UNIWERSYTET

TECHNOLOGICZNO PRZYRODNICZY

W BYDGOSZCZY

WYDZIAŁ INŻYNIERII MECHANICZNEJ

PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN

TEMAT: Wyznaczanie charakterystyki sprężyn śrubowych

Sprężyny - wiadomości ogólne

Zadania sprężyn:

0x08 graphic

Rys.1

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

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

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:

0x08 graphic
0x08 graphic

Parametry sprężyn śrubowych:

d - średnica drutu;

D - średnica podziałowa sprężyny nie obciążonej;

Dz - średnica zewnętrzna sprężyny

Dz = D + d

Dw - średnica wewnętrzna sprężyny

Dw = 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

0x01 graphic

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

0x01 graphic

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

0x01 graphic

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

0x01 graphic

obliczam sztywność układu ze wzoru


0x01 graphic

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.

0x01 graphic

0x01 graphic

Rys.4