Definizione
Viene chiamata la forza che si verifica a seguito della deformazione del corpo e del tentativo di riportarlo al suo stato originale forza elastica.
Molto spesso è indicato con $(\overline(F))_(upr)$. La forza elastica appare solo quando il corpo è deformato e scompare se la deformazione scompare. Se, dopo aver rimosso il carico esterno, il corpo ripristina completamente le sue dimensioni e la sua forma, tale deformazione è chiamata elastica.
R. Hooke, contemporaneo di I. Newton, stabilì la dipendenza della forza elastica dall'entità della deformazione. Hooke ha dubitato a lungo della validità delle sue conclusioni. In uno dei suoi libri ha fornito una formulazione criptata della sua legge. Che significava: "Ut tensio, sic vis" in latino: qual è il tratto, tale è la forza.
Si consideri una molla soggetta a una forza di trazione ($\overline(F)$) diretta verticalmente verso il basso (Fig. 1).
La forza $\overline(F\ )$ è chiamata forza di deformazione. Sotto l'influenza di una forza di deformazione, la lunghezza della molla aumenta. Di conseguenza, nella molla appare una forza elastica ($(\overline(F))_u$), che bilancia la forza $\overline(F\ )$. Se la deformazione è piccola ed elastica, l'allungamento della molla ($\Delta l$) è direttamente proporzionale alla forza di deformazione:
\[\overline(F)=k\Delta l\sinistra(1\destra),\]
dove nel coefficiente di proporzionalità è chiamata la rigidità della molla (coefficiente di elasticità) $k$.
La rigidità (come proprietà) è una caratteristica delle proprietà elastiche di un corpo che si sta deformando. La rigidità è considerata la capacità di un corpo di resistere a una forza esterna, la capacità di mantenere i suoi parametri geometrici. Maggiore è la rigidità della molla, meno cambia la sua lunghezza sotto l'influenza di una data forza. Il coefficiente di rigidità è la caratteristica principale della rigidità (come proprietà di un corpo).
Il coefficiente di rigidità della molla dipende dal materiale di cui è composta la molla e dalle sue caratteristiche geometriche. Ad esempio, il coefficiente di rigidità di una molla elicoidale avvolta da un filo tondo e soggetta a deformazione elastica lungo il suo asse, può essere calcolato come:
dove $G$ è il modulo di taglio (valore dipendente dal materiale); $d$ - diametro del filo; $d_p$ - diametro della bobina della molla; $n$ è il numero di spire della molla.
L'unità di misura del coefficiente di rigidità nel Sistema Internazionale di Unità (SI) è il newton diviso per il metro:
\[\left=\left[\frac(F_(upr\ ))(x)\right]=\frac(\left)(\left)=\frac(H)(m).\]
Il coefficiente di rigidità è uguale alla quantità di forza che deve essere applicata alla molla per cambiarne la lunghezza per unità di distanza.
Sia $N$ molle collegate in serie. Quindi la rigidità dell'intero giunto è uguale a:
\[\frac(1)(k)=\frac(1)(k_1)+\frac(1)(k_2)+\punti =\sum\limits^N_(\ i=1)(\frac(1) (k_i)\sinistra(3\destra),)\]
dove $k_i$ è la rigidità della molla $i-th$.
Quando le molle sono collegate in serie, la rigidità del sistema è determinata come:
Esempio 1
Esercizio. La molla in assenza di carico ha una lunghezza $l=0.01$ me una rigidezza pari a 10 $\frac(N)(m).\ $Quale sarà la rigidezza della molla e la sua lunghezza se la forza agente su la molla è $F$= 2 N ? Supponiamo che la deformazione della molla sia piccola ed elastica.
Soluzione. La rigidità della molla sotto deformazioni elastiche è un valore costante, il che significa che nel nostro problema:
Sotto deformazioni elastiche, la legge di Hooke è soddisfatta:
Dalla (1.2) troviamo l'allungamento della molla:
\[\Delta l=\frac(F)(k)\sinistra(1.3\destra).\]
La lunghezza della molla allungata è:
Calcola la nuova lunghezza della primavera:
Risposta. 1) $k"=10\ \frac(Н)(m)$; 2) $l"=0,21$ m
Esempio 2
Esercizio. Due molle con rigidezza $k_1$ e $k_2$ sono collegate in serie. Quale sarà l'allungamento della prima molla (Fig. 3) se la lunghezza della seconda molla viene aumentata di $\Delta l_2$?
Soluzione. Se le molle sono collegate in serie, allora la forza di deformazione ($\overline(F)$) che agisce su ciascuna delle molle è la stessa, cioè si può scrivere per la prima molla:
Per la seconda primavera scriviamo:
Se le parti di sinistra delle espressioni (2.1) e (2.2) sono uguali, allora si possono eguagliare anche le parti di destra:
Dall'uguaglianza (2.3) si ottiene l'allungamento della prima molla:
\[\Delta l_1=\frac(k_2\Delta l_2)(k_1).\]
Risposta.$\Delta l_1=\frac(k_2\Delta l_2)(k_1)$
Recentemente, hanno ricominciato a utilizzare molle a trefoli note da tempo nella tecnologia, ma poco utilizzate, costituite da diversi fili (nuclei) intrecciati in funi (Fig. 902, I-V), da cui vengono avvolte le molle (compressione, tensione, torsione) . Le estremità della fune sono scottate per evitare che si incaglino. L'angolo di posa δ (vedi Fig. 902, I) è solitamente reso pari a 20-30 °.
