Устройство фиксации нерабочих витков винтовой цилиндрической пружины

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОци4листичЕских

РЕСПУБЛИК (я)з F 16 F 1/06

y rj

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

K АВТОРС (ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4465523/28

{22) 25.07.88 (46) 15.07,92. Бюл. ¹ 26 (72) В,С.)Кирков (53) 62-272.22-553 (56) Андреев Л,Е. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1981, с. 74 и 75.

Авторское свидетельство СССР № 836420, кл, F 16 F 13(ОЙ, 1979.

{54) УСТРОЙСТВО ФИКСАЦИИ НЕРАБОЧ.ИХ ВИТКОВ ВИНТОВОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПРУЖИНЫ (54) Изобретение относится к машиностроени о и приборостроению и может быть использовано в различных областях техники, в частности в механических системах приборов, Цель изобретения — достижение стабильности упругих характеристик пружины во всем диапазоне рабочей деформации; Ус„„ Ы „„174775 I А1

2 тройство содержит пружину 1, резьбовые втулки 3 и 4, на торцах которых выполнены скосы в виде винтовой поверхности с углом подьема, равным углу подъема витка пружи- . ны с образованием уступа, и шириной перемычки, выбранной равной 0,1-0,2 диаметра проволоки пружины. Нррабочие витки 2 пружины навинчены (ввинчены) на резьбовые втулки 3 и 4 и закреплены, а одна из резьбовых втулок соединена посредством винта 6 с подвижной системой 5 какого-либо устройства, например с рычажной системой силового преобразователя; Устройство обеспечивает стабильную характеристику ! пружины при разных рабочих усилиях во всем диапазоне рабочей деформации по сравнению с прототипом, обеспечивающим Б стабильную характеристику пружины только при малых деформациях. 1 ил, 1 1 751

Изобретение относится к машиностроению и приборостроению и может быть использовано в различных областях техники, в частности в механических системах приборов, там, где необходимо иметь стабильную характеристику пружин, Известны устройства для фиксации пружин с неизменяемой и регулируемой жесткостью, которые содержат цилиндрическую винтовую пружину и резьбовые втулки, у каторь«х фиксация пру>кины осуществляется навинчиванием (ввинчиванием) нерабочих витков пружины на реэьбову«а (в резьбову«а) втулку.

Недостатками приведенных устройств являются неоднозначность фиксации витков пружин на выходе (вхаде) йз резьбовых втулок, нестабильность и нелинейность упругой хз рз кте ристик и (зависимость жест«<ости ат деформации) пружин в пределах рабочего хода, тзк как при воздействии на пружину рабочим усилием Р витки пружины сжимаются {или растягиваются) и при этом крайчие рабочие витки садятся на торцы резьбавых втуло«< или отходят от торцов резьбовых втулок (уменьшается, увеличивается количество рабочих витков), и, как следствие, возникает неоднозначность упругой характеристик«л пружин при разных рабочих усилиях, Наиболее близким к предлагаемому является пружинное устройство, содержащее резьбовую втулку и резьбовую пробку, между которьгмии размещены витки пружины. Нэ . торцовь, х поверхностях втулки и пробки выполнены сопряженные скосы пад углом, равным углу наклона витков пру>киньъ

