Resortes y otros elementos elásticos. Elementos elásticos. muelles. Figura 5. Elementos elásticos en ruedas dentadas

En este artículo, nos centraremos en las ballestas y los resortes como los tipos más comunes de elementos de suspensión elástica. También hay muelles neumáticos y suspensiones hidroneumáticas, pero sobre ellos más adelante por separado. No consideraré las barras de torsión como un material que no sea adecuado para la creatividad técnica.

Para empezar, conceptos generales.

Rigidez vertical.

La rigidez de un elemento elástico (resorte o resorte) significa cuánta fuerza se debe aplicar al resorte / resorte para empujarlo por unidad de longitud (m, cm, mm). Por ejemplo, una rigidez de 4 kg / mm significa que el resorte / resorte debe presionarse con una fuerza de 4 kg para que su altura disminuya en 1 mm. La rigidez también se mide a menudo en kg / cm y N / m.

Para medir aproximadamente la rigidez de un resorte o resorte en un garaje, puede, por ejemplo, pararse sobre él y dividir su peso por la cantidad de presión del resorte / resorte bajo el peso. Es más conveniente que el resorte ponga las orejas en el piso y se coloque en el medio. Es importante que al menos un ojal se pueda deslizar libremente por el suelo. Es mejor saltar un poco sobre el resorte antes de quitar la altura de deflexión para minimizar el efecto de fricción entre las hojas.

Carrera tranquila.

Ride es lo inestable que es un automóvil. El factor principal que influye en el "temblor" del automóvil es la frecuencia de las vibraciones naturales de las masas suspendidas del automóvil en la suspensión. Esta frecuencia depende de la relación de estas mismas masas y la rigidez vertical de la suspensión. Aquellos. Si la masa es mayor, entonces la rigidez puede ser mayor. Si la masa es menor, la rigidez vertical debería ser menor. El problema de los vehículos más ligeros es que, dada su rigidez favorable, la altura de conducción del vehículo sobre la suspensión depende en gran medida de la cantidad de carga. Y la carga es nuestro componente variable de la masa suspendida. Por cierto, cuanta más carga haya en el automóvil, más cómodo será (menos sacudidas) hasta que la suspensión esté completamente comprimida. Para el cuerpo humano, la frecuencia más favorable de vibraciones naturales es la que experimentamos al caminar de forma natural para nosotros, es decir. 0.8-1.2 Hz o (aproximadamente) 50-70 vibraciones por minuto. En realidad, en la industria automotriz que busca la independencia de la carga, se considera aceptable hasta 2 Hz (120 vibraciones por minuto). Convencionalmente, los automóviles cuyo equilibrio masa-rigidez se desplaza hacia una mayor rigidez y frecuencias de vibración más altas se denominan duros y los automóviles con una característica de rigidez óptima para su masa se denominan blandos.

El número de vibraciones por minuto para su suspensión se puede calcular usando la fórmula:

Dónde:

n - el número de vibraciones por minuto (es deseable lograr que sea 50-70)

C es la rigidez del elemento de suspensión elástica en kg / cm (¡Atención! En esta fórmula, kg / cm y no kg / mm)

F - masa de partes suspendidas que actúan sobre un elemento elástico dado, en kg.

Característica de rigidez vertical de la suspensión

La característica de la rigidez de la suspensión es la dependencia de la deflexión del elemento elástico (el cambio en su altura relativamente libre) f de la carga real sobre él F. Característica de ejemplo:

