Definição
A força que ocorre como resultado da deformação do corpo e da tentativa de devolvê-lo ao seu estado original é chamada força elástica.
Na maioria das vezes é denotado por $(\overline(F))_(upr)$. A força elástica aparece apenas quando o corpo é deformado e desaparece se a deformação desaparece. Se, após a remoção da carga externa, o corpo restaurar completamente seu tamanho e forma, essa deformação será chamada de elástica.
R. Hooke, contemporâneo de I. Newton, estabeleceu a dependência da força elástica da magnitude da deformação. Hooke duvidou da validade de suas conclusões por muito tempo. Em um de seus livros, ele deu uma formulação criptografada de sua lei. O que significava: "Ut tensio, sic vis" em latim: qual é o alongamento, tal é a força.
Considere uma mola sujeita a uma força de tração ($\overline(F)$) que é direcionada verticalmente para baixo (Fig. 1).
A força $\overline(F\ )$ é chamada de força de deformação. Sob a influência de uma força de deformação, o comprimento da mola aumenta. Como resultado, uma força elástica ($(\overline(F))_u$) aparece na mola, equilibrando a força $\overline(F\ )$. Se a deformação for pequena e elástica, então o alongamento da mola ($\Delta l$) é diretamente proporcional à força de deformação:
\[\overline(F)=k\Delta l\left(1\right),\]
onde no coeficiente de proporcionalidade chama-se rigidez da mola (coeficiente de elasticidade) $k$.
A rigidez (como propriedade) é uma característica das propriedades elásticas de um corpo que está sendo deformado. A rigidez é considerada a capacidade de um corpo resistir a uma força externa, a capacidade de manter seus parâmetros geométricos. Quanto maior a rigidez da mola, menos ela muda seu comprimento sob a influência de uma determinada força. O coeficiente de rigidez é a principal característica da rigidez (como propriedade de um corpo).
O coeficiente de rigidez da mola depende do material do qual a mola é feita e de suas características geométricas. Por exemplo, o coeficiente de rigidez de uma mola helicoidal enrolada, que é enrolada a partir de um fio redondo e submetida a deformação elástica ao longo de seu eixo, pode ser calculada como:
onde $G$ é o módulo de cisalhamento (valor dependendo do material); $d$ - diâmetro do fio; $d_p$ - diâmetro da bobina da mola; $n$ é o número de espiras da mola.
A unidade de medida para o coeficiente de rigidez no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o newton dividido pelo metro:
\[\left=\left[\frac(F_(upr\ ))(x)\right]=\frac(\left)(\left)=\frac(H)(m).\]
O coeficiente de rigidez é igual à quantidade de força que deve ser aplicada à mola para alterar seu comprimento por unidade de distância.
Sejam as molas $N$ conectadas em série. Então a rigidez de toda a junta é igual a:
\[\frac(1)(k)=\frac(1)(k_1)+\frac(1)(k_2)+\dots =\sum\limits^N_(\ i=1)(\frac(1) (k_i)\esquerda(3\direita),)\]
onde $k_i$ é a rigidez da mola $i-th$.
Quando as molas são conectadas em série, a rigidez do sistema é determinada como:
Exemplo 1
Exercício. A mola na ausência de carga tem um comprimento $l=0,01$ m e uma rigidez igual a 10 $\frac(N)(m).\ $Qual será a rigidez da mola e seu comprimento se a força agindo sobre ela a mola é $F$= 2 N ? Suponha que a deformação da mola seja pequena e elástica.
Solução. A rigidez da mola sob deformações elásticas é um valor constante, o que significa que em nosso problema:
Sob deformações elásticas, a lei de Hooke é cumprida:
De (1.2) encontramos o alongamento da mola:
\[\Delta l=\frac(F)(k)\left(1.3\right).\]
O comprimento da mola esticada é:
Calcule o novo comprimento da mola:
Responda. 1) $k"=10\ \frac(Н)(m)$; 2) $l"=0,21$ m
Exemplo 2
Exercício. Duas molas com rigidez $k_1$ e $k_2$ são conectadas em série. Qual será o alongamento da primeira mola (Fig. 3) se o comprimento da segunda mola for aumentado em $\Delta l_2$?
Solução. Se as molas estiverem conectadas em série, então a força de deformação ($\overline(F)$) que atua em cada uma das molas é a mesma, ou seja, pode-se escrever para a primeira mola:
Para a segunda mola escrevemos:
Se as partes esquerdas das expressões (2.1) e (2.2) forem iguais, as partes direitas também podem ser equacionadas:
Da igualdade (2.3) obtemos o alongamento da primeira mola:
\[\Delta l_1=\frac(k_2\Delta l_2)(k_1).\]
Responda.$\Delta l_1=\frac(k_2\Delta l_2)(k_1)$
Recentemente, eles voltaram a usar molas de longa data conhecidas na tecnologia, mas pouco usadas, compostas por vários fios (núcleos) torcidos em cordas (Fig. 902, I-V), a partir das quais as molas são enroladas (compressão, tensão, torção) . As extremidades do cabo são escaldadas para evitar o torcimento. O ângulo de assentamento δ (ver Fig. 902, I) é geralmente igual a 20-30 °.
