
n_pmax = n₂-n₁ для заведенной пружины;
n_pmin = n-n₁ для спущенной пружины;
               

1. Модуль упругости ... Е МПа.
2. Твердость НRС ... .
3. Напряжение нормальное при изгибе (максимальное) s_из ··· МПа.
4. Длина развернутой пружины L ... мм.
5. Число витков пружины в свободном состоянии n ... .
6. Направление спирали.
7. Остальные технические требования по ... (указывают номер нормативного документа).

   Величинами r₀ и y обычно задаются по конструктивным соображениям.
   Рабочее, число оборотов барабана при расчете следует увеличивать на 0,5-1,5 для покрытия потерь на трение.
   Пример расчета. Заводная пружина должна иметь: r₀ =21 мм, M_min=500 Н·мм и y =7 оборотов.
   Материал: сталь с модулем упругости Е = 2,1·10⁵ МПа.
   Смазка: касторовое масло с графитом.
       1. Берем пружину с нормальным соотношением r₀/r:
         
        2. Толщина пружины
             
   Учитывая трение в начале и конце работы, добавляем один оборот, следовательно,
              
   Толщина пружины s должна быть меньше, чем r/15 , т. е. 0,4 < r/15, в противном случае необходимо изменить исходные данные для расчета.
        3. Число витков спущенной пружины в барабане
              
        4. Число витков заведенной пружины в барабане
              

   5. Число витков пружины в свободном состоянии (вне барабана)
 n₁ = (0,3÷0,372)n₂ принимаем n1 = (0,3 ·21,6) = 6,5 витка.
   6. Длина пружины
    L = pr₀ (1,745n +0,67) = 3,14 х 21 (1,745 · 13,4 + 0,67) = 1587 мм.
   7. Расчетное число витков
            n_pmax=n2-n1=21,6-6,5=15;
            n_pmin=n-n1=13,4-6,5=7;
   8. Ширина пружины

   КПД h  принят равным 0,704 в зависимости от смазки.
   Примеры выполнения рабочих чертежей спиральных плоских пружин приведены в табл. 29 и 30.