La direzione della posa del cavo è scelta in modo che il cavo si attorcigli anziché srotolarsi quando la molla si deforma elasticamente. Le molle a compressione con avvolgimento destro sono realizzate con funi sinistre e viceversa. Per le molle a trazione, la direzione di avvolgimento e l'inclinazione delle spire devono coincidere. Nelle molle a torsione, la direzione della posa è indifferente.
Densità di posa, pece di posa e tecnologia di posa grande influenza sulle caratteristiche elastiche delle molle a trefoli. Dopo che la corda è stata attorcigliata, si verifica un rinculo elastico, i nuclei si allontanano l'uno dall'altro. L'avvolgimento delle molle, a sua volta, cambia disposizione reciproca turni vissuti.
Nello stato libero della sorgente, c'è quasi sempre uno spazio vuoto tra i nuclei. Nelle fasi iniziali di caricamento, le molle funzionano come fili separati; la sua caratteristica (Fig. 903) ha un aspetto gentile.
Con un ulteriore aumento dei carichi, il cavo si attorciglia, i nuclei si chiudono e iniziano a lavorare all'unisono; la rigidità della molla aumenta. Per questo motivo le caratteristiche delle molle a trefoli hanno un punto di rottura (a) corrispondente all'inizio della chiusura delle spire.
Il vantaggio delle molle a trefoli è dovuto a quanto segue. L'uso di più fili sottili invece di uno massiccio consente di aumentare le sollecitazioni calcolate a causa della maggiore resistenza inerente ai fili sottili. Una bobina composta da trefoli di piccolo diametro è più flessibile di una bobina massiccia equivalente, in parte a causa delle maggiori sollecitazioni ammissibili e principalmente a causa di un valore più elevato per ogni singolo trefolo dell'indice c = D / d, che influisce fortemente sulla rigidità.
La caratteristica di piatto delle molle a trefoli può essere utile in numerosi casi in cui è necessario ottenere grandi deformazioni elastiche in limitate dimensioni assiali e radiali.
Altro caratteristica distintiva molle a trefoli - maggiore capacità di smorzamento a causa dell'attrito tra le bobine durante la deformazione elastica. Pertanto, tali molle possono essere utilizzate per dissipare energia, con carichi di tipo shock, per smorzare le vibrazioni che si verificano sotto tali carichi; contribuiscono inoltre all'autosmorzamento delle oscillazioni risonanti delle spire della molla.
Tuttavia, un maggiore attrito provoca l'usura delle bobine, accompagnata da una diminuzione della resistenza alla fatica della molla.
In una valutazione comparativa della flessibilità delle molle a trefoli e delle molle a filo singolo, viene spesso commesso un errore confrontando le molle con la stessa area della sezione trasversale (totale per le bobine a trefoli).
Ciò non tiene conto del fatto che la capacità di carico delle molle a trefoli, a parità di altre condizioni, è inferiore a quella delle molle unifilari, e diminuisce all'aumentare del numero dei nuclei.
La valutazione dovrebbe essere basata sulla condizione di uguale capacità di carico. Solo in questo caso è corretto con un diverso numero di core. In questa valutazione, i benefici delle sorgenti incagliate sembrano essere più modesti di quanto ci si potrebbe aspettare.
Confrontiamo la conformità di molle a trefoli e una molla unifilare con lo stesso diametro medio, numero di giri, forza (carico) P e margine di sicurezza.
In prima approssimazione, considereremo una molla a trefoli come una serie di molle parallele con spire di piccola sezione trasversale.
Il diametro d" del nucleo di una molla a trefoli in queste condizioni è correlato al diametro d del filo massiccio dal rapporto
dove n è il numero di core; [τ] e [τ"] sono sollecitazioni di taglio ammissibili; k e k" sono fattori di forma della molla (il loro indice).
Per la vicinanza dei valori 
all'unità può essere scritto
Il rapporto tra le masse delle molle confrontate
o sostituendo il valore d "/d dall'equazione (418)
Di seguito sono riportati i valori dei rapporti d "/d e m" / m, a seconda del numero di core.
Come si può notare, la diminuzione del diametro del filo per le molle a trefoli non è affatto così grande da dare un notevole guadagno di resistenza anche nell'intervallo di piccoli valori di d e d" (a proposito, questa circostanza giustifica l'ipotesi di cui sopra che il fattore è vicino all'unità.
Il rapporto tra la deformazione λ" di una molla a trefoli e la deformazione λ di una molla a filo pieno
Sostituendo d "/d dall'equazione (417) in questa espressione, otteniamo
Il valore di [τ"]/[τ], come indicato sopra, è prossimo all'unità. Pertanto
Di seguito sono riportati i valori di λ"/λ calcolati da questa espressione per un diverso numero di filamenti n (durante la determinazione, il valore iniziale k = 6 è stato preso per k).
Come si può vedere, nell'ipotesi iniziale di uguaglianza del carico, il passaggio alle molle a trefoli prevede, per valori reali del numero di trefoli, un guadagno conforme al 35–125%.