A direção da torção do cabo é escolhida de modo que o cabo torça em vez de desenrolar quando a mola for deformada elasticamente. As molas de compressão com enrolamentos à direita são feitas de cordas de torção à esquerda e vice-versa. Para molas de tensão, a direção da torção e a inclinação das voltas devem coincidir. Nas molas de torção, a direção da torção é indiferente.
Densidade de lay, pitch de lay e tecnologia de lay grande influência nas características elásticas de molas trançadas. Depois que a corda é torcida, ocorre o recuo elástico, os núcleos se afastam um do outro. O enrolamento das molas, por sua vez, muda arranjo mútuo turnos vividos.
No estado livre da mola, quase sempre há um espaço entre os núcleos. Nos estágios iniciais de carregamento, as molas funcionam como fios separados; sua característica (Fig. 903) tem uma aparência suave.
Com um aumento adicional de cargas, o cabo se torce, os núcleos se fecham e começam a funcionar como um só; a rigidez da mola aumenta. Por esta razão, as características das molas trançadas possuem um ponto de ruptura (a) correspondente ao início do fechamento das bobinas.
A vantagem das molas trançadas é devido ao seguinte. A utilização de vários fios finos em vez de um maciço permite aumentar as tensões calculadas devido ao aumento da resistência inerente aos fios finos. Uma bobina composta por fios de pequeno diâmetro é mais flexível do que uma bobina maciça equivalente, em parte devido ao aumento das tensões admissíveis e principalmente devido a um valor mais alto para cada fio individual do índice c = D / d, que afeta drasticamente a rigidez.
A característica plana de molas trançadas pode ser útil em vários casos quando é necessário obter grandes deformações elásticas em dimensões axiais e radiais limitadas.
Outro característica distintiva molas trançadas - maior capacidade de amortecimento devido ao atrito entre as bobinas durante a deformação elástica. Portanto, tais molas podem ser usadas para dissipar energia, com cargas do tipo choque, para amortecer as vibrações que ocorrem sob tais cargas; eles também contribuem para o auto-amortecimento das oscilações ressonantes das bobinas da mola.
No entanto, o aumento do atrito causa desgaste nas bobinas, acompanhado por uma diminuição na resistência à fadiga da mola.
Em uma avaliação comparativa da flexibilidade de molas trançadas e molas de fio único, muitas vezes é cometido um erro ao comparar molas com a mesma área de seção transversal (total para bobinas trançadas).
Isso não leva em consideração o fato de que a capacidade de carga das molas trançadas, tudo o mais constante, é menor que a das molas de um fio e diminui com o aumento do número de núcleos.
A avaliação deve ser baseada na condição de capacidade de carga igual. Somente neste caso está correto com um número diferente de núcleos. Nesta avaliação, os benefícios das molas encalhadas parecem ser mais modestos do que se poderia esperar.
Vamos comparar a complacência de molas trançadas e uma mola monofio com o mesmo diâmetro médio, número de voltas, força (carga) P e margem de segurança.
Como primeira aproximação, consideraremos uma mola trançada como uma série de molas paralelas com bobinas de pequena seção transversal.
O diâmetro d" do núcleo de uma mola trançada nessas condições está relacionado ao diâmetro d do fio maciço pela razão
onde n é o número de núcleos; [τ] e [τ"] são tensões de cisalhamento admissíveis; k e k" são fatores de forma da mola (seu índice).
Pela proximidade dos valores 
à unidade pode ser escrito
A razão entre as massas das molas comparadas
ou substituindo o valor d "/d da equação (418)
Os valores das razões d "/d e m" / m, dependendo do número de núcleos, são fornecidos abaixo.
Como pode ser visto, a diminuição do diâmetro do fio para molas trançadas não é tão grande a ponto de dar um ganho significativo de resistência mesmo na faixa de pequenos valores de d e d" (a propósito, essa circunstância justifica a suposição acima de que o fator está próximo da unidade.
A razão entre a deformação λ" de uma mola trançada e a deformação λ de uma mola de arame sólido
Substituindo d "/d da equação (417) nesta expressão, obtemos
O valor de [τ"]/[τ], conforme indicado acima, é próximo da unidade.
Os valores de λ"/λ calculados a partir desta expressão para um número diferente de fitas n são dados abaixo (ao determinar, o valor inicial k = 6 foi tomado para k).
Como pode ser visto, sob a suposição inicial de igualdade da carga, a transição para molas trançadas fornece, para valores reais do número de pernas, um ganho de conformidade de 35 a 125%.
