Винтовые цилиндрические пружины сжатия и растяжения

 След. Главная

Классы и разряды пружин

Ниже рассматриваются винтовые цилиндрические пружины сжатия и растяжения из стали круглого сечения с индексами i = D/d от 4 до 12. Приводимые данные распространяются на пружины для работы при температурах от -60 до +120° С в неагрессивных средах. Пружины разделяют на классы, виды и разряды (табл. 1 и 2).
Класс пружин характеризует режим нагружения и выносливости, а также определяет основные требования к материалам и технологии изготовления.
Разряды пружин отражают сведения о диапазонах сил, марках применяемых пружинных сталей, а также нормативах по допускаемым напряжениям.
Отсутствие соударения витков у пружин сжатия определяется условием v_max / v_k < 1, где v_max - наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или при разгрузке, м/с; v_k - критическая скорость пружин сжатия. м/с (соответствует возникновению соударения витков пружины от сил инерции).
Выносливость и стойкость пружин. При определении размеров пружин необходимо учитывать, что при v_max> v_{k  ,} помимо касательных напряжений кручения, возникают контактные напряжения от соударения витков, движущихся по инерции после замедления и остановок сопрягаемых с пружинами деталей. Если соударение витков отсутствует, то лучшую выносливость имеют пружины с низкими напряжениями τ₃, т. е. пружины класса I по табл.1, промежуточную - циклические пружины класса II и худшую - пружины класса III.
При наличии интенсивного соударения витков выносливость располагается в обратном порядке, т. е. повышается не с понижением, а с ростом τ₃ . В таком же порядке располагается и стойкость, т. е. уменьшение остаточных деформаций или осадок пружин в процессе работы.
Средствами регулирования выносливости и стойкости циклических пружин в рамках каждого класса при неизменных заданных значениях рабочего хода служат изменения разности между максимальным касательным напряжением при кручении τ₃ и касательным напряжением при рабочей деформации τ₂.

1. Классы пружин (ГОСТ 13764-86)

Примечание. Указанная выносливость не распространяется на зацепы пружин растяжения.

2. Разряды пружин (по ГОСТ 13764-86)

Примечания: 1. Максимальное касательное напряжение при кручении приведено с учетом кривизны витков. 
2. R_m - предел прочности пружинных материалов

Возрастания разности τ₃ ~ τ₂ обусловливают увеличение выносливости и стойкости циклических пружин всех классов при одновременном возрастании размеров узлов. Уменьшение разностей τ₃ - τ₂ сопровождается обратными изменениями служебных качеств и размеров пространств в механизмах для размещения пружин. Для пружин I класса расчетные напряжения и свойства металла регламентированы так, что при v_max / v_k < 1 обусловленная выносливость пружин при действии силы F₁ (сила пружины при предварительной деформации) не менее 0,2 F₃ (сила пружины при максимальной деформации) обеспечивается при всех осуществимых расположениях и величинах рабочих участков на силовых диаграммах разности напряжений τ₃ - τ₂ и τ₂ - τ₁ (касательное напряжение при предварительной деформации). 
Циклические пружины II класса при v_max / v_k < 1 в зависимости от расположения и размера рабочих участков могут быть поставлены в условия как неограниченной, так и ограниченной выносливости. 
Циклические пружины III класса при всех отношениях v_max / v_k и относительном инерционном зазоре пружин d не более 0,4 характеризуются ограниченной выносливостью, поскольку они рассчитаны на предельно высокие касательные напряжения кручения, к которым при v_max / v_k > 1 добавляются контактные напряжения от соударения витков. Все статические пружины, длительно пребывающие в деформированном состоянии и периодически нагружаемые со скоростью v_max / v_k относятся ко II классу. Вводимые ограничения расчетных напряжений и свойств проволоки (см. табл. 2) обеспечивают неограниченную стойкость статических пружин при остаточных деформациях не более 15 % максимальной деформации s₃.  Допустимые остаточные деформации статических пружин регламентируются координацией сил пружины при рабочей деформации s₃ на силовых диаграммах, причем увеличение разности F₃ - F₂ способствует уменьшению остаточных деформаций. Технологические средства регулирования выносливости и стойкости пружин определяются документацией на технические требования.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРУЖИН

Проволока стальная углеродистая пружинная по ГОСТ 9389-75. Стандарт распространяется на стальную углеродистую холоднотянутую проволоку, применяемую для изготовления пружин, навиваемых в холодном состоянии и не подвергаемых закалке. 
Проволока изготовляется: 
по механическим свойствам: марок А, Б, В; классов 1, 2, 2А, 3 (рекомендации по применению пружинной проволоки в зависимости от марок и классов приведены в табл. 3); 
по точности изготовления: нормальной точности; повышенной точности П. 
Проволока классов 1, 2, 3 изготовляется нормальной и повышенной точности, класса 2А - повышенной точности. Диаметры проволоки и масса 1000 м проволоки указаны в табл. 4.

3. Рекомендации по применению пружинной проволоки по ГОСТ 9389-75

Примечание. Относительный показатель разбега прочности К рассчитывают по формуле K= Δs_в/s_в, 
где Δs_в - разбег временного сопротивления разрыву в партии, Н/мм²_; s_в - минимальное значение временного сопротивления разрыву в классе, Н/мм²

4. Диаметры проволоки и теоретическая масса 1000 м проволоки

Механические свойства проволоки приведены в табл. 5.
Примеры обозначений: Проволока марки А, 1 класса, повышенной точности, диаметром 1,20 мм:

Проволока А-1-П-1, 20 ГОСТ 9389-75

То же, марки Б, 3 класса, нормальной точности, диаметром 2,00 мм:

Проволока Б-3-2,00, ГОСТ9389-75

Сталь марки 65Г. Повышенная склонность к образованию закалочных трещин. Применяют с целью удешевления продукции для изделий массового производства в случаях, когда поломки пружин не вызывают нарушения функционирования деталей механизмов и замена пружин нетрудоемка.

Сталь марки 51ХФА. Повышенная теплоустойчивость. Закаливается на твердость не более 53HRC. Благодаря высоким упругим и вязким свойствам служит лучшим материалом для пружин класса 1. Для пружин класса 3 непригодна по причине недостаточной твердости.

Сталь марки 60С2А, 60С2. Высокие упругие и вязкие свойства. Повышенная склонность к графитизации и недостаточная прокаливаемость при сечениях 
d > 20 мм. Широко применяют для пружин классов 1 и 2. Для пружин класса 3 назначают при v_max < 6 м/с.

Сталь марки 65С2ВА. Высокие упругие свойства и вязкость. Повышенная прокаливаемость. Служит лучшим материалом для пружин класса 3. Применяют при v_max > 6 м/с.

Сталь марки 60С2ХФА. Высокая прокали-ваемость, малая склонность к росту зерна и обезуглероживанию при нагреве (по сравнению со сталью 60С2А), повышенные вязкость, жаропрочность и хладостойкость, хорошая циклическая прочность и релаксационная стойкость в широком диапазоне циклических изменений температур. Предпочтительное применение в сечениях проволоки от 30 мм и выше.

Сталь марки 70СЗА. Повышенная прокаливаемость. Обладает склонностью к графитизации. Преимущественное применение при диаметрах проволоки d £ 20 мм. Заменителем служит сталь 60С2Н2А.
Примечание. Преимущественное практическое использование пружин из стали 51ХФА определяется интервалом температур от - 180 до +250 °С, из стали 60С2ХФА от - 100 до +250 °С, из проволоки класса 2А по ГОСТ 9389-75 от - 180 до+120 °С, из сталей 65Г, 70СЗА, 60С2А, 65С2ВА и из проволоки класса 1 по ГОСТ 9389-75 от - 60 до + 120 °С. В случаях использования пружин при более высоких температурах рекомендуется учитывать температурные изменения модуля.

Специальная стальная легированная пружинная проволока (по ГОСТ 14963-78). Предназначена для изготовления пружин, подвергающихся после навивки термической обработке (закалке и отпуску).

Проволоку подразделяют:
по способу изготовления и качеству отделки поверхности на группы: со специальной отделкой поверхности путем удаления поверхностного слоя - А, Б, В, Г, Е; без специальной отделки поверхности Н;
по точности изготовления: нормальной точности; повышенной точности П;
по назначению: для пружин холодной навивки ХН; для пружин горячей навивки ГН;
по механическим свойствам, качеству поверхности на классы: 1 - для пружин ответственного назначения; 2 - для пружин общего назначения.