Sulla fig. 904 mostra un diagramma riassuntivo della variazione dei fattori d "/d; λ" / λ e m "/m per molle a trefoli di uguale carico e di uguale resistenza in funzione del numero di anime.
Insieme all'aumento della massa con un aumento del numero di trefoli, dovrebbe essere preso in considerazione un aumento del diametro della sezione trasversale delle spire. Per il numero di trefoli entro n = 2–7, il diametro della sezione trasversale delle spire è, in media, del 60% più grande del diametro di un filo intero equivalente. Ciò porta al fatto che per mantenere il gioco tra le spire è necessario aumentare il passo e la lunghezza totale delle molle.
Il guadagno di snervamento fornito dalle molle multifilare può essere ottenuto in una molla unifilare. Per fare ciò, aumentare contemporaneamente il diametro D della molla; ridurre il diametro d del filo; aumentare il livello di sollecitazioni (ad es. vengono utilizzati acciai di alta qualità). In definitiva, una molla a filo singolo di uguale volume sarà più leggera, più piccola e molto più economica di una molla a più fili a causa della complessità della produzione di molle a più fili. A questo possiamo aggiungere i seguenti svantaggi delle molle a trefoli:
1) l'impossibilità (per molle a compressione) di un corretto riempimento delle estremità (molando le estremità della molla), che garantisce l'applicazione centrale del carico; c'è sempre una certa eccentricità del carico, che causa un'ulteriore flessione della molla;
2) complessità manifatturiera;
3) dispersione delle caratteristiche per motivi tecnologici; difficoltà nell'ottenere risultati stabili e riproducibili;
4) usura delle anime per attrito tra le spire, che si verifica con ripetute deformazioni delle molle e provoca un forte calo della resistenza a fatica delle molle. L'ultimo svantaggio esclude l'uso di molle a trefoli per carichi ciclici a lungo termine.
Le molle a trefoli sono applicabili per carichi statici e dinamici periodici con un numero limitato di cicli.
Gli elementi metallici e non metallici sono utilizzati come dispositivi elastici nelle sospensioni delle auto moderne. I più diffusi sono i dispositivi metallici: molle, balestre e barre di torsione.
Molla di sospensione per auto a rigidità variabile
I più utilizzati (soprattutto nelle sospensioni delle auto) sono molle elicoidali costituito da un tondino elastico in acciaio a sezione tonda.
Quando la molla è compressa lungo l'asse verticale, le sue spire si avvicinano e si attorcigliano. Se la molla ha una forma cilindrica, quando si deforma, la distanza tra le spire rimane costante e la molla ha una caratteristica lineare. Ciò significa che la deformazione di una molla elicoidale è sempre direttamente proporzionale alla forza applicata e la molla ha una rigidità costante. Se crei una molla attorcigliata da una barra di sezione variabile o dai alla molla una certa forma (a forma di botte o bozzolo), allora un tale elemento elastico avrà una rigidità variabile. Quando una tale molla viene compressa, le bobine meno rigide si avvicineranno per prime e, dopo che entrano in contatto, entreranno in gioco le bobine più rigide. Le molle a rigidità variabile sono ampiamente utilizzate nelle sospensioni delle moderne autovetture.
I vantaggi delle molle utilizzate come elementi elastici delle sospensioni includono il loro peso ridotto e la capacità di garantire un'elevata scorrevolezza della vettura. Allo stesso tempo, la molla non può trasmettere forze nel piano trasversale e il suo utilizzo richiede la presenza di un complesso dispositivo di guida nella sospensione.
Sospensione a balestra posteriore:
1 - occhio primaverile;
2 - boccola in gomma;
3 - parentesi;
4 - boccola;
5 - bullone;
6 - rondelle;
7 - dito;
8 - boccole in gomma;
9 - rondella elastica;
10 - dado;
11 - parentesi;
12 - boccola in gomma;
13 - boccola;
14 - piastra per orecchini;
15 - bullone;
16 - barra stabilizzatrice;
17 - foglio di radice;
18 - molle a balestra;
19 - compressione della corsa del tampone in gomma;
20 - scale;
21 - sovrapposizione;
22 - trave dell'asse posteriore;
23 - ammortizzatore;
24 - colletto;
25 - longherone del telaio;
26 - staffa stabilizzatrice;
27 - orecchino stabilizzatore
primavera a foglia fungeva da elemento elastico di sospensione anche sulle carrozze trainate da cavalli e sulle prime auto, ma continua ad essere utilizzato ancora oggi, seppur principalmente sui camion. Una tipica molla a balestra è costituita da un insieme di lamiere di acciaio per molle di varie lunghezze fissate insieme. La molla a balestra ha solitamente la forma di una semiellisse.