Na fig. 904 mostra um diagrama de resumo da mudança nos fatores d "/d; λ" / λ e m "/m para molas trançadas igualmente carregadas e de igual resistência, dependendo do número de núcleos.
Juntamente com o aumento da massa com o aumento do número de cordões, deve-se levar em consideração um aumento no diâmetro da seção transversal das espiras. Para o número de cordões dentro de n = 2–7, o diâmetro da seção transversal das espiras é, em média, 60% maior que o diâmetro de um arame inteiro equivalente. Isso leva ao fato de que, para manter a folga entre as bobinas, é necessário aumentar o passo e o comprimento total das molas.
O ganho de rendimento proporcionado pelas molas multifibra pode ser obtido em uma mola monofio. Para fazer isso, aumente simultaneamente o diâmetro D da mola; reduza o diâmetro d do fio; aumentar o nível de tensões (ou seja, aços de alta qualidade são usados). Em última análise, uma mola de fio único de volume igual será mais leve, menor e muito mais barata do que uma mola multifibra devido à complexidade de fabricação de molas multifibra. A isso, podemos adicionar as seguintes desvantagens das molas trançadas:
1) a impossibilidade (para molas de compressão) de enchimento correto das pontas (por trituração das pontas da mola), o que garante a aplicação central da carga; sempre há alguma excentricidade da carga, causando flexão adicional da mola;
2) complexidade de fabricação;
3) dispersão de características por motivos tecnológicos; dificuldade em obter resultados estáveis e reprodutíveis;
4) desgaste dos núcleos como resultado do atrito entre as bobinas, que ocorre com repetidas deformações das molas e provoca uma queda acentuada na resistência à fadiga das molas. A última desvantagem exclui o uso de molas trançadas para carregamento cíclico de longo prazo.
As molas trançadas são aplicáveis para carregamento estático e carregamento dinâmico periódico com um número limitado de ciclos.
Elementos metálicos e não metálicos são usados como dispositivos elásticos nas suspensões dos carros modernos. Os mais difundidos são os dispositivos metálicos: molas, molas de lâmina e barras de torção.
Mola de suspensão do carro com rigidez variável
Os mais utilizados (especialmente em suspensões de automóveis) são molas helicoidais feito de uma haste elástica de aço de seção redonda.
Quando a mola é comprimida ao longo do eixo vertical, suas bobinas se aproximam e torcem. Se a mola tiver uma forma cilíndrica, quando for deformada, a distância entre as bobinas permanecerá constante e a mola terá uma característica linear. Isso significa que a deformação de uma mola helicoidal é sempre diretamente proporcional à força aplicada, e a mola tem rigidez constante. Se você fizer uma mola torcida de uma barra de seção transversal variável ou der à mola uma certa forma (na forma de um barril ou casulo), esse elemento elástico terá uma rigidez variável. Quando tal mola é comprimida, as bobinas menos rígidas se aproximarão primeiro e, depois de entrarem em contato, as bobinas mais rígidas entrarão em ação. Molas de rigidez variável são amplamente utilizadas em suspensões de carros de passeio modernos.
As vantagens das molas usadas como elementos elásticos de suspensões incluem seu baixo peso e a capacidade de garantir alta suavidade do carro. Ao mesmo tempo, a mola não pode transmitir forças no plano transversal e seu uso requer a presença de um dispositivo de guia complexo na suspensão.
Suspensão de molas traseiras:
1 - olho de mola;
2 - bucha de borracha;
3 - suporte;
4 - bucha;
5 - parafuso;
6 - arruelas;
7 - dedo;
8 - buchas de borracha;
9 - arruela de mola;
10 - porca;
11 - suporte;
12 - bucha de borracha;
13 - bucha;
14 - placa de brinco;
15 - parafuso;
16 - barra estabilizadora;
17 - folha de raiz;
18 - molas de lâminas;
19 - compressão do curso do amortecedor de borracha;
20 - escadas;
21 - sobreposição;
22 - viga do eixo traseiro;
23 - amortecedor;
24 - colar;
25 - longarina do quadro;
26 - suporte estabilizador;
27 - brinco estabilizador
mola de folha serviu como elemento de suspensão elástica mesmo em carruagens puxadas por cavalos e nos primeiros carros, mas continua a ser usado hoje, embora principalmente em caminhões. Uma mola de lâmina típica consiste em um conjunto de folhas de aço de mola de vários comprimentos presas juntas. A mola de lâmina geralmente tem a forma de uma semi-elipse.
Métodos de fixação de mola:
a - com orelhas torcidas;
b - em almofadas de borracha;
c - com olho falso e suporte deslizante
As folhas que compõem a mola têm comprimentos e curvaturas diferentes. Quanto menor o comprimento da folha, maior deve ser sua curvatura, o que é necessário para um encaixe mútuo mais apertado das folhas na mola montada. Com este design, a carga na folha mais longa (radical) da mola é reduzida. As folhas da mola são fixadas com um parafuso central e grampos. Com a ajuda da folha principal, a mola é articulada em ambas as extremidades à carroceria ou estrutura e pode transferir forças das rodas do veículo para a estrutura ou carroceria. A forma das extremidades da folha de raiz é determinada pelo método de fixação à estrutura (corpo) e pela necessidade de garantir a compensação das mudanças no comprimento da folha. Uma das extremidades da mola deve ser capaz de girar e a outra de girar e se mover.