La sección recta es el rango cuando solo está funcionando el elemento elástico principal (resorte o resorte) La característica de un resorte o resorte convencional es lineal. Punto f st (que corresponde a F st): esta es la posición de la suspensión cuando el automóvil está parado sobre una superficie nivelada en orden de marcha con el conductor, el pasajero y el combustible. En consecuencia, todo hasta este punto es un movimiento de rebote. Todo lo que sigue es la carrera de compresión. Prestemos atención al hecho de que las características directas del resorte van mucho más allá de los límites de las características de suspensión en menos. Sí, el resorte evita que el tope de rebote y el amortiguador se aflojen por completo. Por cierto, sobre el limitador de rebote. Es él quien proporciona una disminución no lineal de la rigidez en la sección inicial del resorte trabajando contra la espalda. A su vez, el tope de carrera de compresión entra en funcionamiento al final de la carrera de compresión y, trabajando en paralelo al resorte, proporciona un aumento de rigidez y un mejor consumo de energía de la suspensión (la fuerza que la suspensión puede absorber con sus elementos elásticos)

Resortes cilíndricos (espirales).

La ventaja del resorte contra el resorte es que, en primer lugar, no hay absolutamente ningún rozamiento en él y, en segundo lugar, solo tiene una función puramente de elemento elástico, mientras que el resorte también sirve como dispositivo de guía (palancas) de la suspensión. Por lo tanto, el resorte se carga de una sola manera y tiene una larga vida útil. Los únicos inconvenientes de una suspensión de muelles en comparación con una ballesta son la complejidad y el alto precio.

El resorte cilíndrico es en realidad una barra de torsión retorcida en espiral. Cuanto más larga sea la barra (y su longitud aumenta con el diámetro del resorte y el número de vueltas), más blando será el resorte con el mismo grosor de la bobina. Al quitar las bobinas del resorte, lo hacemos más rígido. Al instalar 2 resortes en serie, obtenemos un resorte más suave. La rigidez total de los resortes conectados en serie: C \u003d (1 / C 1 + 1 / C 2). La rigidez total de los resortes que operan en paralelo es C \u003d C 1 + C 2.

Un resorte convencional generalmente tiene un diámetro que es mucho mayor que el ancho del resorte y esto limita la posibilidad de usar un resorte en lugar de un resorte en un vehículo originalmente de resorte. no cabe entre la rueda y el cuadro. Instalar un resorte debajo del marco tampoco es fácil. Tiene una altura mínima igual a su altura con todas las bobinas cerradas, además al instalar un resorte debajo del marco, perdemos la capacidad de fijar la suspensión en altura porque No podemos movernos hacia arriba o hacia abajo por la copa de resorte superior. Al instalar los resortes dentro del marco, perdemos la rigidez angular de la suspensión (que es responsable del balanceo de la carrocería en la suspensión). En Pajero lo hicieron, pero complementaron la suspensión con una barra estabilizadora para aumentar la rigidez angular. Un estabilizador es una medida obligatoria perjudicial, conviene no tenerlo en absoluto en el eje trasero, y en el delantero tratar de no tenerlo tampoco, o tenerlo, pero para que sea lo más blando posible.

Puede hacer un resorte de pequeño diámetro para que encaje entre la rueda y el cuadro, pero para que no gire, es necesario encerrarlo en un amortiguador, que proporcionará (a diferencia de la posición libre del resorte) una posición relativa estrictamente paralela de las copas superior e inferior. muelles. Sin embargo, con esta solución, el resorte en sí se vuelve mucho más largo y se requiere una longitud total adicional para el pivote del amortiguador superior e inferior. Como resultado, el bastidor del vehículo no se carga de la manera más favorable debido al hecho de que el punto de apoyo superior es mucho más alto que el larguero del bastidor.

Los puntales de amortiguador con resortes también son de 2 etapas con dos resortes de diferente rigidez instalados en serie. Entre ellos hay un control deslizante, que es la copa inferior del resorte superior y la copa superior del resorte inferior. Se mueve libremente (se desliza) sobre el cuerpo del amortiguador. Durante la conducción normal, ambos resortes funcionan y proporcionan poca rigidez. En caso de una fuerte rotura de la carrera de compresión de la suspensión, uno de los resortes se cierra y luego solo funciona el segundo resorte. La rigidez de un resorte es mayor que la de dos que trabajan en serie.