Metodi di fissaggio primaverili:
a - con orecchie attorcigliate;
b - su cuscini in gomma;
c - con falso occhio e supporto scorrevole
I fogli che compongono la molla hanno lunghezze e curvature diverse. Minore è la lunghezza del foglio, maggiore dovrebbe essere la sua curvatura, necessaria per un adattamento reciproco più stretto dei fogli nella molla assemblata. Con questo design, il carico sulla foglia più lunga (radicale) della molla viene ridotto. Le foglie a molla sono fissate insieme con un bullone centrale e morsetti. Con l'aiuto dell'anta principale, la molla è incernierata ad entrambe le estremità alla carrozzeria o al telaio e può trasferire le forze dalle ruote del veicolo al telaio o alla carrozzeria. La forma delle estremità del foglio di radice è determinata dal metodo di fissaggio al telaio (corpo) e dalla necessità di garantire una compensazione per le variazioni della lunghezza del foglio. Una delle estremità della molla deve poter girare e l'altra girare e muoversi.
Quando la molla è deformata, i suoi fogli si piegano e cambiano la loro lunghezza. In questo caso, i fogli sfregano l'uno contro l'altro e quindi richiedono lubrificazione e tra i fogli delle molle delle autovetture sono installate speciali guarnizioni antifrizione. Allo stesso tempo, la presenza di attrito nella molla consente di smorzare le vibrazioni del corpo e, in alcuni casi, consente di rinunciare all'uso di ammortizzatori nella sospensione. La sospensione a molla ha un design semplice, ma una grande massa, che determina la sua massima distribuzione nelle sospensioni dei camion e di alcuni fuoristrada. Per ridurre la massa delle sospensioni a molla e migliorare la scorrevolezza di marcia, a volte vengono utilizzate pochi lasciati e foglio unico molle con foglio di sezione a lunghezza variabile. Abbastanza raramente, nelle sospensioni vengono utilizzate molle in plastica rinforzata.
Sospensione a torsione. La sospensione posteriore della Peugeot 206 utilizza due barre di torsione collegate a bracci longitudinali. Il dispositivo di guida della sospensione utilizza bracci tubolari montati ad angolo rispetto all'asse longitudinale del veicolo.
Torsione- elemento elastico in metallo lavorato a torsione. Tipicamente, una barra di torsione è un'asta metallica solida di sezione trasversale circolare con rigonfiamenti alle estremità, su cui sono tagliate le fessure. Esistono sospensioni in cui le barre di torsione sono costituite da una serie di piastre o aste (auto ZAZ). Un'estremità della barra di torsione è fissata al corpo (telaio) e l'altra al dispositivo di guida. Quando le ruote si muovono, le barre di torsione si attorcigliano, fornendo un collegamento elastico tra la ruota e il corpo. A seconda del design della sospensione, le barre di torsione possono essere posizionate sia lungo l'asse longitudinale dell'auto (di solito sotto il pavimento) che trasversalmente. Le sospensioni della barra di torsione sono compatte e leggere e consentono la regolazione della sospensione pre-torcere le barre di torsione.
Gli elementi di sospensione elastici non metallici sono suddivisi in gomma, pneumatico e idropneumatico.
Elementi elastici in gomma sono presenti in quasi tutti i modelli di sospensione, ma non come quelli principali, ma come quelli aggiuntivi utilizzati per limitare il movimento delle ruote su e giù. L'utilizzo di fermi aggiuntivi in gomma (tamponi, paraurti) limita la deformazione dei principali elementi elastici della sospensione, aumentandone la rigidità durante i grandi spostamenti e prevenendo urti metallo su metallo. Di recente, gli elementi in gomma vengono sempre più sostituiti da dispositivi realizzati in materiali sintetici (poliuretano).
Elementi elastici di sospensioni pneumatiche:
a - tipo di manica;
b- doppi cilindri
A elementi elastici pneumatici vengono utilizzate le proprietà elastiche dell'aria compressa. L'elemento elastico è un cilindro in gomma rinforzata, in cui l'aria viene alimentata sotto pressione da uno speciale compressore. La forma delle molle ad aria può essere diversa. I cilindri a manica (a) e i cilindri doppi (a due sezioni) (b) si sono diffusi.
I vantaggi degli elementi di sospensione elastici pneumatici includono un'elevata scorrevolezza dell'auto, un peso ridotto e la capacità di mantenere un livello costante del pavimento della carrozzeria, indipendentemente dal carico del veicolo. Le sospensioni con elementi elastici pneumatici sono utilizzate su autobus, camion e automobili. La costanza del livello del pavimento della piattaforma di carico garantisce la comodità di carico e scarico di un camion e, per auto e autobus, la comodità di salire e scendere dai passeggeri. Per ottenere aria compressa su autobus e camion con sistema frenante pneumatico, vengono utilizzati compressori regolari azionati dal motore e compressori speciali vengono installati sulle auto, solitamente a trazione elettrica (Range Rover, Mercedes, Audi).
sospensione aerea. Sulle nuove auto Mercedes Classe E, al posto delle molle iniziarono ad essere utilizzati elementi elastici pneumatici.
L'uso di elementi elastici pneumatici richiede l'uso di un elemento di guida complesso e ammortizzatori nella sospensione. Le sospensioni con elementi elastici pneumatici di alcune moderne autovetture hanno un complesso controllo elettronico, che fornisce non solo un livello del corpo costante, ma anche un cambio automatico della rigidità delle singole molle pneumatiche in curva e in frenata, per ridurre il rollio e l'immersione, che generalmente aumenta il comfort di guida e la sicurezza.
Elemento elastico idropneumatico:
1 - gas compresso;
2 - corpo;
3 - liquido;
4 - alla pompa;
5 - all'ammortizzatore
L'elemento elastico idropneumatico è una camera speciale divisa in due cavità da una membrana elastica o pistone.