Quando a mola é deformada, suas folhas se dobram e mudam de comprimento. Nesse caso, as folhas esfregam umas nas outras e, portanto, requerem lubrificação, e juntas antifricção especiais são instaladas entre as folhas das molas dos carros de passeio. Ao mesmo tempo, a presença de atrito na mola permite amortecer as vibrações da carroceria e, em alguns casos, dispensa o uso de amortecedores na suspensão. A suspensão de mola tem um design simples, mas uma grande massa, o que determina sua maior distribuição na suspensão de caminhões e alguns carros off-road. Para reduzir a massa das suspensões de mola e melhorar a suavidade do passeio, às vezes elas são usadas poucas folhas e folha única molas com folha de seção de comprimento variável. Muito raramente, molas de plástico reforçado são usadas em suspensões.
Suspensão de torção. A suspensão traseira do Peugeot 206 usa duas barras de torção conectadas aos braços de arrasto. O dispositivo de guiamento da suspensão utiliza braços tubulares montados em ângulo com o eixo longitudinal do veículo.
Torção- elemento elástico de metal trabalhando na torção. Normalmente, uma barra de torção é uma haste de metal sólido de seção transversal circular com protuberâncias nas extremidades, nas quais as ranhuras são cortadas. Existem suspensões nas quais as barras de torção são feitas de um conjunto de placas ou hastes (carros ZAZ). Uma extremidade da barra de torção é fixada ao corpo (estrutura) e a outra ao dispositivo de guia. Quando as rodas se movem, as barras de torção torcem, proporcionando uma conexão elástica entre a roda e o corpo. Dependendo do design da suspensão, as barras de torção podem ser localizadas ao longo do eixo longitudinal do carro (geralmente sob o piso) e transversalmente. As suspensões da barra de torção são compactas e leves e permitem o ajuste da suspensão por pré-torção das barras de torção.
Os elementos de suspensão elástica não metálica são divididos em borracha, pneumática e hidropneumático.
Elementos elásticos de borracha estão presentes em quase todos os projetos de suspensão, mas não como os principais, mas como adicionais usados para limitar o movimento das rodas para cima e para baixo. O uso de batentes de borracha adicionais (buffers, bumpers) limita a deformação dos principais elementos elásticos da suspensão, aumentando sua rigidez em grandes deslocamentos e evitando impactos metal-metal. Recentemente, os elementos de borracha estão sendo cada vez mais substituídos por dispositivos feitos de materiais sintéticos (poliuretano).
Elementos elásticos de suspensões pneumáticas:
a - tipo manga;
b- cilindros duplos
NO elementos elásticos pneumáticos propriedades elásticas do ar comprimido são usadas. O elemento elástico é um cilindro feito de borracha reforçada, no qual o ar é fornecido sob pressão de um compressor especial. A forma das molas pneumáticas pode ser diferente. Cilindros do tipo manga (a) e cilindros duplos (duas seções) (b) tornaram-se difundidos.
As vantagens dos elementos de suspensão elástica pneumática incluem alta suavidade do carro, baixo peso e a capacidade de manter um nível constante do piso da carroceria, independentemente da carga do veículo. Suspensões com elementos elásticos pneumáticos são usadas em ônibus, caminhões e carros. A constância do nível do piso da plataforma de carga garante a conveniência de carregar e descarregar um caminhão, e para carros e ônibus - a conveniência de embarcar e desembarcar passageiros. Para obter ar comprimido em ônibus e caminhões com sistema de freio pneumático, são utilizados compressores regulares acionados pelo motor e compressores especiais são instalados em carros, geralmente com acionamento elétrico (Range Rover, Mercedes, Audi).
suspensão a ar. Nos novos carros Mercedes E-class, elementos elásticos pneumáticos começaram a ser usados em vez de molas.
O uso de elementos elásticos pneumáticos requer o uso de um elemento guia complexo e amortecedores na suspensão. As suspensões com elementos elásticos pneumáticos de alguns carros de passeio modernos têm controle eletrônico complexo, que fornece não apenas um nível constante da carroceria, mas também uma mudança automática na rigidez das molas pneumáticas individuais nas curvas e frenagens, para reduzir o rolamento e o mergulho da carroceria, que geralmente aumenta o conforto de condução e a segurança.
Elemento elástico hidropneumático:
1 - gás comprimido;
2 - corpo;
3 - líquido;
4 - para a bomba;
5 - para o amortecedor
O elemento elástico hidropneumático é uma câmara especial dividida em duas cavidades por uma membrana elástica ou pistão.