También hay resortes de barril. Sus bobinas tienen diferentes diámetros y esto permite aumentar la carrera de compresión del resorte. El cierre de las bobinas se produce a una altura de resorte mucho menor. Esto puede ser suficiente para colocar el resorte debajo del marco.

Los resortes helicoidales cilíndricos están disponibles con paso variable. A medida que avanza la compresión, las vueltas más cortas se cierran antes y dejan de funcionar, y cuantas menos vueltas, más rigidez. Así, se logra un aumento de rigidez cuando las carreras de compresión de la suspensión están cerca del máximo, y el aumento de rigidez es suave porque la bobina se cierra gradualmente.

Sin embargo, los tipos especiales de resortes son inaccesibles y el resorte es esencialmente un consumible. No es muy conveniente tener un consumible no estándar, difícil de obtener y costoso.

n - número de vueltas

С - rigidez del resorte

H 0 - altura libre

H s t - altura bajo carga estática

H exprimir - altura a plena compresión

f c t - deflexión estática

f comp - carrera de compresión

Hojas primaverales

La principal ventaja de los resortes es que realizan simultáneamente la función de elemento elástico y la función de dispositivo de guía y, por lo tanto, el bajo coste de la estructura. Sin embargo, esto tiene un inconveniente: varios tipos de carga a la vez: fuerza de empuje, reacción vertical y momento reactivo del puente. Los resortes son menos confiables y menos duraderos que los resortes helicoidales. El tema de los resortes como dispositivo de guía se discutirá por separado en la sección "Guías de suspensión".

El principal problema con los resortes es que es muy difícil ablandarlos lo suficiente. Cuanto más suaves son, más largos deben ser hechos y, al mismo tiempo, comienzan a arrastrarse por los voladizos y se vuelven propensos a una curva en forma de S. La curva en forma de S es cuando, bajo la acción del momento reactivo del puente (inverso al par en el puente), los resortes se enrollan alrededor del puente.

Los resortes también tienen fricción entre las láminas, lo que no es predecible. Su valor depende del estado de la superficie de las hojas. Además, todas las irregularidades del microperfil de la carretera, cuya magnitud de la perturbación no excede el valor de fricción entre las láminas, se transmiten al cuerpo humano como si no hubiera suspensión en absoluto.

Los muelles son de hojas múltiples y de hoja pequeña. Los de hojas pequeñas son mejores porque, dado que tienen menos hojas, hay menos fricción entre ellos. La desventaja es la complejidad de la fabricación y, en consecuencia, el precio. La hoja de un resorte de hoja pequeña tiene un grosor variable y esto está asociado con dificultades tecnológicas adicionales en la producción.

El resorte también puede ser de 1 hoja. No hay fricción en él en absoluto. Sin embargo, estos resortes son más propensos a la flexión en S y se suelen utilizar en suspensiones en las que el momento reactivo no actúa sobre ellos. Por ejemplo, en las suspensiones de ejes no motores o donde el engranaje reductor del eje motor está conectado al chasis y no a la viga del eje, por ejemplo, la suspensión trasera "De-Dion" en los vehículos con tracción trasera de la serie 300 de Volvo.

El desgaste por fatiga de las láminas se combate mediante la fabricación de láminas trapezoidales. La superficie inferior es más estrecha que la superior. Así, la mayor parte del espesor de la hoja trabaja en compresión y no en tensión, la hoja dura más.

La fricción se combate instalando inserciones de plástico entre las hojas en los extremos de las hojas. Al mismo tiempo, en primer lugar, las láminas no se tocan entre sí en toda su longitud y, en segundo lugar, se deslizan solo en un par de metal-plástico, donde el coeficiente de fricción es menor.

Otra forma de combatir la fricción es engrasar los resortes con mangas protectoras. Este método se utilizó en el GAZ-21 de la segunda serie.

