7. POŁĄCZENIA SPRĘŻYSTE

Połączeniem sprężystym nazywamy złącze umożliwiające przesu­wanie części łączonych względem siebie w zakresie zależnym od własności sprężystych materiału łącznika.

Łączniki wykonujemy z materiałów:

• dużej podatności (np. guma, tworzywa sztuczne, układy płynowe);

• dużym module sprężystości (sprężyny metalowe).

Rys. 7.1. Sprężyna naciskowa (wg PN-85/ 'M-80701). Wymiary sprężyn naciskowych na rysunkach wykonawczych podaje się wg PN-81/M-01148 — z uwzględnieniem wymagań technologicznych

Rys. 7.2. Rodzaje sprężyn prętowych płaskich

Do podstawowych rodzajów sprężyn metalowych zaliczamy: sprężyny walcowe śrubowe (rys. 7.1) oraz sprężyny prętowe pła­skie (rys. 7.2). Sprężyny metalowe wykonuje się głównie ze stali sprężynowych. Własności tych stali podano w tablicy 35.

Podstawową cechą użytkową sprężyn jest ich sztywność. Dla sprężyn o charakterystyce liniowej sztywność C (stałą sprężyny, wskaźnik sztywności sprężyny) określa zależność

lub
(7.1)

w której:

F - obciążenie (napięcie) sprężyny,

f - strzałka ugięcia sprężyny,

M — moment skręcający,

φ— kąt skręcenia w radianach. Dla sprężyn o charakterystyce liniowej C = const.

Sprężyny śrubowe obliczamy z warunku wytrzymałościowego na skręcanie, a sprężyny prętowe - na zginanie.

Przy obliczaniu sprężyn śrubowych korzystamy z następujących wzorów:

gdzie:

f - całkowita strzałka ugięcia sprężyny przy działaniu siły F,

f₁ - strzałka ugięcia jednego czynnego zwoju przy działaniu siły F,

z - liczba czynnych zwojów.

Dla sprężyn montowanych z napięciem wstępnym F_p = (0,l÷0,6)F_k całkowitą strzałkę ugięcia f określamy wg wzoru

(7.3)

w którym:

F_k — całkowite obciążenie robocze w N,

F_p - napięcie (obciążenie) wstępne w N,

f_r — ugięcie robocze sprężyny w mm.

Współczynnik kształtu sprężyny δ wynosi

(7.4)

gdzie:

D - średnia średnica zwojów sprężyny,

d - średnica drutu (pręta).

Zalecane wartości współczynnika kształtu δ są podane w pod­ręczniku.

Warunek wytrzymałościowy na skręcanie

(7.5)

stąd

(7.6)

lub po podstawieniu

(7.7)

gdzie:

K - współczynnik poprawkowy, uwzględniający wpływ innych czynników (oprócz skręcania) na wytrzymałość sprężyn.

(7.8)

Strzałkę ugięcia f sprężyny śrubowej obliczamy wg wzoru

lub

Na podstawie wzoru 7.9 określamy również ugięcie jednego czynnego zwoju (korzystając z zależności f = f₁ - z) lub obliczamy liczbę czynnych zwojów przy określonej strzałce ugięcia sprężyny.

Wymiary sprężyny wyznaczamy z następujących zależności:

Całkowita liczba zwojów

(7.10)

Luz osiowy między zwojami przy maksymalnym obciążeniu

(7.11)

Długość sprężyny w stanie swobodnym

(7.12)

gdzie a - prześwit między zwojami (rys. 7.1);

a =f₁ + e.

Skok zwoju w stanie swobodnym

s = a + d (7.13)

Wznios linii śrubowej zwoju w stanie swobodnym

(7.14)

Całkowita długość drutu sprężyny

(7.15)

Do obliczeń przybliżonych w praktyce często są stosowane tabli­ce, na których podstawie dobieramy wymiary sprężyn śrubowych. W tablicy 36 podano wyniki obliczeń dla sprężyn ze stali, dla której przyjęto k_s = 400 MPa i G = 83 000 MPa.

Sprężyny płaskie (prętowe) obliczamy na zginanie

(7.16)

Strzałkę ugięcia f sprężyn płaskich wyznaczamy wg podanych w tabl. 7.3 podręcznika lub w tabl. 19.

Przykładowo dla sprężyn z rys. 1.2a

(7.17)

Korzystając z wzorów 7.17 i 7.16 otrzymujemy po przekształ­ceniach

• grubość sprężyny

(7.18)

• szerokość sprężyny

(7.19)

Przy obliczaniu resorów przyjmuje się, że

b= n·b_l (7.20)

gdzie:

b₁ - szerokość jednego pióra,

n - liczba piór resoru.

Uwaga:

wzory 7.18 i 7.19 wyprowadzamy każdorazowo - w zale­żności od wzoru na strzałkę ugięcia, podanego w tablicy 7.3 podręcznika oraz w zależności od M_gmax.

---