Номинальные диаметры проволоки, мм: 0,5; 0,56; 0,60; 0,63; 0,71; 0,80; 0,90; 1,10; 1,20; 1,25; 1,30; 1,40; 1,50; 1,60; 1,80; 2,0; 2,20; 2,50; 2,80; 3,00; 3,20; 3,50; 3,80; 4,00; 4,20; 4,50; 4,80; 5,00; 5,50; 5,60; 6,00; 6,20; 6,30; 6,50; 7,00; 7,10; 7,50; 8,00; 8,50; 9,00; 9,50; 10,00; 11,00; 11,20; 11,50; 12,00; 12,50; 13,00; 14,00.

Проволока групп А, Б, В, Г должна изготовляться диаметром 1-14 мм, проволока групп Е, Н - диаметром 0,5-14,0 мм.

Пример обозначения проволоки из стали марки 51ХФА, со специальной отделкой поверхности, полированной, группы А, повышенной точности, 1 класса для пружин холодной навивки, диаметром 1,80 мм:

Проволока 51ХФА-А-П-1-ХН-1,80 ГОСТ 14963-78

Технические требования. Проволока должна изготовляться из стали марок 51ХФА, 60С2А, 65С2ВА, 70СЗА по ГОСТ 14959-79.
Временное сопротивление разрыву проволоки для пружин холодной навивки должно быть не более 1029, 5 МПа.

5. Механические свойства пружинной проволоки по ГОСТ 9389-75 в ред. 1990 г.

Примечания:
1. Значение разбега временного сопротивления разрыву в мотках (катушках) массой до 250 кг марок А и Б классов 1, 2, 2А должно быть не более 100 Н/мм²; марки Б класса 3 и марки В всех классов для проволоки диаметром 1,6 мм и менее - 200 Н/мм², а для проволоки диаметром более 1,6 мм - 150 Н/мм². Значение разбега временного сопротивления разрыву проволоки в мотках (катушках) массой более 250 кг должно соответствовать значениям табл. 3.
2. По требованию мебельной промышленности проволока диаметром 2,2 мм, повышенной точности, марки Б изготовляется с временным сопротивлением разрыву 1570-1770 Н/мм^2.

Проволока из стали марки 51ХФА на термически обработанных образцах должна иметь временное сопротивление разрыву не менее 1470 МПа, относительное сужение после разрыва не менее 40 %.
Проволока групп А, Б, В, Г должна изготовляться в прутках; проволока групп Е, Н - в мотках.

6. Толщина и ширина лент
Размеры, мм

7. Временное сопротивление разрыву или твердость ленты

Стальная холоднокатаная термообработанная лента (по ГОСТ 21996-76). Лента из конструкционной, инструментальной и пружинной стали предназначена для изготовления пружинящих деталей и пружин.
Ленту подразделяют:
а) по прочности (временному сопротивлению разрыву или твердости) на группы: первую - 1П, вторую - 2П, третью - ЗП;
б) по точности изготовления: по толщине - нормальной точности, повышенной точности - ПТ, высокой точности - ВТ, по ширине - нормальной точности, повышенной точности - ПШ; высокой точности - ВШ;
в) по виду поверхности: на светлокаленую,светлокаленую с цветами побежалости - Ц, полированную - С, колоризованную - К, темную - Ч;
г) по виду кромок: с обрезанными кромками, с обработанными кромками - Д.
Размеры и механические свойства лент даны в табл. 6, 7.

Примеры обозначений: Лента группы 1П повышенной точности изготовления по толщине, нормальной точности по ширине, с обработанными кромками, светлокаленая с цветами побежалости, размером 0,7 х 20 мм:

Лента Ш-ПТ-Ц-7х 20 ГОСТ 21996-76

То же, группы ЗП повышенной точности изготовления по толщине и ширине, с обрезанными кромками, светлокаленая, размером 0,3 х 15 мм:

Лента ЗП-ПТПШ-0,3 х 15 ГОСТ 21996-76

Ленту изготовляют из стали марок 50, 60. 70, 65Г по ГОСТ 1050-88, марок У7А, У8А, У9А, У10А, У12А по ГОСТ 1435-90 и марок 60С2А, 70С2ХА по ГОСТ 14959-79.