DESDE La curva en S tiene problemas para hacer que el resorte no sea simétrico. El extremo delantero del resorte es más corto que el trasero y más puntales anti-flexión. Mientras tanto, la rigidez total del resorte no cambia. Además, para excluir la posibilidad de una curva en forma de S, se instala un empuje de chorro especial.

A diferencia del resorte, el resorte no tiene una dimensión de altura mínima, lo que simplifica enormemente la tarea para el constructor de suspensión aficionado. Sin embargo, se debe abusar de esto con extrema precaución. Si el resorte se calcula de acuerdo con la tensión máxima para compresión total hasta que sus bobinas se cierran, entonces el resorte es para compresión total, posible en la suspensión del automóvil para el que fue diseñado.

Tampoco se puede manipular el número de hojas. El hecho es que el resorte está diseñado como un todo en función de la condición de igual resistencia a la flexión. Cualquier violación conduce a la aparición de irregularidades de tensión a lo largo de la hoja (incluso si las hojas se agregan y no se quitan), lo que inevitablemente conduce a un desgaste prematuro y falla del resorte.

Todo lo mejor que se le ha ocurrido a la humanidad sobre el tema de los resortes de múltiples hojas está en los resortes del Volga: tienen una sección trapezoidal, son largos y anchos, asimétricos y con inserciones de plástico. También son más suaves que UAZ (en promedio) 2 veces. Los muelles de 5 hojas del sedán tienen una rigidez de 2,5 kg / mm y los muelles de 6 hojas de la camioneta tienen 2,9 kg / mm. Los resortes UAZ más suaves (Hunter-Patriot trasero) tienen una rigidez de 4 kg / mm. Para garantizar un rendimiento favorable, UAZ necesita 2-3 kg / mm.

La característica del resorte se puede hacer paso a paso utilizando un resorte o un cabezal. La mayoría de las veces, el elemento adicional no funciona y no afecta el desempeño de la suspensión. Se incluye en el trabajo con una gran carrera de compresión o cuando se golpea un obstáculo, o cuando la máquina está cargada. Entonces la rigidez total es la suma de las rigideces de ambos elementos elásticos. Como regla general, si es un travesaño, entonces se fija en el medio del resorte principal y, durante el proceso de compresión, los extremos se apoyan en topes especiales ubicados en el marco del automóvil. Si es un resorte, durante la compresión, sus extremos se apoyan contra los extremos del resorte principal. Es inaceptable que los resortes descansen contra la parte de trabajo del resorte principal. En este caso, se viola la condición de igual resistencia a la flexión del resorte principal y se produce una distribución desigual de la carga a lo largo de la hoja. Sin embargo, hay diseños (generalmente en SUV livianos) cuando la hoja inferior del resorte está doblada parte trasera y en el curso de la carrera de compresión (cuando el resorte principal toma una forma cercana a su forma), se adhiere a él y, por lo tanto, se acopla suavemente en el trabajo proporcionando una característica progresiva suave. Como regla general, dichos resortes están diseñados específicamente para las averías máximas de la suspensión y no para ajustar la rigidez del grado de carga en la máquina.

Elementos elásticos de goma.

Como regla general, los elementos elásticos de goma se utilizan como elementos adicionales. Sin embargo, hay diseños en los que el caucho sirve como elemento elástico principal, por ejemplo, el Rover Mini de estilo antiguo.

Sin embargo, estamos interesados \u200b\u200ben ellos sólo como otros, en personas comunes conocidas como "astilladoras". A menudo en los foros de automovilistas aparecen las palabras "la suspensión se abre paso hasta los parachoques" con el posterior desarrollo del tema sobre la necesidad de aumentar la rigidez de la suspensión. De hecho, para ello, estas gomas se instalan de manera que se pueda perforar antes que ellas, y cuando se comprimen, la rigidez aumenta proporcionando así el consumo de energía necesario de la suspensión sin aumentar la rigidez del elemento elástico principal, que se selecciona a partir de la condición de asegurar la necesaria suavidad de la marcha.

