Способ изготовления цилиндрических спиральных пружин и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к производству цилиндрических спиральных пружин и позволяет расширить-технические возможности. Для реализации способа конец навиваемого материала закрепляют на оправке и при вращении последней навивают опорный виток, после чего навивают виток меньшего диаметра, на который укладывают виток большего диаметра, и эти операции повторяют до получения пружины требуемого размера, при этом для предотвращения сдвига витков, навивая последующий виток, предьщущий фиксируют в осевом направлении. Устройство для осуществления способа содержит смонтированные на станине I узел подачи навиваемого материала 2, о ф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

yg 4 В 21 F 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

Н A BT0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

® (21) 3945268/25-12 (22) 16. 08. 85 (46) 23.01.87. Бюл. N- 3 (71) Производственное объединение

"Ворошиловградский тепловозострои— тельный завод им. Октябрьской революции" (72) Н,Я. Биндер (53) 627.778.8(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 961830, кл. В 21 F 35/00, 1980. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦИЛИНДРИ—

ЧЕСКИХ СПИРАЛЬНЫХ ПРУЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к производству цилиндрических спиральных

„„SU,, 1284645 А I пружин и позволяет расширить технические возможности. Для реализации способа конец навиваемого материала закрепляют на оправке и при вращении последней навивают опорный виток, после чего навивают виток меньшего диаметра, на который укладывают виток большего диаметра, и эти операции повторяют до получения пружины требуемого размера, при этом для предотвращения сдвига витков, нави.вая последующий виток, предыдущий фиксируют в осевом направлении. Устройство для осуществления способа содержит смонтированные на станине 1 узел подачи навиваемого материала 2, !

284645 закрепленную в патроне 3 и держателе 4 оправку 5, состоящую из двух неравных частей. Оправка имеет привод вращательного 6 и поступательного 7 движения. На меньшей части оправки выполнен эксцентричный кулачок, имеющий незамкнутый кольцевой выступ.

К станине шарнирно прикреплена рама 8 с ходовым винтом 9 и его приводом 10.

На ходовом винте установлен нажимной ролик 11, предназначенный для раз1

Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к производству цилиндрических спиральных пружин, у которых витки имеют диаметры двух разных размеров, чере- 5 дующиеся между собой, пружины такой конструкции могут быть применены на транспортных машинах, например, в рессорном подвешивании локомотивов

10 и вагонов.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей способа и устройства для его осуществления за счет получения пружин с чередующимися между собой витками двух разных диаметров.

Достигается это тем, что один конец прутка, закрепляют, навивают первый концевой (опорный) виток, напри- . 20 мер, большего диаметра, последовательно навивают виток меньшего диаметра и поверх него кладут виток большего диаметра и эти операции повторяют до получения пружины требуемого размера, при этом для предотвращения сдвига большего витка с меньшего, навивая последующий виток„ предыдущий фиксируют в осевом направле:нии.

После окончания навивки пружины растяжения, ее дополнительно сжимают в осевом направлении, чтобы обеспечить прилегание концевых витков к смежным рабочим виткам. А в пружине

35 сжатия после окончания навивки витки раздвигают на требуемый шаг.

Изготавливаемые пружины, у которых витки двух разных диаметров чеводки витков пружины 12 на требуемый шаг. В варианте устройства нажимной ролик установлен свободно на оси, закрепленной в кронштейне верхней ка— ретки устройства подачи навиваемого материала. Верхняя каретка параллельно оси оправки перемещается ходовым винтом с приводом. аналогичным основному варианту устройства. 2 с.п. и 3 з.п. ф-лы. 6 ил.

2 редуются между собой, могут отличаться конструкцией опорных витков: пружина может начинаться с витка боль— шего или меньшего диаметра, быть симметричной по концевым (опорным) виткам или иметь с одного торца концевой (опорный) виток большего диаметра, а с другого торца — концевой (опорный) виток меньшего диаметра.

Способы изготовления пружин практически не отличаются один от другого. Разница лишь в том, что, если пружина начинается с витка меньшего диаметра, то и навивку начинают с витка меньшего диаметра, который является и опорным витком, и дальше сохраняется тот же порядок операций, что и в предлагаемом способе.

