Определение допустимых скоростей удара витков цилиндрической пружины сжатия Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ческий директор предприятия. При этом рассматриваются различные вопросы: сдача продукции ОТК с первого предъявления, возврат деталей, причины, анализ входящего контроля, нарушение технологической дисциплины, ход выполнения организационно-технических, административных, мероприятий, направленных на улучшение качества, анализ поступивших рекламаций и претензий (если таковые имеются) , а также и другие вопросы, связанные с качеством продукции и производства.

В настоящее время на многих предприятиях ведётся работа по формированию современной системы менеджмента качества как составного компонента сис-темы управления предприятием в соответствии с установленными [3]. Только на тех предприятиях возможно уверенно говорить о качестве в целом, на которых либо решены или находятся в стадии решения такие задачи, как:

1. Обучение руководителей и сотрудников предприятия основам систем управления качеством по ИСО 9001 с целью их внедрения на производстве;

2. Создание на предприятиях документированной системы качества, в которой прописаны все процедуры деятельности предприятия;

3. Создание на предприятии службы качества, её эффективной деятельности по сертификации системы качества предприятия.

Библиографический список

1. Разин Ю.А., Борисенко Г.Н. Управление качеством продукции авторемонтного предприятия. — Киев: «Техника», 1978.— 144 с.

2. Кирасиров О.М. Внедрение инновационныхтехнологий при организации ремонтного производства //Материалы III Международного технологического конгресса «Военнаятехннка, вооружение и технология двойного применения. — Ч. 1. — С. 146-147;

3. Гаврилов H.H..ПогудинЕ.В. Система управления качеством: от КСУКП к ИС09000//Строителъные идорожные машины,2002. - С.27-28.

КИРАСИРОВ Олег Михайлович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой технологии машиностроения и технического сервиса.

УДК 531 66:62-272 Б> н СТИХ АНОВСКИЙ

Омский государственный технический университет

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ДОПУСТИМЫХ СКОРОСТЕЙ УДАРА ВИТКОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПРУЖИНЫ СЖАТИЯ_

В статье определены допустимые скорости соударения витков пружины при упругих и упругопластических деформациях в контактной зоне их взаимодействия. При этом, в отличие от известных расчетов пружин, учтена энергия сжатия витков при ударе.

Пружина — важнейшая деталь в машинах, механизмах и приборах. Они необходимы для создания заданных сил и моментов, замыкания элементов узлов, выполнения роли двигателя на основе аккумулирования энергии, вибрационной и ударной изоляции, измерения сил в приборах по упругим деформациям идр.

Обычный расчет пружины не предусматривает соударения витков. Однако в тех случаях, когда допустимы большие ускорения деталей, соединенных пружиной, можно заметно снизить габариты последней. Учитывая, что выпускаются цилиндрические пружины сжатия миллиардами штук в год, снижение их веса и размеров является весьма важной задачей.

В работе [ 1 ] предложен инженерный метод определения контактных напряжений в цилиндрических пружинах, работающих с соударением витков. Однако в приведенных расчетах не учтено, что согласно теореме Карно только «потерянная» часть кинетической энергии переходит во внутреннюю, а оставшаяся кинетическая энергия после удара двух масс или используется полезно при последующих циклах, или гасится демпфирующими устройствами.

В данной работе впервые получены зависимости геометрических и прочностных характеристик пружины сжатия от допускаемой скорости соударения

витков для упругих и пластических деформаций в зоне контакта, см. соответственно формулы (10) и (17).

Общая энергия, поглощаемая пружиной, равна

е„ = Есж+Е^ (1)

I- с(Л2тах — Я, ) где Есж =--—с - жесткость пружины,

Ллах — максимальная деформация всей пружины от свободного состояния до соприкосновения витков; л — начальное поджатие витков; Еуд — энергия деформации витков в процессе их удара друг с другом.

Наибольшее контактное напряжение между витками пружины, [2]:

-I I 2РЕ

<Гт~ я\(И)(\-р2У (2)

где Р — максимальная сила давления между витками пружины; пО — длина контакта одного витка пружины; имеющий с! — диаметр проволоки, а Б — диаметр витка пружины, Е и м — модуль упругости и коэффициент Пуассона.