Uma das cavidades da câmara é preenchida gás comprimido(geralmente nitrogênio) e o outro líquido (óleo especial). As propriedades elásticas são fornecidas por um gás comprimido, uma vez que o líquido praticamente não é compressível. O movimento da roda provoca o movimento do pistão localizado no cilindro cheio de líquido. Quando a roda se move para cima, o pistão força o fluido para fora do cilindro, que entra na câmara e atua no diafragma de separação, que move e comprime o gás. Para manter a pressão necessária no sistema, são utilizadas uma bomba hidráulica e um acumulador hidráulico. Ao alterar a pressão do líquido que entra sob a membrana do elemento elástico, é possível alterar a pressão do gás e a rigidez da suspensão. Quando o corpo vibra, o fluido passa pelo sistema de válvulas e experimenta resistência. O atrito hidráulico fornece as propriedades de amortecimento da suspensão. As suspensões hidropneumáticas proporcionam alta suavidade de condução, a capacidade de ajustar a posição do corpo e amortecimento de vibração eficaz. As principais desvantagens de tal suspensão incluem sua complexidade e alto custo.
ELEMENTOS ELÁSTICOS. MOLAS
Os pares de rodas dos vagões são conectados à estrutura do bogie e à carroceria do vagão por meio de um sistema de elementos elásticos e amortecedores de vibração, chamado suspensão de mola. A suspensão da mola devido aos elementos elásticos proporciona mitigação de choques e choques transmitidos pelas rodas à carroceria, bem como devido aos amortecedores, amortecendo as vibrações que ocorrem durante o movimento do carro. Além disso (em alguns casos), molas e molas transmitem as forças de guiamento do lado das rodas para a estrutura do bogie do vagão.
Quando um par de rodas passa por qualquer irregularidade da estrada (juntas, cruzamentos, etc.), ocorrem cargas dinâmicas, incluindo cargas de choque. aparência cargas dinâmicas os defeitos do rodado também contribuem - defeitos locais das superfícies do piso, encaixe excêntrico da roda no eixo, desequilíbrio do rodado, etc. Na ausência de suspensão de mola, o corpo perceberia rigidamente todos os efeitos dinâmicos e experimentaria grandes acelerações.
Os elementos elásticos localizados entre os pares de rodas e a carroceria, sob a influência da força dinâmica da lateral do par de rodas, são deformados e comprometem movimentos oscilatórios junto com o corpo, e o período de tais oscilações é muitas vezes maior do que o período de mudança da força perturbadora. Como resultado, as acelerações e forças percebidas pelo corpo são reduzidas.
Consideraremos o efeito de amolecimento da suspensão da mola durante a transmissão de choques ao corpo usando o exemplo do movimento de um carro ao longo de uma ferrovia. Quando a roda do vagão rola ao longo da via, devido ao desnível do trilho e defeitos na superfície de rolamento da roda, o corpo do vagão, quando conectado sem molas aos pares de rodas, copiará a trajetória da roda (Fig. . uma). A trajetória da carroceria do carro (linha a1-b1-c1) coincide com a rugosidade da pista ( linha a-b-c). Na presença de suspensão de mola, choques verticais (Fig. b) são transmitidos à carroceria através de elementos elásticos que, suavizando e absorvendo parcialmente os choques, proporcionam um funcionamento mais calmo e suave do carro, protegem o material circulante e a pista de desgastes e danos prematuros. Nesse caso, a trajetória do movimento do corpo pode ser representada pela linha a1-b2-c2, que tem uma aparência mais plana em relação à linha a a c. Como pode ser visto a partir da fig. b, o período de oscilação do corpo nas molas é muitas vezes maior que o período de mudança da força perturbadora. Como resultado, as acelerações e forças percebidas pelo corpo são reduzidas.
As molas são amplamente utilizadas na construção de automóveis, em bogies de veículos de carga e de passageiros, em dispositivos de tração de choque. Distinguir entre molas helicoidais e molas espirais. As molas helicoidais são feitas enrolando barras de aço de seção transversal redonda, quadrada ou retangular. As molas helicoidais vêm em formas cilíndricas e cônicas.
Variedades de molas helicoidais
a - cilíndrico com seção retangular da haste; b - haste cilíndrica com seção redonda; em - cônico com uma seção redonda da haste; g - cônico com seção retangular da haste
Na suspensão de molas de carros modernos, as molas helicoidais são as mais utilizadas. São fáceis de fabricar, confiáveis na operação e absorvem bem os choques e impactos verticais e horizontais. No entanto, eles não podem amortecer as vibrações das massas suspensas do vagão e, portanto, são usados apenas em combinação com amortecedores de vibração.
