UNIWERSYTET

TECHNOLOGICZNO PRZYRODNICZY

W BYDGOSZCZY

WYDZIAŁ INŻYNIERII MECHANICZNEJ

PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN

TEMAT: Wyznaczanie charakterystyki sprężyn śrubowych

Sprężyny - wiadomości ogólne

Zadania sprężyn:

• dociskają części maszyn w czasie ich pracy;

• zapewniają zmiany położenia różnych elementów w określonych granicach;

• łagodzą uderzenia i wstrząsy;

• tłumią drgania (kasowanie luzów, kumulowanie energii, napęd drobnych mechanizmów).

Rys.1

Klasyfikacja sprężyn ze względu na kształt (rys.1):

• śrubowe walcowe (a,b) lub stożkowe (c);

• płaskie (d,e);

• spiralne (f);

• talerzowe (g);

• pierścieniowe (h).

Ze względu na rodzaj obciążenia sprężyny dzielimy na (rys.1):

• rozciągane (naciągowe b);

• ściskane (naciskowe a,c,g,h);

• zginane (d,e);

• skręcane (f).

Materiały na sprężyny powinny zapewniać dużą wytrzymałość i wysoką granicę sprężystości oraz plastyczności. Na sprężyny stosuje się najczęściej stale wysokowęglowe i stopowe, a także drut patentowany zwany też fortepianowym.

Sprężyny wykonuje się z drutów, taśm i blach, stopów metali nieżelaznych np. brązu krzemowego, brązu fosforowego, mosiądzu wysoko niklowego. Spotykamy też sprężyny wykonane z drewna lub tworzyw sztucznych.

Sprężyny śrubowe

Sprężyny śrubowe wykonujemy z drutu lub pręta okrągłego, kwadratowego, prostokątnego. W zależności od kierunku nawijania wyróżniamy sprężyny prawoskrętne i lewoskrętne. Skok sprężyny może być stały lub zmienny. Najczęściej spotykamy sprężyny walcowe, prawoskrętne o stałym skoku zwoju z drutu okrągłego. Rodzaje sprężyn śrubowych:

• Sprężyna walcowa z drutu o przekroju okrągłym (rys.4 a);

• Sprężyna walcowa z drutu o przekroju prostokątnym (rys.4 b);

• Sprężyna stożkowa z drutu o przekroju okrągłym (rys.4 c);

• Sprężyna stożkowa z drutu o przekroju prostokątnym (rys.4 d).

Parametry sprężyn śrubowych:

d - średnica drutu;

D - średnica podziałowa sprężyny nie obciążonej;

D_z - średnica zewnętrzna sprężyny

D_z = D + d

D_w - średnica wewnętrzna sprężyny

D_w = D - d

δ - współczynnik kształtu sprężyny

δ =

a - prześwit między dwoma czynnymi zwojami sprężyny;

s - skok zwojów sprężyny

s = a + d

l - długość czynnej części sprężyny;

z - liczba zwojów czynnych

z =

C - sztywność (stała sprężyny);

ƒ - strzałka ugięcia sprężyny pod określonym obciążeniem;

ƒ₁ - ugięcie jednego czynnego zwoju

ƒ₁ =

WYNIKI POMIARÓW

sprężyna 1

sprężyna nr 1
Lp.	obciążenie P [N]	ugięcie f [mm]
1	9,81	0
2	19,62	0,22
3	29,43	0,53
4	39,24	0,83
5	49,05	1,12
6	58,86	1,36
7	68,67	1,56
8	78,48	1,77
9	88,29	2,05
10	98,1	2,25

Dz = Ø 70

d = Ø 7

D = Ø 63

n = 3 zwoje

obliczam sztywność

C = P/f

C2=	89,18182
C3=	55,5283
C4=	47,27711
C5=	43,79464
C6=	43,27941
C7=	44,01923
C8=	44,33898
C9=	43,06829
C10=	43,6

C śr =50,4 N/mm

sprężyna 2

sprężyna nr 2
Lp.	obciążenie P [N]	ugięcie f [mm]
1	9,81	0
2	19,62	0,59
3	29,43	1,04
4	39,24	2,17
5	49,05	2,8
6	58,86	3,08
7	68,67	3,6
8	78,48	4,15
9	88,29	4,71
10	98,1	5,38

Dz = Ø 42

d = Ø 4

D = Ø 38

n = 3 zwoje

obliczam sztywność

C = P/f

C2=	33,25424
C3=	28,29808
C4=	18,08295
C5=	17,51786
C6=	19,11039
C7=	19,075
C8=	18,91084
C9=	18,74522
C10=	18,2342

C śr =21,2 N/mm

sprężyna 1 i 2

Układ równoległy

sprężyna nr 1
Lp.	obciążenie P [N]	ugięcie f [mm]
1	9,81	0
2	19,62	0,38
3	29,43	0,58
4	39,24	0,76
5	49,05	0,98
6	58,86	1,17
7	68,67	1,35
8	78,48	1,66
9	88,29	1,77
10	98,1	1,91

obliczam sztywność układu równoległego

C = C1+C2

C= 21,2 + 50,4 = 71,6 N/mm

sprężyna 1 i 2

Układ szeregowy

sprężyna nr 2
Lp.	obciążenie P [N]	ugięcie f [mm]
1	9,81	0
2	19,62	1,65
3	29,43	2,29
4	39,24	3,34
5	49,05	4,13
6	58,86	4,82
7	68,67	5,54
8	78,48	6,27
9	88,29	7,6
10	98,1	7,72

obliczam sztywność układu ze wzoru

C= 14,9 N/mm

Wnioski:

Z wykonanych pomiarów i obliczeń wynika, iż sztywność sprężyn zależy od średnicy pręta z jakiego jest wykonana sprężyna oraz od średnicy sprężyny. Zależy również od materiału z jakiego sprężyna jest wykonana. W mniejszym stopniu zależy od ilości zwojów ponieważ porównując nasze sprężyny miały taką samą liczbę zwojów , a ich sztywność znacząco się różni. Z obliczenia układów równoległego i szeregowego wynika , że zdecydowanie sztywniejszy jest układ równoległy.

Rys.4

---