Una delle cavità della camera è riempita gas compresso(solitamente azoto) e l'altro liquido (olio speciale). Le proprietà elastiche sono fornite da un gas compresso, poiché il liquido non è praticamente comprimibile. Il movimento della ruota provoca il movimento del pistone situato nel cilindro pieno di liquido. Quando la ruota sale, il pistone spinge il fluido fuori dal cilindro, che entra nella camera e agisce sul diaframma di separazione, che muove e comprime il gas. Per mantenere la pressione richiesta nel sistema, vengono utilizzati una pompa idraulica e un accumulatore idraulico. Modificando la pressione del liquido che entra sotto la membrana dell'elemento elastico, è possibile modificare la pressione del gas e la rigidità della sospensione. Quando il corpo vibra, il fluido passa attraverso il sistema valvolare e sperimenta resistenza. L'attrito idraulico fornisce le proprietà di smorzamento della sospensione. Le sospensioni idropneumatiche offrono un'elevata scorrevolezza di marcia, la possibilità di regolare la posizione della carrozzeria e un efficace smorzamento delle vibrazioni. I principali svantaggi di tale sospensione includono la sua complessità e il costo elevato.
ELEMENTI ELASTICI. MOLLE
Le coppie di ruote dei carri sono collegate al telaio del carrello e al corpo del carro attraverso un sistema di elementi elastici e smorzatori di vibrazioni, chiamato sospensione a molla. La sospensione a molla grazie agli elementi elastici fornisce l'attenuazione degli urti e degli urti trasmessi dalle ruote alla carrozzeria, nonché grazie agli ammortizzatori, smorzando le vibrazioni che si verificano durante il movimento dell'auto. Inoltre (in alcuni casi), molle e molle trasmettono le forze di guida dal lato delle ruote al telaio del carrello del carro.
Quando una coppia di ruote supera qualsiasi asperità della strada (giunti, incroci, ecc.), si verificano carichi dinamici, inclusi carichi d'urto. aspetto esteriore carichi dinamici Contribuiscono anche i difetti del set di ruote: difetti locali delle superfici del battistrada, adattamento eccentrico della ruota sull'asse, squilibrio del set di ruote, ecc. In assenza di sospensioni a molla, la carrozzeria percepirebbe rigidamente tutti gli effetti dinamici e subirebbe grandi accelerazioni.
Gli elementi elastici posti tra le coppie di ruote e il corpo, sotto l'influenza della forza dinamica dal lato della coppia di ruote, si deformano e si impegnano movimenti oscillatori insieme al corpo, e il periodo di tali oscillazioni è molte volte più lungo del periodo di cambiamento della forza perturbatrice. Di conseguenza, le accelerazioni e le forze percepite dal corpo si riducono.
Considereremo l'effetto ammorbidente delle sospensioni a molla durante la trasmissione degli urti al corpo usando l'esempio del movimento di un'auto lungo un binario. Quando la ruota del carro rotola lungo il binario, a causa dell'irregolarità della rotaia e dei difetti della superficie di rotolamento della ruota, il corpo del carro, quando è collegato senza molle alle coppie di ruote, copierà la traiettoria della ruota (Fig. . un). La traiettoria del corpo vettura (linea a1-b1-c1) coincide con l'asperità della pista ( riga a-b-c). In presenza di sospensioni a molla, gli urti verticali (Fig. b) sono trasmessi alla carrozzeria attraverso elementi elastici, che, ammorbidendo e assorbendo parzialmente gli urti, garantiscono un funzionamento più calmo e regolare della vettura, proteggono il materiale rotabile e la pista da usura e danneggiamenti prematuri. In questo caso, la traiettoria del movimento del corpo può essere rappresentata dalla linea a1-b2-c2, che ha un aspetto più piatto rispetto alla linea da a a c. Come si può vedere dalla figura. b, il periodo di oscillazione del corpo sulle molle è molte volte maggiore del periodo di variazione della forza perturbatrice. Di conseguenza, le accelerazioni e le forze percepite dal corpo si riducono.
Le molle sono ampiamente utilizzate nella costruzione di automobili, nei carrelli di merci e autovetture, nei dispositivi di trazione a shock. Distinguere tra molle elicoidali e molle a spirale. Le molle elicoidali sono realizzate avvolgendo barre di acciaio a sezione tonda, quadrata o rettangolare. Le molle elicoidali sono di forma cilindrica e conica.
Varietà di molle elicoidali
a - cilindrico a sezione rettangolare dell'asta; b - asta cilindrica a sezione tonda; in - conico a sezione tonda dell'asta; g - conico a sezione rettangolare dell'asta
Nelle sospensioni a molla delle auto moderne, le molle elicoidali sono le più utilizzate. Sono facili da fabbricare, affidabili nel funzionamento e assorbono bene gli urti e gli urti verticali e orizzontali. Tuttavia, non possono smorzare le vibrazioni delle masse sospese del carro e vengono quindi utilizzati solo in combinazione con ammortizzatori di vibrazioni.
