21.6.2011
Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují s finanční podporou v Operačním programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Královéhradeckého kraje
Modul 03-TP
ing. Jan Šritr
Pružné spoje
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
2
1
21.6.2011
Namáhané ohybem Kovové pružiny
Namáhané krutem Namáhané kombinovaně Namáhané tlakem
Pružiny Pryžové pružiny
Namáhané smykem
Pneumatické pružiny
Namáhané krutem
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
3
ing. Jan Šritr
4
Listové pružiny
Pružnice Šroubovité pružiny zkrutné Namáhané ohybem
Kovové pružiny
Spirálové pružiny
Šroubovité pružiny tlačné
Namáhané krutem
Šroubovité pružiny tažné Šroubovité pružiny kuželové
Namáhané kombinovaně
Zkrutné tyče
Talířové pružiny Evolutní pružiny
Pružné spoje
Kroužkové pružiny
2
21.6.2011
www.perovna.cz
Výroba pružin
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
5
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
6
3
21.6.2011
Namáhání válcových těsně vinutých pružin: Uvažujme válcovou pružinu svinutou z drátu kruhového průřezu d, která je osově namáhána silou F. F D
MK
2
U těsně vinutých pružin z tenkého drátu lze zanedbat též smykovou sílu T = F a uvažovat pouze krouticí moment vyvolávající napětí MK WK
F D 2 d3 16
Napětí musí opět vyhovovat pevnostní podmínce
8 F D d3
d
2
3
F1 D K K 1 4
n
max
i 0,2 i 1
D
i
D d
s G d 8 F D3 8 F D K d3
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
7
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
8
4
21.6.2011
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
9
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
10
5
21.6.2011
Šroubovité pružiny válcové tažné
Ks
i 0,2 i 1
kde: c ... poměr vinutí (c=D/d; c=D/b) [-] b ... šířka drátu *mm+ d ... průměr drátu *mm+ D ... střední průměr pružiny *mm+ F ... zatížení pružiny *N+ F0 ... síla vnitřního předpětí *N+ G ... modul pružnosti ve smyku *MPa] h ... výška drátu *mm+ k ... tuhost pružiny *N/mm+ Ks ... korekční součinitel napětí v krutu *-] L0 ... volná délka pružiny *mm+ LH ... výška závěsného oka *mm+ LK ... délka aktivní části pružiny *mm+ n ... počet činných závitů *-] p ... rozteč mezi závity *mm+ s ... deformace (roztažení) pružiny *mm+ e,y ... tvarový součinitel *-+ (viz. např. DIN 2090) τ ... napětí materiálu pružiny v krutu *MPa] t0 ... vnitřní předpětí pružiny [MPa]
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
11
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
12
6
21.6.2011
Evolutní pružiny
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
13
ing. Jan Šritr
14
Samostatné pružiny •vhodné pro malé a střední zatěžovací síly •lineární pracovní charakteristika •relativně nízká tuhost •značné nároky na délku, jinak minimální potřebný prostor •nízké výrobní náklady Listové pružiny svazkové •vhodné pro větší zatěžovací síly •teoreticky lineární pracovní charakteristika (tření mezi listy způsobuje hysterezní průběh pracovní křivky) •relativně vyšší tuhost •značné nároky na potřebný prostor •náročné na údržbu (mazání a čistota) Pružné spoje
7
21.6.2011
kde: b ... šířka listu pružiny *mm+ E ... modul pružnosti v tahu *MPa] F ... zatížení pružiny *N+ k ... tuhost pružiny *N/mm+ L ... funkční délka pružiny *mm+ n ... celkový počet listů pružiny *-] n' ... počet extra přidaných listů plné délky *-] s ... deformace (průhyb) pružiny *mm+ t ... tloušťka listu pružiny *mm+ σ ... napětí materiálu pružiny v ohybu *MPa]
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
15
kde: a ... vůle mezi závity *mm+ b ... šířka pásu pružiny *mm+ M ... zatížení pružiny *Nmm] E ... modul pružnosti v tahu *MPa] k ... momentová (úhlová) tuhost pružiny *Nmm/°] Kb ... korekční součinitel napětí v ohybu *-] L ... účinná délka pružiny *mm+ n ... počet činných závitů *-] t ... tloušťka pásu pružiny *mm+ Re ... vnější poloměr pružiny *mm+ Ri ... vnitřní poloměr pružiny *mm+ α ... úhel natočení pružiny *°] δ0 ... úhel mezi rameny volné pružiny *°] σ ... napětí materiálu pružiny v ohybu *MPa]
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
16
8
21.6.2011
Talířové pružiny Vlastnosti talířových pružin Velká vymezovací síla při potřebě malého prostoru. Lepší využití prostoru oproti jiným pružinám v závislosti na potřebě dosažení vymezovací síly. Určení možných zatěžovacích sil pružin prostřednictvím vybraného způsobu řazení v sadách. Osový střední tlak při použití vodícího čepu nebo užitím vodícího válce. Vysoká stálost při trvalém i měnitelném zatížení. Talířové pružiny se vyrábí od síly vstupního materiálu t = 2 mm – 35 mm a průměru D = 40 mm – 700 mm.