As molas são feitas de acordo com GOST 14959. As superfícies de apoio das molas são planas e perpendiculares ao eixo. Para fazer isso, as extremidades do blank da mola são puxadas para trás em 1/3 da circunferência da bobina. Como resultado, é alcançada uma transição suave de uma seção redonda para retangular. A altura da extremidade esticada da mola não deve ser superior a 1/3 do diâmetro da barra d, e a largura deve ser de pelo menos 0,7d.
As características de uma mola cilíndrica são: o diâmetro da haste d, o diâmetro médio da mola D, a altura da mola nos estados Hsv livre e Hszh comprimido, o número de voltas de trabalho np e o índice m. A mola índice é a razão entre o diâmetro médio da mola e o diâmetro da haste, ou seja, t = D/d.
Mola cilíndrica e seus parâmetros
O material para molas e molas deve ter alta resistência estática, dinâmica, ao impacto, ductilidade suficiente e manter sua elasticidade durante toda a vida útil da mola ou mola. Todas essas propriedades do material dependem de sua composição química, estrutura, tratamento térmico e estado da superfície do elemento elástico. Molas e molas para vagões são feitas de aço 55S2, 55S2A, 60S2, 60S2A (GOST 14959–79). Composição química porcentagem de aço: C = 0,52 - 0,65; Mn = 0,6 - 0,9; Si = 1,5 - 2,0; S, P, Ni não superior a 0,04 cada; Cr não superior a 0,03. Propriedades mecânicas dos aços tratados termicamente 55S2 e 60S2: resistência última de 1300 MPa com alongamento relativo de 6 e 5% e estreitamento da área da seção transversal de 30 e 25%, respectivamente.
Na fabricação de molas e molas são submetidas a tratamento térmico - têmpera e revenimento.
A força e a resistência ao desgaste de molas e molas dependem em maior medida do estado da superfície do metal. Qualquer dano na superfície (pequenas rachaduras, cativeiro, sol, amassados, riscos e defeitos semelhantes) contribui para a concentração de tensões sob cargas e reduz drasticamente o limite de resistência do material. Para o endurecimento da superfície, as fábricas usam jateamento de molas e molas.
A essência deste método reside no fato de que os elementos elásticos são expostos à ação de uma corrente de granalha de metal com diâmetro de 0,6–1 mm, ejetada a uma alta velocidade de 60–80 m/s na superfície do folha de primavera ou primavera. A velocidade do tiro é selecionada de modo que no ponto de impacto seja criada uma tensão acima do limite elástico, e isso causa deformação plástica (endurecimento) na camada superficial do metal, o que acaba fortalecendo a camada superficial do elemento elástico.
Além do jateamento, o endurecimento das molas pode ser feito por endurecimento, que consiste em manter as molas em estado deformado por um determinado tempo. A mola é enrolada de tal forma que as distâncias entre as espiras no estado livre são feitas uma certa quantidade maior do que de acordo com o desenho. Após o tratamento térmico, a mola é retirada até que as bobinas se toquem e mantida nesse estado de 20 a 48 horas, depois é aquecida. Durante a compressão, tensões residuais de sinal oposto são criadas na zona externa da seção transversal da haste, como resultado, durante sua operação, as tensões reais acabam sendo menores do que seriam sem cativeiro.
Na foto - novas molas helicoidais
Enrolamento de primavera quente
Verificando a elasticidade da mola
As molas cilíndricas, dependendo da carga percebida por elas, são feitas de uma ou várias linhas. As molas de várias fileiras consistem em duas, três ou mais molas aninhadas uma dentro da outra. Na fila dupla, a mola externa é feita de uma barra de diâmetro maior, mas com um número pequeno de voltas, a mola interna é feita de uma barra de diâmetro menor e com um grande número voltas. Para que, quando comprimidas, as bobinas da mola interna não fiquem presas entre as bobinas da mola externa, ambas as molas são enroladas em lados diferentes. Nas molas de várias fileiras, as dimensões das barras também diminuem da mola externa para a interna, e o número de bobinas aumenta de acordo.
As molas multifileira permitem, com as mesmas dimensões de uma mola monofilar, ter maior rigidez. As molas de duas e três filas são amplamente utilizadas em bogies de carros de carga e passageiros, bem como engrenagens de tração de acopladores automáticos. A característica de potência das molas multifileira é linear.
Em alguns projetos de molas de duas carreiras (por exemplo, nos truques 18-578, 18-194), as molas externas do conjunto de molas são mais altas que as internas, devido às quais a rigidez da suspensão de um carro vazio é 3 vezes menor do que a de um carro carregado.
Molas instaladas no vagão
Cada carro tem detalhes específicos que são fundamentalmente diferentes de todos os outros. São chamados de elementos elásticos. Os elementos elásticos têm uma variedade de designs muito diferentes entre si. Portanto, uma definição geral pode ser dada.
Elementos elásticos são peças cuja rigidez é muito menor que as demais, e as deformações são maiores.
Devido a esta propriedade, os elementos elásticos são os primeiros a perceber choques, vibrações e deformações.