При этом концевые (опорные) витки могут быть изготовлены как оттянутыми с последующей подрезкой торцов, так и не оттянутыми и без механической обработки торцов.

На фиг. 1 показана пространственная схема устройства для изготовления пружины, поясняющая взаимное расположение его основных элементов, а также установку изготовляемой пружины; на фиг. 2 — навитая пружина, относительное расположение BHTKQB большего и меньшего диаметра и конструкция устройства для изготовления пружины, на фиг. 3 — пружина сжатия, витки которой чз навитой пружины с помощью устройства раздвинуты на требуемый шаг, и положение элементов о устройства, выполняющих эту операцию; на фиг. 4 — сечение А-А на шая часть 11 оправки 5 может получать вращательное и поступательное движения от редуктора и пневмоцилиндра соответственно.

На станине 1 шарнирно прикреплена жесткая рама 27, в подшипниках которой установлен ходовой винт 28 и на его конце свободно установлена выходная шестерня 29 редуктора 30. Шестерня 29 вводится в зацепление с ходовым винтом 28 зубчатой муфтой 31, а редуктор 30 прикреплен к стойке 32 рамы 27. К корпусу -редуктора 30 прикреплен электро-. двигатель 33, вал якоря которого через упругую муфту 34 соединен с входным валом 35 редуктора. На ходовом винте 28 установлен нажимной ролик Зб, ступица 37 которого представляет из себя ходовую гайку, а обод 38 на ней установлен подвижно и в поперечном сечении снаружи имеет форму конуса.

К стойке 32 шарнирно прикреплена тяга с гайкой 39, в которую входит винт 40, смонтированный в поворотном кронштейне 41, ось вращения которого установлена в жестко закрепленной на станине 1 стойке. Сделано это для обеспечения подачи ролика 36 в направлении поперек оси оправки 5.

В устройстве (фиг. 5) нажимной ролик 42 имеет более простую конструкцию, чем ролик 36, и подвижно установлен на оси 43, закрепленной в крон штейне 44, жестко прикрепленном к поперечной каретке 45, установленной в направляющих верхней каретки 46 суппорта 14. Каретка 46 через винт 47 получает продольную подачу для ролика 42, а поперечная подача этого ролика осуществляется винтом 48. Привод винта 47 осуществлен от редуктора 49, устройство которого аналогично редуктору 30. Редуктор 49 с электродвигателем 33 прикреплен к суппорту 14, его выходная шестерня 29 соединяется с винтом 47 зубчатой муфтой 31 °

Настройка редуктора 30 или 49 для получения требуемой частоты вращения ходового винта 28 или 47.производится сменными шестернями или же редуктор выполняется в виде вариатора, позволяющего осуществлять переменное вращение, в том числе с грограммным управлением, ходового винта в процессе навивки пружины, или при переходе

3 1284645 фиг. 3; на фиг. 5 — устройство, когда нажимной ролик установлен на верхней каретке суппорта; на фиг. 6—

f меньшая часть оправки, общий вид, поясняющий ее конструкцию, в том числе эксцентричный кулачок и располо— жение незамкнутого кольцевого выступа.

Предлагаемое устройство выполнено на базе токарно-винторезного станка, 10 в конструкцию которого внесены необходимые изменения и дополнения, Иы= позволяющие реализовать предлагаемый способ.

На станине 1 смонтирована перед- 15 . няя бабка 2, на патроне 3 которой закреплена меньшая часть 4 оправки 5, снабженная эксцентричным кулачком 6, имеющим на поверхности не замкнутый кольцевой выступ 7 цля удержания в 20 осевом направлении концевого (опорного) витка 8 пружины 9, а на торце снабженную цилиндрическим шипом 10, служащим опорой переднему концу большей части 11 оправки 5. B патроне 3 передней бабки 2 устройства размещен .рычаг 12 механизма зажима конца заготовки. На станине 1 размещен узел подачи навиваемого материала 13— суппорт 14, к которому с возможнос- 30 тью вращения прикреплен подающий ролик 15, а также съемный кольцевой упор 16 ° Привод суппорта 14 вдоль станины 1 осуществляется как ручным приводом 17, так и ходовым винтом 18 через ходовую гайку 19 от коробки 20 скоростей совершенно аналогично устройству токарно-винторезного станка.