Le molle sono realizzate secondo GOST 14959. Le superfici di supporto delle molle sono rese piatte e perpendicolari all'asse. Per fare ciò, le estremità della molla grezza vengono tirate indietro di 1/3 della circonferenza della bobina. Di conseguenza, si ottiene una transizione graduale da una sezione rotonda a una rettangolare. L'altezza dell'estremità tirata della molla non deve essere superiore a 1/3 del diametro della barra d e la larghezza deve essere almeno 0,7 d.
Le caratteristiche di una molla cilindrica sono: il diametro dell'asta d, il diametro medio della molla D, l'altezza della molla negli stati Hsv libero e Hszh compresso, il numero di giri di lavoro np e l'indice m. La molla l'indice è il rapporto tra il diametro medio della molla e il diametro dell'asta, cioè t = D/g.
Molla cilindrica e suoi parametri
Il materiale per molle e molle deve avere un'elevata resistenza statica, dinamica, all'urto, sufficiente duttilità e mantenere la sua elasticità per tutta la vita della molla o della molla. Tutte queste proprietà del materiale dipendono dalla sua composizione chimica, dalla struttura, dal trattamento termico e dallo stato della superficie dell'elemento elastico. Molle e molle per vagoni sono realizzate in acciaio 55S2, 55S2A, 60S2, 60S2A (GOST 14959–79). Composizione chimica percentuale di acciaio: C = 0,52 - 0,65; Mn = 0,6 - 0,9; Si = 1,5 - 2,0; S, P, Ni non più di 0,04 ciascuno; Cr non più di 0,03. Proprietà meccaniche degli acciai bonificati 55S2 e 60S2: carico di rottura di 1300 MPa con un allungamento relativo del 6 e 5% e un restringimento della sezione trasversale rispettivamente del 30 e del 25%.
Nella produzione di molle e molle sono sottoposti a trattamento termico: tempra e rinvenimento.
La forza e la resistenza all'usura di molle e molle dipendono in misura maggiore dallo stato della superficie del metallo. Eventuali danni alla superficie (piccole crepe, cattività, tramonti, ammaccature, rischi e difetti simili) contribuisce alla concentrazione delle sollecitazioni sotto carico e riduce drasticamente il limite di resistenza del materiale. Per l'indurimento superficiale, le fabbriche utilizzano la granigliatura di molle a balestra e molle.
L'essenza di questo metodo risiede nel fatto che gli elementi elastici sono esposti all'azione di un getto di graniglia metallica con un diametro di 0,6–1 mm, espulso ad una velocità elevata di 60–80 m/s sulla superficie del foglia di primavera o primavera. La velocità del colpo è selezionata in modo tale che nel punto dell'impatto si crei una sollecitazione al di sopra del limite elastico, e questo provochi una deformazione plastica (indurimento) nello strato superficiale del metallo, che alla fine rafforza lo strato superficiale dell'elemento elastico.
Oltre alla granigliatura, l'indurimento delle molle può essere effettuato mediante tempra, che consiste nel mantenere le molle in uno stato deformato per un certo tempo. La molla è avvolta in modo tale che le distanze tra le spire nello stato libero siano rese di una certa quantità maggiori rispetto al disegno. Dopo il trattamento termico, la molla viene rimossa fino al contatto delle spire e mantenuta in questo stato da 20 a 48 ore, quindi viene riscaldata. Durante la compressione, si creano tensioni residue di segno opposto nella zona esterna della sezione trasversale dell'asta, per cui, durante il suo funzionamento, le sollecitazioni reali risultano essere inferiori a quelle che sarebbero senza prigionia.
Nella foto - nuove molle elicoidali
Avvolgimento primaverile
Controllo dell'elasticità della molla
Le molle cilindriche, a seconda del carico da esse percepito, sono realizzate a una o più file. Le molle a più file sono costituite da due, tre o più molle annidate una dentro l'altra. In doppia fila, la molla esterna è costituita da una barra di diametro maggiore, ma con un numero ridotto di giri, la molla interna è costituita da una barra di diametro minore e con un largo numero giri. In modo che quando compressi, le spire della molla interna non siano bloccate tra le spire di quella esterna, entrambe le molle siano avvolte in lati diversi. Nelle molle a più corone, anche le dimensioni delle barre diminuiscono dalla molla esterna a quella interna e il numero di spire aumenta di conseguenza.
Le molle a più corone consentono, a parità di dimensioni di una molla a una corona, di avere una maggiore rigidità. Le molle a due e tre file sono ampiamente utilizzate nei carrelli di autovetture e passeggeri, nonché negli ingranaggi di traino degli accoppiatori automatici. La caratteristica di potenza delle molle multifilare è lineare.
In alcuni modelli di molle a doppia fila (ad esempio, nei carrelli 18-578, 18-194), le molle esterne del set di molle sono più alte di quelle interne, per cui la rigidità della sospensione di un'auto vuota è 3 volte inferiore a quello di un'auto carica.
Molle installate sul carro
Ogni auto ha dettagli specifici che sono fondamentalmente diversi da tutti gli altri. Si chiamano elementi elastici. Gli elementi elastici hanno una varietà di design molto diversi tra loro. Si può quindi dare una definizione generale.
Gli elementi elastici sono parti la cui rigidità è molto inferiore rispetto al resto e le deformazioni sono maggiori.