Na maioria das vezes, os elementos elásticos são fáceis de detectar ao inspecionar a máquina, como pneus de borracha, molas e molas, assentos macios para motoristas e motoristas.
Às vezes, o elemento elástico está escondido sob o disfarce de outra parte, por exemplo, um eixo de torção fino, um pino com um pescoço longo e fino, uma haste de parede fina, uma junta, uma concha etc. No entanto, também aqui um designer experiente poderá reconhecer e utilizar um elemento elástico tão "disfarçado" precisamente pela sua rigidez relativamente baixa.
No estrada de ferro devido à gravidade do transporte, a deformação das peças da via é bastante grande. Aqui, os elementos elásticos, juntamente com as molas do material circulante, tornam-se na verdade trilhos, travessas (especialmente de madeira, não de concreto) e o solo do aterro da via.
Elementos elásticos são amplamente utilizados:
è para absorção de choque (redução de acelerações e forças de inércia durante choques e vibrações devido ao tempo de deformação significativamente maior do elemento elástico em relação às partes rígidas);
è criar forças constantes (por exemplo, arruelas elásticas e bipartidas sob a porca criam uma força de atrito constante nas roscas, o que impede o autodesaperto);
è para fechamento forçado de mecanismos (para eliminar lacunas indesejadas);
è para a acumulação (acumulação) de energia mecânica (molas de relógio, mola de um percussor de arma, arco de arco, borracha de estilingue, régua dobrada perto da testa de um aluno, etc.);
è para medir forças (as balanças de molas são baseadas na relação entre o peso e a tensão da mola de medição de acordo com a lei de Hooke).
Normalmente, os elementos elásticos são feitos na forma de molas de vários designs.
A principal distribuição nas máquinas são as molas elásticas de compressão e extensão. Nessas molas, as bobinas estão sujeitas à torção. A forma cilíndrica das molas é conveniente para colocá-las em máquinas.
A principal característica de uma mola, como qualquer elemento elástico, é a rigidez ou sua complacência inversa. Rigidez K determinado pela dependência da força elástica F de deformação x . Se esta dependência pode ser considerada linear, como na lei de Hooke, então a rigidez é encontrada dividindo-se a força pela deformação K =f/x .
Se a dependência for não linear, como é o caso de estruturas reais, a rigidez é encontrada como a derivada da força em relação à deformação K =∂ f/ ∂ x.
Obviamente, aqui você precisa saber o tipo de função F =f (x ) .
Para grandes cargas, caso seja necessário dissipar a energia de vibração e choque, são utilizados pacotes de elementos elásticos (molas).
A ideia é que quando as molas compostas ou em camadas (molas) são deformadas, a energia é dissipada devido ao atrito mútuo dos elementos.
No desenvolvimento desta ideia, por iniciativa dos colaboradores da nossa academia, na Estrada Kuibyshev, são utilizadas molas de disco (arruelas) nas juntas aparafusadas dos revestimentos das juntas dos carris. As molas são colocadas sob as porcas antes do aperto e proporcionam altas forças de atrito constantes na conexão, além de descarregar os parafusos.
Materiais para elementos elásticos devem ter altas propriedades elásticas e, o mais importante, não perdê-las ao longo do tempo.
Os principais materiais para molas são aços de alto carbono 65,70, aços manganês 65G, aços silício 60S2A, aço cromo-vanádio 50HFA, etc. Todos esses materiais possuem propriedades mecânicas superiores em comparação aos aços estruturais convencionais.
Em 1967 em Samara Universidade Aeroespacial Inventou e patenteou um material chamado borracha metálica "MP". O material é feito de arame de metal amassado e emaranhado, que é então prensado nas formas necessárias.
A vantagem colossal da borracha metálica é que ela combina perfeitamente a força do metal com a elasticidade da borracha e, além disso, devido ao significativo atrito entre os fios, dissipa (amortece) a energia de vibração, sendo um meio altamente eficaz de proteção contra vibração.
A densidade do fio emaranhado e a força de prensagem podem ser ajustadas, obtendo os valores especificados de rigidez e amortecimento da borracha metálica em uma faixa muito ampla.
A borracha metálica, sem dúvida, tem um futuro promissor como material para a fabricação de elementos elásticos.
Elementos elásticos requerem cálculos muito precisos. Em particular, eles são necessariamente contados com rigidez, pois esta é a principal característica.
No entanto, os desenhos dos elementos elásticos são tão diversos e os métodos de cálculo são tão complexos que é impossível trazê-los em qualquer fórmula generalizada. Especialmente no âmbito do nosso curso, que está aqui.