Použití talířových pružin Hutnictví – důlní a těžební technika. Energetika – závěsné kotle elektráren. Zemědělství – zařízení kypřících soustav rozmetadel a drtičů. Průmyslová výroba – výroba strojů a zařízení pro upínání nástrojů, pojistné ventily, armatury, turbíny. Hydraulické systémy – pružinové brzdy motorových vozidel. Všeobecné strojírenství – vymezení tlaku strojních zařízení a přípravků. Pružné spoje
ing. Jan Šritr
17
U talířových pružin rozeznáváme tři způsoby uspořádání pružin v sadě:
A. Paralelní uložení: pružiny jsou skládané za sebou, celková tuhost sady je vyšší než u samostatné pružiny B. Sériové uložení: pružiny jsou skládané proti sobě, celková tuhost sady je nižší než u samostatné pružiny C. Kombinované uložení
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
18
9
21.6.2011
Talířové pružiny Progresivní charakteristika pružiny V mnoha případech je požadavek na progresivní zvyšování síly pružiny při rostoucím průhybu pružiny. Toho lze dosáhnout změnou počtu paralelních pružin v kombinovaném uložení. Stejný výsledek bude mít také kombinace pružin s různými tloušťkami.
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
19
ing. Jan Šritr
20
Pracovní charakteristika Tvar charakteristické křivky talířové pružiny je silně ovlivněn poměrnou výškou h0/t. Pro malé hodnoty poměrné výšky má pružina téměř lineární pracovní charakteristiku, se zvyšujícím se poměrem je charakteristika výrazně degresivní.
F ... síla pružiny *N+ FS ... síla plně stlačené pružiny *mm+ FT ... celková síla sady *mm+ h ... výška talíře *mm+ h0 ... vnitřní výška talíře (h0=h-t) [mm]
Pružné spoje
10
21.6.2011
kde: De .. vnější průměr pružiny *mm+ Di .. vnitřní průměr pružiny *mm+ E ... modul pružnosti v tahu *MPa] F ... síla pružiny *N+ FS ... síla plně stlačené pružiny *mm+ FT ... celková síla sady *mm+ h ... výška talíře *mm+ h0 ... vnitřní výška talíře (h0=h-t) [mm] i ... počet sériově uspořádaných sad (disků) [-] k ... tuhost pružiny *N/mm+ kT ... celková tuhost sady *N/mm+ K1, K2, K3 .. tvarový součinitel *-] L0 ... volná délka pružiny *mm+ LS ... délka plně stlačené pružiny *mm+ n ... počet paralelně uložených disků v sadě *-] s ... deformace (stlačení) pružiny *mm+ sT ... celková deformace sady *mm+ t ... tloušťka materiálu *mm+ d ... poměr průměrů (d=De/Di) [-] Pružné spoje
ing. Jan Šritr
21
ing. Jan Šritr
22
Talířové pružiny
Pružné spoje
11
21.6.2011
- Pružícím materiálem těchto pružin je pryž: -přírodní (kaučuk + přísady ) -syntetická -vlastnosti pryží •schopnost velkých pružných deformací •tlumí hluk •je relativně levná -nevýhoda •citlivost na teplo (-30° až 85°C) •stárnutí – změna vlastností, -syntetická pryž odolává účinkům působení olejů, benzinu,… -lze snadno navulkanizovat mezi kovové součásti použití: -odpružení strojů, motorů -tlumení kmitů, rázů a hlučnosti Pružné spoje
ing. Jan Šritr
23
Pružnost pryže lze měnit přísadami ve značném rozsahu a podobně i její útlum. Dá se snadno spojovat s kovy i jinými konstrukčními materiály. Objemově je pryž téměř nestlačitelná pružné deformace jsou možné, jen když může pryž měnit tvar.
Pryž by měla být namáhána smykem, pokud jde o namáhání statické, připouští se i tlakové namáhání. Disipace energie je způsobena hysterezí pryže. Pohlcená energie se mění v teplo, které je nutno účinně odvádět do okolí. Pružné spoje
ing. Jan Šritr
24
12
21.6.2011
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
25
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
26
13
21.6.2011
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
27
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
28
14
21.6.2011
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
29
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
30
15
21.6.2011
Hydropneumatická jednotka: pro přenos pohybu kola používá kapalinu, vlastní pružení zabezpečuje plyn. Hydropneumatika může také sloužit ke snadné změně světlé výšky a součástí pružicí jednotky může být i tlumič pérování. Na obrázku vidíte plynokapalinovou jednotku vozu Citroën: 1 - ocelová koule naplněná plynem, který je stlačován přes membránu kapalinou 2 - kapalina, přenášející síly od kol 3 - válec z lehké slitiny 4 - píst, stlačující kapalinu 5 - pružící plynová náplň 6 - pryžová membrána Pružné spoje
ing. Jan Šritr
31
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
32
16
21.6.2011
Používané materiály Ve výrobě se zpracovává pružinový drát kruhového průřezu, vhodný pro výrobu pružin pro běžné technické použití: Typy používaných materiálů: - Patentovaný drát ocelový tažený na pružiny EN 10270-1, třída SH (SM,DM), povrch fosfátovaný DIN 17223-1, třída B (dříve ozn. ČSN 426450, jakost 12 090) dodávky patentovaného drátu jsou výhradně ze zemí evropské unie. - Nerezový tažený pružinový drát AISI 302/1.4310 povrch matný DIN 17224 (dříve ČSN 17241) nerezový drát zpracováváme výhradně ze švédské (SANDVIK) , švýcarské nebo italské produkce. Dráty jsou dodávány ve svitcích.
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
33
Pružné spoje
ing. Jan Šritr
34
17