A causa di questa proprietà, gli elementi elastici sono i primi a percepire urti, vibrazioni e deformazioni.
Molto spesso, gli elementi elastici sono facili da rilevare durante l'ispezione della macchina, come pneumatici in gomma, molle e molle, sedili morbidi per conducenti e conducenti.
A volte l'elemento elastico è nascosto sotto le spoglie di un'altra parte, ad esempio un sottile albero di torsione, un perno con un collo lungo e sottile, un'asta a pareti sottili, una guarnizione, un guscio, ecc. Tuttavia, anche in questo caso, un progettista esperto sarà in grado di riconoscere e utilizzare un tale elemento elastico "mascherato" proprio per la sua rigidità relativamente bassa.
Sul ferrovia a causa della gravità del trasporto, la deformazione delle parti del binario è piuttosto ampia. Qui gli elementi elastici, insieme alle molle del materiale rotabile, diventano effettivamente rotaie, traversine (soprattutto in legno, non in cemento) e il terreno del rilevato del binario.
Gli elementi elastici sono ampiamente utilizzati:
è per l'assorbimento degli urti (riduzione delle accelerazioni e delle forze inerziali durante gli urti e le vibrazioni dovute al tempo di deformazione dell'elemento elastico notevolmente più lungo rispetto alle parti rigide);
è creare forze costanti (ad esempio, rondelle elastiche e spaccate sotto il dado creano una forza di attrito costante nelle filettature, che impedisce l'autosvitamento);
è per la chiusura forzata dei meccanismi (per eliminare le lacune indesiderate);
è per l'accumulo (accumulo) di energia meccanica (molle di un orologio, la molla di un percussore di un'arma, l'arco di un arco, la gomma di una fionda, un righello piegato vicino alla fronte di uno studente, ecc.);
è per misurare le forze (i bilancieri a molla si basano sul rapporto tra peso e deformazione della molla di misura secondo la legge di Hooke).
Tipicamente, gli elementi elastici sono realizzati sotto forma di molle di vari modelli.
La distribuzione principale nelle macchine sono molle elastiche a compressione ed estensione. In queste molle le bobine sono soggette a torsione. La forma cilindrica delle molle è comoda per inserirle nelle macchine.
La caratteristica principale di una molla, come ogni elemento elastico, è la rigidità o la sua cedevolezza inversa. Rigidità K determinato dalla dipendenza della forza elastica F dalla deformazione X . Se questa dipendenza può essere considerata lineare, come nella legge di Hooke, allora la rigidità si trova dividendo la forza per la deformazione K =f/x .
Se la dipendenza è non lineare, come avviene nelle strutture reali, la rigidezza si trova come derivata della forza rispetto alla deformazione K =∂ F/ ∂ X.
Ovviamente, qui è necessario conoscere il tipo di funzione F =f (X ) .
Per carichi elevati, se è necessario dissipare l'energia delle vibrazioni e degli urti, vengono utilizzati pacchetti di elementi elastici (molle).
L'idea è che quando le molle composite o stratificate (molle) si deformano, l'energia viene dissipata a causa dell'attrito reciproco degli elementi.
Nello sviluppo di questa idea, su iniziativa dei dipendenti della nostra accademia, sulla strada Kuibyshev, le molle a tazza (rondelle) vengono utilizzate nei giunti bullonati dei rivestimenti dei giunti ferroviari. Le molle sono poste sotto i dadi prima del serraggio e forniscono elevate forze di attrito costanti nella connessione, oltre a scaricare i bulloni.
I materiali per elementi elastici dovrebbero avere elevate proprietà elastiche e, soprattutto, non perderle nel tempo.
I materiali principali per le molle sono acciai ad alto tenore di carbonio 65.70, acciai al manganese 65G, acciai al silicio 60S2A, acciaio al cromo-vanadio 50HFA, ecc. Tutti questi materiali hanno proprietà meccaniche superiori rispetto agli acciai strutturali convenzionali.
Nel 1967 a Samara Università aerospaziale Ha inventato e brevettato un materiale chiamato gomma metallica "MP". Il materiale è costituito da filo metallico accartocciato e aggrovigliato, che viene poi pressato nelle forme richieste.
Il colossale vantaggio della gomma metallica è che combina perfettamente la forza del metallo con l'elasticità della gomma e, inoltre, grazie al notevole attrito tra i fili, dissipa (smorza) l'energia delle vibrazioni, essendo un mezzo altamente efficace di protezione dalle vibrazioni.
È possibile regolare la densità del filo aggrovigliato e la forza di pressatura, ottenendo i valori specificati di rigidità e smorzamento della gomma metallica in un range molto ampio.
La gomma metallica ha indubbiamente un futuro promettente come materiale per la produzione di elementi elastici.
Gli elementi elastici richiedono calcoli molto precisi. In particolare, sono necessariamente contate sulla rigidità, poiché questa è la caratteristica principale.
Tuttavia, i progetti degli elementi elastici sono così diversi e i metodi di calcolo sono così complessi che è impossibile riportarli in una formula generalizzata. Soprattutto nell'ambito del nostro corso, che è finito qui.