Съемный кольцевой упор 16 охватывает оправку 5 с кольцевым зазором и жест- 10 кое крепление его к суппорту 14 регулируется прокладками,. так как большой точности его установки не требуется, в том числе и по кольцевому зазору: лишь бы не происходило касание 45 с.поверхностью оправки 5.

Установка и привод большей части 11 оправки 5 аналогичны известному устройству.

На конце станины 1 неподвижно ук- 50 реплена плита 21 и на ней закреплен пневмоцилиндр 22, шток которого соединен с подвижной плитой 23. На этой же плите смонтирован редуктор 24 с электродвигателем. Выходной вал 25 редуктора 24 соединен с держателем 26, с которым непосредственно соединена большая часть 11 оправки 5. Таким образом, независимо от патрона 3 боль1284645 на изготовление пружины другого размера.

Угол подъема винтовой линии пружин сжатия-растяжения, кроме специО альных, обычно не превышает 8-10 . В пружинах, применяемых в рессорном подвешивании транспортных машин, о угол подъема витков равен 5-6

Выполнение обода 38 ролика 36 (также как и ролика 42) конусообразным в поперечном сечении, обеспечивает точечное касание его поверхности с поверхностью заготовки навиваемой пружины и тем самым снижает трение между ними, а также компенсирует некоторое несоответствие расположе— ния плоскости вращения ролика (пер— пендикулярно к оси оправки) и угла подъема витков пружины.

При достаточной прочности ходового винта 28 (его рабочая длина не вы— ше 500 мм, что соответствует максимальной высоте в свободном состоянии пружин, применяемых на локомотивах) и конструкции ролика работоспособность устройства обеспечена. Ходовой винт 47 не испытывает таких нагрузок, как винт 28.

Предлагаемый способ изготовления цилиндрических спиральных пружин сжатия-растяжения, имеющих чередующиеся между собой витки двух разных диаметров, реализуется в процессе работы предлагаемого устройства.

Устройство при навивке пружины растяжения работает следующим обра— зом.

Конец навиваемого материала 13 укладывают на выступающий над цилиндрической поверхностью меньшей части 4 оправки 5 эксцентричный кулачок 6 между кольцевым выступом 7 и прижимают рычагом 12 механизма зажима. С началом вращения патрона 3 устройства конец навиваемого материала последовательно охватывает плавно уменьшающийся по высоте эксцентричный кулачок 6 и затем плавно переходит на цилиндрическую часть меньшей части 4 оправки 5, диаметр которой равен . внутреннему диаметру меньшего витка навиваемой пружины 9. Таким образом получают концевой (опорный) виток 8 и от него переходят на первый рабочий виток меньшего диаметра пружины 9.

В это время кольцевой упор 16 подведен к выступу 7 на расстояние вдоль оси оправки 5, равное диаметру d прутка (навиваемого материала). На виток меньшего диаметра укладывают второй рабочий виток уже большего диаметра, а упор 16 удерживает его от сползания при навивке с меньшего витка фиксируя их в заданном положении.

Дополнительное удержание большего витка может быть произведено с помощью ролика 36, который тоже устанавливают на расстоянии d от выступа 7, Ходовой винт 28 во время перевода упора 16 на следующий шаг d не вращается. Нажимной ролик 36 за время навивки двух первых (первого ряда) рабочих витков (меньшего и большего) не перемещается вдоль оси винта 28.

Затем одновременно с подачей прутка перемещают вдоль оси оправки 5 суп— порт 14 с кольцевым упором 16 на расстояние d и происходит навивка следующего витка меньшего диаметра. Ролик 36, оставаясь на прежнем месте, удерживает навитый первый виток большего диаметра от сползания с витка

25 меньшего диаметра. Оставаясь неподвижным относительно ходового вин— та 28 вдоль его оси, обод 38 ролика 36 свободно вращается с угловой скоростью Q> относительно ступицы 37 за счет сцепления с удерживаемым рабочим витком пружины 9, которая вращается вместе с оправкой 5 с угловой скоростью Я „