Однако при перемещении витков пружины (под воздействием силы Р) данное пружинное устройства не обеспечивает стабильной характеристики пружины {жесткость) во всем диапазоне рабочей деформации, так как наличие скосов на торцах втулки и пробки исключает потери на трение только при малых амплитудах колебаний пружины, В частности, не указана величина уступа, которая необходима для достижения равномерного зазора между торцом втулки и крайним витком пружины во всем диапазоне рабочего хада пружины и не дана номинальная ширина перемычки, при которой касание крайнего витка пружины торца втулки и пробки невозможно и при максимальной рабочей деформации пружины. 1 аким образом, когда прух<ина находится при определенных рабочих условиях (рабочее усилие Р, действуюшее на пружину, не меняется); жесткость пружина одна, а при изменении этих условий (нзпример. рабочее усилие Р, действующее на пружи40 системой 5 какого-либо устройства, например, с рычажчой системой преобразователя, Вь«сота уступа (см. чертеж), равная шагу пружины, является обязательным условием для получения на всей длине окружности торца втулки скоса, выполненного в виде винтовой поверхности, что обеспечивает достижение равномерного зазора между торцом втулки и крайним витком пружины по всей длине окружности этого витка, Только при выполнении на всей длине окружности торца втулки скоса, вь«полненного в виде винтовой поверхности с углом подьема, равным углу подъема витка пружины, 55 удается достичь равномерного зазора между торцом втулки и крайним витком пру>кины на всей длине окружности этого витка.

При выполнении высоты уступа меньше шага пружины полччить полную винтовую поверхность с углом подъема, раиным углу

35 ну, увели «ивась) жесткость пружины увеличится, тэк кэк часть крайнего витка будет касаться торца втулки (иэ работы вь«кл«ачзется часть рэбочега витка пружины), а зто влечет эа собой нестабильность и нелинейность упругой характеристики пру>кины.

Целью изобретения является получение стабильной упругой харэктеристики пру>кины во всем диапазоне рабочей деформации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для фиксации нерабочих витков винтовой цилиндрической пружины, содержащем пру>кину и реэьбовые втулки, на торцовых поверхностях которых имеются скосы, выполненные под углом, равным углу наклона витка пружины и перемычки, скосы на торцах резьбавых втулок со стороны входа {вь«хода) пружины выполнены в виде винтовой поверхности с углом подъема, равным углу подьемэ витка прух<ины с образованием уступа нэ торце втулки, высота которого раина шагу пружины, а ширина перемычки выбрана равной 0,1 — 0,2 диаметра проволоки пру>«<ины.

На «ерте>ке представлена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Цилиндрическая винтовая пру>кина содержит рабочие 1 и нерабочие 2 витки. Нерабочие витки 2 пружины одним концом ввинчены в реэьбаву о втулку 3, на внутренней поверхности которой имеется резьба с шагам, равным шагу пружины и высотой профиля резьбы не менее половины диаметра проволоки, Нерабочие витки второго конца пру>кины нзвинчены на резьбавую втулку 4 и могут быть жестко ээкреплень«, например, заливкой компаундом. Резьбавэя втулка 4 посредством винта б соединена с подвижной

1747751 подьема витка пружины на всей длине окружности торца втулки, невозможно, так как часть этой винтовой поверхности выйдет за пределы втулки, а значит, торец втулки в какой-то своей части не будет иметь винто- 5 вую поверхность, что приведет к неравномерному зазору между витком пружины и торцом втулки и, как следствие, из этого при перемещении витков пружины крайний виток будет касаться торца втулки, что приве- 10 дет к изменению характеристики (жесткости) пружины, Для обоснования выбора ширины перемычки S, равной 0,1 — 0,2 диаметра проволоки пру>кины, рассмотрим на конкретном 15 примере геометрию пружины, в частности, интересующий размер между двумя соседними рабочими витками при максимальном рабочем нагружении пружины, а значит, и при максимальном рабочем перемещении 20 витков пружины, B дальнейшем определим размер между последним рабочим витком пружины и торцом втулки, так как исходя из этого размера и выбрана оптимальная ширина перемычки S на резьбовой втулке, при 25 выполнении которой пружина получает стабильную характеристику при различных рабочих деформациях. Методика определения размеров пружины распространяется на пружины, не требующие индивидуальных 30 методов конструирования, Исходными величинами для определения геометрии пружины являются сила пружины при предварительной деформации Р1, сила пружины при рабочей деформации Рг, 35 . рабочий ход Н, и наружный диаметр пружины D (предварительный). Все расчеты производятся на основании известных формул по расчету пружин из справочников или