En los modelos más antiguos, los parachoques eran sólidos y generalmente tenían forma de cono. La forma del cono permite una respuesta progresiva suave. Las partes delgadas se encogen más rápido y cuanto más gruesas son el resto, más duro es el elástico.

Actualmente, los más extendidos son los parachoques escalonados, que alternan partes delgadas y gruesas. En consecuencia, al comienzo de la carrera, todas las partes se comprimen al mismo tiempo, luego las partes delgadas se juntan y continúan contrayéndose, solo las partes más gruesas cuya rigidez es mayor.Como regla general, estos parachoques están vacíos por dentro (aparentemente más anchos de lo habitual) y le permiten obtener un golpe más grande que los parachoques ordinarios. Dichos elementos se instalan, por ejemplo, en automóviles UAZ de nuevos modelos (Hunter, Patriot) y Gazelle.

Se instalan parachoques o topes de recorrido o elementos elásticos adicionales tanto para compresión como para rebote. Las unidades de rebote a menudo se instalan dentro de amortiguadores.

Ahora sobre los conceptos erróneos más comunes.

"El resorte se hundió y se volvió más suave": No, la tasa de resorte no cambia. Solo cambia su altura. Los giros se vuelven amigo más cercano a un amigo y el coche se va abajo.

"Los resortes están enderezados, por lo que se combaron": No, si los resortes están rectos, esto no significa que estén hundidos. Por ejemplo, en el dibujo de ensamblaje de fábrica del chasis UAZ 3160, los resortes son absolutamente rectos. En Hunter tienen una curva de 8 mm, apenas perceptible a simple vista, que, por supuesto, también se percibe como "muelles rectos". Para determinar si los resortes se han combado o no, puede medir algún tamaño característico. Por ejemplo, entre la superficie inferior del marco sobre el puente y la superficie de la media del puente debajo del marco. Debe ser de unos 140 mm. Y además. Estos manantiales no se conciben por casualidad. Cuando el eje se encuentra debajo del resorte, esta es la única forma en que pueden proporcionar una característica de flotabilidad favorable: al escora, no dirija el eje hacia el sobreviraje. Puede leer sobre el subviraje en la sección "Manejo del vehículo". Si de alguna manera (agregando láminas, forjando resores, agregando resortes, etc.) para lograr que se curven, entonces el automóvil será propenso a guiñar a alta velocidad y otras propiedades desagradables.

"Cortaré un par de vueltas del resorte, se hundirá y se volverá más suave": Sí, el resorte de hecho se acortará y es posible que cuando se instala en una máquina, la máquina se combe más que con un resorte completo. Sin embargo, en este caso, el resorte no se volverá más blando sino, por el contrario, más duro en proporción a la longitud de la barra aserrada.

“Agregaré resortes (suspensión combinada) a los resortes, los resortes se relajarán y la suspensión se volverá más suave. Durante la conducción normal, los resortes no funcionarán, solo los resortes funcionarán, y los resortes solo funcionarán con las averías máximas ": No, la rigidez en este caso aumentará y será igual a la suma de la rigidez del resorte y el resorte, lo que afectará negativamente no solo el nivel de comodidad, sino también la capacidad de cross-country (sobre el efecto de la rigidez de la suspensión en la comodidad más adelante). Para lograr una característica de suspensión variable mediante este método, es necesario doblar el resorte al estado libre del resorte y doblarlo a través de este estado (entonces el resorte cambiará la dirección de la fuerza y \u200b\u200bel resorte y el resorte comenzarán a trabajar en el resorte). Y, por ejemplo, para un resorte de hoja pequeña UAZ con una rigidez de 4 kg / mm y una masa suspendida de 400 kg por rueda, esto significa una elevación de suspensión de más de 10 cm. Incluso si este terrible levantamiento se lleva a cabo con un resorte, además de la pérdida de estabilidad del automóvil, la cinemática del resorte curvo hará que el automóvil sea completamente incontrolable (ver p. 2)