При этом йоверх второго меньшего

35 витка укладывают второй виток большего диаметра. Ролик 36 перемещают вдоль оси оправки на расстояние d, чтобы он удерживал второй большой виток и останавливают отключением муф40 ты 31. Кольцевой упор 16 также перемещают на расстояние d так, что в дальнейшем он расположен с опережением на это расстояние по отношению к ролику 36 и производят навивку следующего ряда витков и такую операцию повторяют столько раз, сколько в навиваемой пружине 9 витков меньшего диаметра, т.е. пока не получится пружина требуемого размера. При этом 0 каждый предыдущий ряд витков фиксируют кольцевым упором 16 и дополнительно роликом 36.

Если изготавливают пружину растя жения, то ее н вивку на этом заканчивают. Отключают главный привод и патрон останавливается. Отводят рычаг 12 механизма зажима концевого (опорного) витка 8 и раму 27 с роли128464 ) ком 36. Включают механизм вращения и продольного перемещения большей части 11 оправки 5. При одновременном вращении в сторону, противоположную навивке, и продольном от перед- -5 ней бабки 2, перемещении большей части 11 оправки 5 с навитой на ней пружиной 9, концевой (опорный) виток 8 последней свинчивается с меньшей части 4 оправки 5 и при дальнейшем отво- 10 де большей части 11 оправки 5 пружина свободно снимается с нее. Съемником при этом служит кольцевой упор 16, в который упирается торец пружины 9.

Снятая пружина поступает на стол (не показан), где производят нагорячо осадку концевого (опорного) витка 8 до соприкосновения со смежным витком пружины. После чего пружина поступает в закалочный барабан (не показан). 2о При изготовлении пружины сжатия процесс изготовления, считая от упомянутого конца навивки, продолжается следующим образом.

Суппорт 14 с кольцевым упором 16 отводят йа расстояние Н вЂ” высоту готовой пружины в свободном состоянии. Включают муфту 31 и перегоняют ролик 36, чтобы он стал между концевым (опорным) витком 8 и смежным с ним витком большего диаметра (показано пунктиром, фиг. 3) . Включают ходовой винт 28, одновременно давая ему винтом 40 поперечную подачу на величину диаметра прутка. Ролик 36 начинает перемещаться (в направлении

V, фиг. 3) по винту 28 в соответствии с шагом изготовляемой пружины 9.

Частоту вращения ходового винта 28 определяют из соотношения

S, и 1

"хь где S»- шаг пружины, мм; й» вЂ” шаг ходового винта, мм/об;

2 — коэффициент, определяющий режим работы ролика.

При перемещении вдоль винта 28 ролик 36, перемещаясь в сторону навивки пружины, отжимает витки, обкаты- Я) вая их и растягивая пружину на требуемую высоту Н до тех пор, пока ее концевой (опорный) виток (на торце, противоположном бабке 21 не упирается в кольцевой упор 16. При этом витки большего диаметра расположены один относительно другого на расстоянии 28„„, а витки меньшего диаметра между ними также оказываются один от другого на таком же расстоянии так, что между смежными витками большего и меньшего диаметров расстояние равно S». При необходимости калибровку витков пружины 9, чтобы обеспечить требуемый шаг между витками, повторяют, давая винту 28 частоту вращения, определенную по приведенной формуле при i ..== 1. После окончания калибровки главный привод устройства выключают и патрон 3 останавливается. Съем готовой пружины 9 с оправки 5 производят аналогично описанному для пружины растяжения. При необходимости, нагорячо правят второй опорный виток и пружина поступает в закалочный барабан (не показан).

Предлагаемый способ изготовления цилиндрических спиральных пружин и устройство для его осуществления позволяют изготовить цилиндрические спиральные пружины, имеющие чередующиеся между собой витки двух разных диаметров, в том числе типоразмеры пружин, применяющиеся в рессорном поподвешивании подвижного состава железных дорог, в частности тепловозов.

Пружины предлагаемой конструкции при одинаковых габаритах с пружинами обычной конструкции, позволяют реализовать больший (примерно в 2 раза) прогиб, имеют на 10-157. меньше массу, соответственно меньше расход материала, и улучшить динамические качества подвижного состава.