PERGUNTAS DE TESTE
1. Com base em que elementos elásticos podem ser encontrados no projeto da máquina?
2. Para que tarefas são utilizados os elementos elásticos?
3. Qual característica do elemento elástico é considerada a principal?
4. De que materiais devem ser feitos os elementos elásticos?
5. Como as nascentes de Belleville são usadas na estrada Kuibyshev?
| INTRODUÇÃO………………………………………………………………………………… | |
| 1. QUESTÕES GERAIS DE CÁLCULO DE PEÇAS DE MÁQUINAS ………………………………………… | |
| 1.1. Linhas de números preferidos…………………………………………………… | |
| 1.2. Os principais critérios para o desempenho de peças de máquinas…………………… 1.3. Cálculo da resistência à fadiga em tensões alternadas……….. | |
| 1.3.1. Tensões variáveis……………………………………………….. 1.3.2. Limites de resistência……………………………………………….. 1.4. Fatores de segurança…………………………………………………. | |
| 2. ENGRENAGENS MECÂNICAS…………………………………………………………… 2.1. Informação geral……………………………………………………………….. 2.2. Características das engrenagens de acionamento…………………………………………….. | |
| 3. ENGRENAGENS ………………………………………………………………….. 4.1. Condições de trabalho dos dentes…………………………………………. 4.2. Materiais das Engrenagens………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………… 4.3. Espécies características destruição dos dentes……………………………………… 4.4. Carga de projeto…………………………………………………………. 4.4.1. Fatores de carga de projeto…………………………………. 4.4.2. Precisão das engrenagens…………………………………………….. 4.5. Engrenagens cilíndricas……………………………………… | |
| 4.5.1. Forças no engajamento ………………………………………………………. 4.5.2. Cálculo para resistência à fadiga de contato……………………. 4.5.3. Cálculo da resistência à fadiga à flexão……………………… 4.6. Engrenagens cônicas……………………………………………… 4.6.1. Parâmetros principais…………………………………………………. 4.6.2. Forças no engajamento ………………………………………………………. 4.6.3. Cálculo da resistência à fadiga de contato…………………… 4.6.4. Cálculo da resistência à fadiga na flexão……………………. | |
| 5. ENGRENAGENS SEM-FIM……………………………………………………………………. 5.1. Informações gerais……………………………………………………………….. 5.2. Forças no engajamento ………………………………………………………………. 5.3. Materiais das engrenagens helicoidais……………………………………………… 5.4. Cálculo de força…………………………………………………………….. | |
| 5.5. Cálculo térmico…………………………………………………………………. 6. EIXOS E EIXOS ………………………………………………………………………………. 6.1. Informações gerais……………………………………………………………….. 6.2. Carga estimada e critério de desempenho…………………………… 6.3. Cálculo de projeto de eixos…………………………………………………. 6.4. Esquema de cálculo e procedimento de cálculo do eixo……………………………………….. 6.5. Cálculo da resistência estática………………………………………………. 6.6. Cálculo da resistência à fadiga…………………………………………….. 6.7. Cálculo de eixos para rigidez e resistência à vibração…………………………… | |
| 7. ROLAMENTOS ………………………………………………………………… 7.1. Classificação dos rolamentos………………………………………… 7.2. Designação dos rolamentos de acordo com GOST 3189-89……………………………… 7.3. Características dos rolamentos de contato angular………………………………… 7.4. Esquemas de instalação de rolamentos em eixos……………………………………… 7.5. Carga estimada em rolamentos de contato angular………………….. 7.6. Causas de avaria e critérios de cálculo……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. Materiais das peças de rolamento……………………………………………. 7.8. Seleção de rolamentos de acordo com a capacidade de carga estática (GOST 18854-94)………………………………………………………………… | |
| 7.9. Seleção de rolamentos de acordo com a capacidade de carga dinâmica (GOST 18855-94)……………………………………………………………… 7.9.1. Dados iniciais……………………………………………………. 7.9.2. Base para a seleção………………………………………………….. 7.9.3. Características da seleção de rolamentos……………………………….. | |
| 8. MANCAIS DE LIMPEZA…………………………………………………………. | |
| 8.1. Informação geral …………………………………………………………….. | |
| 8.2. Condições de operação e modos de atrito ……………………………………………… | |
| 7. EMBREAGENS | |
| 7.1. Acoplamentos rígidos | |
| 7.2. Acoplamentos de compensação | |
| 7.3. Acoplamentos móveis | |
| 7.4. Acoplamentos flexíveis | |
| 7.5. Embreagens de fricção | |
| 8. CONEXÕES DAS PEÇAS DA MÁQUINA | |
| 8.1. Conexões permanentes | |
| 8.1.1. Juntas soldadas | |
| Cálculo da resistência das soldas | |
| 8.1.2. Conexões de rebites | |
| 8.2. Conexões destacáveis | |
| 8.2.1. CONEXÕES ROSQUEADAS | |
| Cálculo da resistência das conexões rosqueadas | |
| 8.2.2. Conexões de pinos | |
| 8.2.3. Conexões com chave | |
| 8.2.4. Conexões de spline | |
| 9. Molas…………………………………… |
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