DOMANDE DI PROVA
1. Su quali basi si possono trovare elementi elastici nella progettazione della macchina?
2. Per quali compiti vengono utilizzati gli elementi elastici?
3. Quale caratteristica dell'elemento elastico è considerata la principale?
4. Di quali materiali devono essere realizzati gli elementi elastici?
5. Come vengono utilizzate le molle di Belleville sulla strada di Kuibyshev?
| INTRODUZIONE………………………………………………………………………………… | |
| 1. QUESTIONI GENERALI DI CALCOLO DEI COMPONENTI DELLA MACCHINA………………………………………... | |
| 1.1. Righe di numeri preferiti………………………………………………………... | |
| 1.2. I criteri principali per la prestazione delle parti della macchina…………………… 1.3. Calcolo della resistenza a fatica a sollecitazioni alternate……….. | |
| 1.3.1. Tensioni variabili…………………………………………………….. 1.3.2. Limiti di resistenza…………………………………………………….. 1.4. Fattori di sicurezza…………………………………………………………. | |
| 2. INGRANAGGI MECCANICI…………………………………………………………………... 2.1. Informazione Generale…………………………………………………………………….. 2.2. Caratteristiche degli ingranaggi conduttori………………………………………………….. | |
| 3. INGRANAGGI ……………………………………………………………………….. 4.1. Condizioni di lavoro dei denti………………………………………………. 4.2. Materiali degli Ingranaggi…………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………4.3. Specie caratteristica distruzione dei denti…………………………………………… 4.4. Carico di progetto…………………………………………………………………. 4.4.1. Fattori di carico di progetto……………………………………. 4.4.2. Precisione degli ingranaggi……………………………………………….. 4.5. Ingranaggi cilindrici…………………………………………… | |
| 4.5.1. Forze impegnate……………………………………………………………. 4.5.2. Calcolo della resistenza alla fatica da contatto……………………. 4.5.3. Calcolo della resistenza alla fatica a flessione………………………… 4.6. Ingranaggi conici…………………………………………………… 4.6.1. Parametri principali………………………………………………………. 4.6.2. Forze impegnate……………………………………………………………. 4.6.3. Calcolo della resistenza alla fatica da contatto……………………… 4.6.4. Calcolo della resistenza a fatica in flessione……………………. | |
| 5. INGRANAGGI A SENZA FINE……………………………………………………………………………. 5.1. Informazioni generali…………………………………………………………………….. 5.2. Forze impegnate………………………………………………………………………. 5.3. Materiali degli ingranaggi a vite senza fine………………………………………………… 5.4. Calcolo della forza………………………………………………………………….. | |
| 5.5. Calcolo termico………………………………………………………………………. 6. ALBERI E ASSI……………………………………………………………………………………. 6.1. Informazioni generali…………………………………………………………………….. 6.2. Carico stimato e criterio di prestazione…………………………… 6.3. Calcolo di progetto di alberi………………………………………………………. 6.4. Schema di calcolo e procedura per il calcolo dell'albero………………………………………….. 6.5. Calcolo della resistenza statica……………………………………………………. 6.6. Calcolo della resistenza alla fatica………………………………………………….. 6.7. Calcolo degli alberi per rigidità e resistenza alle vibrazioni……………………………… | |
| 7. CUSCINETTI A RULLI ……………………………………………………………………… 7.1. Classificazione dei cuscinetti volventi…………………………………………… 7.2. Designazione dei cuscinetti secondo GOST 3189-89………………………………… 7.3. Caratteristiche dei cuscinetti a contatto obliquo………………………………… 7.4. Schemi di installazione dei cuscinetti sugli alberi………………………………………… 7.5. Carico stimato sui cuscinetti a contatto obliquo………………….. 7.6. Cause di guasto e criteri di calcolo………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Materiali delle parti del cuscinetto……..………………………………………. 7.8. Selezione dei cuscinetti in base alla capacità di carico statico (GOST 18854-94)…………………………………………………………………… | |
| 7.9. Selezione dei cuscinetti in base alla capacità di carico dinamico (GOST 18855-94)………………………………………………………………… 7.9.1. Dati iniziali……………………………………………………. 7.9.2. Criteri di selezione……………………………………………………….. 7.9.3. Caratteristiche della selezione dei cuscinetti………………………………….. | |
| 8. CUSCINETTI SEMPLICI………………………………………………………………. | |
| 8.1. Informazione Generale …………………………………………………………….. | |
| 8.2. Condizioni di funzionamento e modalità di attrito ………………………………………………… | |
| 7. FRIZIONI | |
| 7.1. Giunti rigidi | |
| 7.2. Giunti di compensazione | |
| 7.3. Giunti mobili | |
| 7.4. Giunti flessibili | |
| 7.5. Frizioni ad attrito | |
| 8. COLLEGAMENTI DI PARTI DI MACCHINA | |
| 8.1. Collegamenti permanenti | |
| 8.1.1. Giunti saldati | |
| Calcolo della resistenza delle saldature | |
| 8.1.2. Connessioni a rivetto | |
| 8.2. Connessioni staccabili | |
| 8.2.1. CONNESSIONI FILETTATE | |
| Calcolo della resistenza delle connessioni filettate | |
| 8.2.2. Connessioni a perno | |
| 8.2.3. Connessioni a chiave | |
| 8.2.4. Connessioni scanalate | |
| 9. Molle………………………………………… |
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