Например, на строящихся тепловозах применяют пружины, габариты которых находятся в пределах: по наружному диаметру 190, 200 и 250 мм; по высоте в свободном состоянии 200, 250, 400 и 500 мм; иэ прутка диаметром 23, 36, 40 и 45 мм. Материал пружин— сталь 60С, 60С ХФА.

Обычная пружина с размерами: по наружному диаметру 160 мм, высотой

233 мм, числом рабочих витков 5, из прутка диаметром 23 мм, имеет массу

9,2 кг. Пружина с такими же параметрами, изготовленная по предлагаемому способу, имеет масс у 7,82 кг, т.е. меньше на 1,38 кг.

Обычная пружина с наружным диаметром. 260 мм, высотой 275 мм, с числом рабочих витков 3 и 5, as прутка диаметром 40 мм, имеет массу 34 кг. Пружина, изготовленная по предлагаемому!

?84645

10 ала закреплена в шпинделе и имеет эксцентрический кулачок, держатель задней части оправки с приводом ее вращательного и поступательного перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей устройства за счет изготовления пружин, имеющих чередующиеся между собой витки двух разных диаметров, на поверхности эксцентричного кулачка меньшей части оправки выполнен незамкнутый кольцевой выступ, а устройство снабжено средством для удержания навиваемых витков пружины, выполненным в виде кольцевого упора с зазором, охватывающего оправку и размещенного на уз1 ле подачи навиваемого материала, и средством для разведения витков пружины, состоящим из шарнирно смонтированной на станине с возможностью перемещения в направлении оправки приводной рамы установленного на раме параллельно оправке приводного ходового винта, размещенной на винте гайки, и установленного на гайке с озможностью вращения нажимного рока с клиновидной рабочей поверхностью.

3. Устройство по и. 2, о т л иа ю щ е е с я тем, что скорость вращения ходового винта определяется из соотношения

1. Способ изготовления цилиндрив ческих спиральных пружин из мерных ли прутков, в котором конец предвари1 тельно нагретой заготовки закрепляют на оправке и при вращении последней ч навивают витки пружины, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет получения пружин с чередующимися между собой витками двух разных диаметров, после навивки опорного витка пружины навивают виток мень него диаметра и поверх него навивают виток большего диаметра, одновре- О

« енно фиксируя навиваемый виток в осевом направлении, повторяют эти операции до получения пружин требуемого размера.

2. Устройство для изготовления цилиндрических спиральных пружин, содержащее смонтированные на станине узел подачи навиваемого материала, приводной шпиндель, составную оправку со средствами для фиксации ее частей относительно одна другой, передняя часть которой вместе с механизмом зажима конца навиваемого материrpe S nр

"хв

i-=1-2 ч. Устройство по п. 2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что привод перемещения рамы выполнен в виде пары винт — гайка, шарнирно прикрепленных к раме и станине.

5. Устройство по и. 2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что нажимной ролик установлен подвижно на оси в кронштейне узла подачи навиваемого материала. способу, имеет массу 29 кг, т.е. на

5 кг меньше.

Технико-экономический эффект от реализации предлагаемого способа изготовления цилиндрических спиральных пружин и устройства для его осуществления, позволяющих изготовить пружины, имеющие чередующиеся между собой витки двух разных диаметров, заключается в улучшении качества изделия: повьппенный прогиб пружин и снижение их массы, уменьшение расхода металла на 10-15Х в каждой пружине в сравнении с известными пружинами. t5

Отмеченные качества пружин по изобретению позволяют значительно улучшить динамические качества подвижного состава, в частности тепловозов, снизить его воздействие на путь. Этим также повьппается надежность и долговечность системы подвиж. ной состав-путь.

"формула изобретения

1 Snо

П и )

Р Ехв шаг навиваемой пружины; — шаг ходового винта, MM/об; — коэффициент, определяющий режим работы нажимного ролика при разведении витков пружины, 128464 !

284645

A-4

Фиг4

Составитель E Бужинский

Редактор M. Бланар " Техред М.Ходанич Корректор А. Зимокосов

Заказ 7525/9 Тираж 582 Подписно е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4