Энергия деформации каждой пары витков: г 1 Еуд. = \ P-da . Учитывая, что по Герцу [3] Р-к, -а2,

где кг — коэффициент жесткости для тел, имеющих контактную поверхность второго порядка, а — деформация пары витков в зоне контакта, имеем:

2

Еуд. = К'«2'da=-Kr ■а2 = 0,4Раг

(3)

или для всех 1 — рабочих витков пружины:

Еуд=Ц-1)Е0 = ОАРа(1-\). (4)

Ширина площадки контакта витков пружины цилиндрической формы равна 2Ь, [2], где

n-1-E

1

(5)

При этом, Ь « — а ■ d, см. [3], т.е.

а:

n2-D E '

Подставляя (6) в (4), получим

я1 DE

(6)

(7)

Е^ равна внутренней энергии Ею удара двух масс /я, и тг, соединенных пружиной и имеющих скорости У1 и У2 непосредственно в момент соприкосновения витков пружины, [3]:

(8)

где та = ■/Я| , '/ = У-У,, к - коэффициент вос-/я, +/»2

становления скоростей тел в результате удара /я, с /и2, при этом максимальная деформация имеет место при лг = 0.

Из (7) и (8) можно найти наибольшую силу Р для /г = 0:

Р = я-УЙ

тй-РЕ

3,2(1 - У)(«-!)

(9)

Учитывая, что сг^ <<т„, где <т„ - допускаемое напряжение в зоне контакта, из (2) и (9) имеем:

Д(/-1)(1-/)3£

(10)

Для стальных пружин £«2-105 МПа; //«0,3:

K,<34,5-d М-

D(/-l)

(11)

P = bnDali=n—D<j,i, n

где Ь — ширина пластического отпечатка вдоль линии одного витка длиной лБ, сг„ при начальной стадии текучести в зоне контакта практически не отличаются для пружинных сталей от <т)( в (10) и (11), а п — число, показывающее соотношение диаметра проволоки с1 пружины к ширине Ь, т.е. п »10 -И00 в зависимости от допускаемой ширины пластического отпечатка.

Из (6) имеем:

т.е.

, Л гт о5 2Ь2 2d Ъ = —V« -а ■ и а =-= —г,

(13)

(14)

Энергия пластических деформаций одной пары рабочих витков:

(15)

Учитывая а из (13), имеем для (/-1) пар рабочих витков:

= (16)

Кинетическая энергия из (8) для к = 0. должна быть меньше или равна энергии пластических деформаций:

о"«.

откуда d

К*

6тг ,. 4,34d 0-1)Р.*я -(/-1)£»о-„й- -1-г.. (1?)

п\п-тл п \ пта

где d, D - мм; т0 - кг: У0 - м/с, при этом для соотношения (11) <тяи Е - в любой одинаковой размерности.

Например, для т0 = 0,2 кг; d = 8 мм; D = 40 мм;

i=H и £1 = 0,005, т.е а = 103МПа, имеем Е

у0<о,з\ус.

При пластических деформациях в области контакта сила равна:

Так, для п = 40; <тя = 109 Па и данных пружины из предыдущего примера получим из (17) У0 < 6,14м/с.

Предложенная методика расчета позволила уменьшить габариты датчиков, созданных и внедренных на предприятиях «Эталон» (г. Омск) и ТЭМЗ (г. Томск) [4, 5].

Библиографический список

1. В.П. Остроумов, В. А. Карпунин. Повышение динамической прочности пружин. Москва — Свердловск, Машгиз, 1961. — С. 48-59.

2. М.Н, Рудинцын, П.Я. Артемов, М.И. Любошиц. Справочное пособие по сопротивлению материалов. Изд. Высшая школа, Минск, 1970. - С. 365.

3. Б.Н. Стахановский. Механика удара. Изд. ОмГТУ, Омск, 2002. - С. 73.

4. Б.Н. Стахановский. Индукционный датчик ударной скорос-тимашин.Патент№2110072(1Ш). - Бюлл.№12от27.04.1998.

5. Б.Н. Стахановский, Е.И. Пастухова. Датчик ударной ско-ростимашин. Патенты №45192 (1Ш) и№46104 (Щ.- Бюлл.N512 от 27.04.2005 г. и Бюлл. № 16 от 10.06.2005 г.

СТИХАНОВСКИЙ Борис Николаевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Детали машин».