Прокат стальной горячекатаный для рессор (по ГОСТ 7419-90). Стандарт распространяется на горячекатаный полосовой, трапециевидно-ступенчатый, Т-образный, трапециевидный и желобчатый прокат для рессор.
Поперечное сечение проката и размеры должны соответствовать указанным в табл. 8.
Прокат подразделяют по точности: А - высокой; Б - повышенной; В - обычной. 
Прокат изготовляют длиной от 2 до 6 м. По требованию потребителя прокат изготовляют длиной свыше 6 м.
Прокат изготовляют: мерной дайны; кратной мерной дайны; мерной дайны с немерными отрезками дайной не менее 1,5 м, массой не более 10 % массы партии; кратной мерной дайны с отрезками дайной не менее 1,5 м, массой не более 10 % массы партии; немерной дайны.
Прокат должен быть обрезан. Косина реза не должна превышать 5 % ширины для проката шириной до 80 % мм и 3 % ширины для проката шириной свыше 80 мм.
Скручивание проката вокруг продольной оси не допускается.

8. Поперечные сечения и размеры стального проката для рессор по ГОСТ 7419-90

Примечания:
1. Размеры В₁ и В₂ приведены для построения калибра.
2. Предельные отклонения по размерам В₁ и В₂ .Должны соответствовать предельным отклонениям по ширине полосы В.

  *R₁=4мм; К=3,5мм; R₂=K₁=2,75 мм

Пружинная проволока из кремне-марганцовой бронзы БрКМцЗ-1 (по ГОСТ 5222—72). Проволока круглого и квадратного сечения из кремнемарганцовой бронзы предназначена для изготовления упругих элементов. Проволока должна изготовляться в твердом (неотожженном) состоянии из бронзы марки БрКМцЗ-1 с химическим составом по ГОСТ 18175-78. 
Диаметры круглой проволоки: 0,1; 0,12; 0,15; 0,18; 0,20; 0,25; 0,30; 0,35; 0,40; 0,45; 0,50; 0,55; 0,60; 0,65; 0,70; 0,75; 0,80; 0,85; 0,90: 0,95; 1,0; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 2,0; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 2,6; 2,8; 3,0; 3,2; 3,5; 3,8; 4,0; 4,2; 4,5; 4,8; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 8,5; 9,0; 9,5; 10мм. 
Овальность круглой проволоки не должна превышать половины предельного отклонения по диаметру.
Диаметр квадратной проволоки (за диаметр проволоки квадратного сечения принимается диаметр вписанной окружности, т. е. расстояние между параллельными гранями проволоки): 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 мм. 
В условных обозначениях проволоки приняты следующие сокращения: 
способ изготовления............... холоднодеформированная - Д
форма сечения....................... круглая - К
............................................ квадратная - KB 
точность изготовления ........... нормальная - Н
............................................ повышенная - П
состояние.............................. твердая - Т
длина................................... мотки, бухты - БТ
........................................... катушки - КТ

Примечание. Знак "X" ставят в условное обозначение проволоки из бронзы БрКМцЗ-1 вместо отсутствующих данных, кроме обозначения длины.
Примеры условных обозначений. Проволока холоднодеформированная, круглого сечения, повышенной точности изготовления, твердая, диаметром 2,5 мм, в мотках, из бронзы марки БрКМцЗ—1:

Проволока ДКРПТ 2,5 БТ БрКМцЗ-1 ГОСТ 5222- 72

Проволока холоднодеформированная, круглого сечения, нормальной точности изготовления, твердая, диаметром 0,15 мм, на катушках из бронзы марки БрКМцЗ-1:

Проволока ДКРНТ 0,15 КТ БрКМцЗ-1 ГОСТ 5222- 72

Проволока холоднодеформированная, квадратного сечения, нормальной точности изготовления, твердая, диаметром 1,6 мм, в мотках, из бронзы марки БрКМцЗ-1:

Проволока ДКВНТ 1,6 БТ БрКМцЗ-1 ГОСТ 5222-72

Механические свойства пружинной проволоки из кремнемарганцевой бронзы БрКМцЗ-1 даны в табл. 9.

9. Механические свойства проволоки из бронзы БрКМцЗ-1