ГОСТ 13764-86-ГОСТ 13769-86, Пружины 40 винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из проволоки круглого сечения, Пример, Дано: Р = 0,6 кгс: Рг = 6 кгс;

H = 20 мм; 0 = 8-10 мм. Пользуясь интервалом значений д, íà" îäèì граничные значе- 45 ния силы

Рг G 6

1 — 0 1 — 0,05 1 — 0.25 где Рз — сила пружины при максимальной деформации, 50 д — относительный инерционный зазор пружины сжатия, д 1 г, Рг

Рз

Для пружин сжатия д = 0,05 — 0,25. 55

Находим по рекомендуемым таблицам виток со следующими параметрами: Рз = 8 кгс; б = 1,6 мм; 0 = 11,0 мм; к1 = 7,59 кгс/мм, где d —; г1 — жесткость одного витка.

Опуская промежуточные расчеты, находим жесткость пружины

Рг — Р1 6 — 0,6

Н 20 — — 0,27кгсlмм.

Находим число рабочих витков пружины п 1 7,59 =28

z 0,27

При полутора нерабочих витках находим полное число витков пружины п1 = и + пг = 28+ 1,5 = 29 5.

Находим деформации пружины

Р 06

F1 = — = = 2,22мм

z 0,27

Fz = — = = 22,2мм

Рг

z 0,27

Рз = — = = 29,6мм, Рз 8

0,27

Возможная деформация пружины в нерабочей зоне составляет

F0= Рз- Рг = 29,6-22,4= 7,4 мм, Зазор между двумя соседними витками составит

= — = — = 0,26мм

Fî 74 и 28 °

Отсюда можно сделать вывод, что для получения стабильной характеристики пружины, даже при максимальной рабочей деформации, ширина перемычки S не должна превышать размера между двумя соседними витками, равного 0,26 мм, находящегося в зоне нерабочих деформаций пружины и полученного в результате воздействия на пружину максимального рабочего усилия.

Ширина перемычки S в предлагаемом устройстве выбирается в интервале 0,1-0,2 диаметра проволоки пружины и при диаметре проволоки 1,6 мм составляет 0,16-0,32

Выполнив перемычку Sшириной,,равной 0,25 мм, обеспечим условие, при котором крайний виток пружины не будет касаться торца втулки даже при максималь- ной рабочей деформации, что и необходимо для получения стабильной характеристики пружины, так как жесткость пружины остается постоянной и из работы не "выключаются" рабочие витки пружины, B случае выполнения перемычки S, равной 0,27 мм и более, при максимальной рабочей деформации крайний рабочий виток касается торца втулки .и из работы как бы выключается часть витка пружины. При этом изменяется жесткость, т,е, работа пружины будет ограничена с увеличением нагрузки при требуемом условии сохранения стабильной характеристики, Таким образом, выбранный оптимальный интервал ширины перемычки S, равный

0,1 — 0,2 диаметра проволоки пружины, и выi 747751

Составитель В.Жирков

Техред М, Морге нтал Корректор А.Осауленко

Редактор Е.Копча

Заказ 248

ВНИИПИ

Тираж Подписное

ИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при.ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина 101

1 1 полнение уступа и, равного шагу пружины с учетом возможных допусков на материал и геометрические размеры самой пружины, обеспечивает стабильну о характеристику пружины, 5

Формула изобретения

Устройство фиксации нерабочих витков винтовой цилиндрической пружины, содер10 жащее резьбовые втулки со скосами под углом, равным углу подьема витка пружины, и перемычкой, отл и ч а ю щ ее с я тем,что, с целью повышения упругих свойств, скосы выполнены в виде винтовой поверхности с образованием уступа, высота последнего равна шагу пружины, а ширина перемычки выбрана равной 0.1-0,2 диаметра проволоки пружины.