"Y yo (por ejemplo, además del artículo 4) reduciré el número de hojas en la primavera": Reducir el número de hojas en el resorte significa claramente una disminución en la rigidez del resorte. Sin embargo, en primer lugar, esto no significa necesariamente un cambio en su curvatura en estado libre, en segundo lugar, se vuelve más propenso a una curvatura en forma de S (enrollar el agua alrededor del puente por la acción del momento reactivo en el puente) y en tercer lugar, el resorte está diseñado como una "viga de igual resistencia flexión "(quien estudió" SoproMat ", él sabe lo que es). Por ejemplo, los resortes de 5 hojas del sedán Volga y los resortes de 6 hojas más rígidos de la camioneta Volga tienen solo la misma hoja de raíz. Parecería que en producción es más barato unificar todas las partes y hacer solo una hoja adicional. Pero esto no es posible porque si se viola la condición de igual resistencia a la flexión, la carga sobre las hojas de resorte se vuelve desigual en longitud y la hoja falla rápidamente en un área más cargada. (La vida útil se acorta). No recomiendo cambiar el número de hojas de un paquete, y más aún recoger resortes de hojas de diferentes marcas de coches.

"Necesito aumentar la rigidez para que la suspensión no atraviese los parachoques" o "el SUV debe tener una suspensión rígida". Bueno, en primer lugar, se les llama "astilladores" solo en la gente común. De hecho, estos son elementos elásticos adicionales, es decir se colocan allí específicamente para que puedan perforarse y para que al final de la carrera de compresión aumente la rigidez de la suspensión y se proporcione el consumo de energía necesario con una rigidez menor del elemento elástico principal (resortes / resortes). Con un aumento en la rigidez de los principales elementos elásticos, la permeabilidad también se deteriora. Parecería ¿cuál es la conexión? El límite de adherencia que se puede desarrollar en una rueda (además del coeficiente de fricción) depende de la fuerza con la que la rueda se presiona contra la superficie sobre la que se desplaza. Si el automóvil circula sobre una superficie plana, entonces esta fuerza de presión depende solo de la masa del automóvil. Sin embargo, si la superficie no está nivelada, esta fuerza comienza a depender de la característica de rigidez de la suspensión. Por ejemplo, imagine 2 automóviles de igual masa suspendida, 400 kg por rueda, pero con diferente rigidez de los resortes de suspensión 4 y 2 kg / mm, respectivamente, moviéndose sobre la misma superficie irregular. En consecuencia, al conducir a través de un desnivel con una altura de 20 cm, una rueda trabajó para la compresión en 10 cm y la otra para el rebote en los mismos 10 cm. Cuando el resorte con una rigidez de 4 kg / mm se expande en 100 mm, la fuerza del resorte disminuye en 4 * 100 \u003d 400 kg. Y solo tenemos 400 kg. Esto quiere decir que no hay tracción en esta rueda, pero si tenemos un diferencial abierto o un diferencial de fricción limitado (DOT) en el eje (por ejemplo, un tornillo "Quife"). Si la rigidez es de 2 kg / mm, entonces la fuerza del resorte ha disminuido solo en 2 * 100 \u003d 200 kg, lo que significa que 400-200-200 kg todavía están presionando y podemos proporcionar al menos la mitad del empuje en el eje. Además, si hay un bunker, y la mayoría tiene un coeficiente de bloqueo de 3, si hay algún tipo de tracción en una rueda con la peor tracción, se transmite 3 veces más par a la segunda rueda. Y un ejemplo: la suspensión UAZ más suave con resortes de hoja pequeña (Hunter, Patriot) tiene una rigidez de 4 kg / mm (resorte y resorte), mientras que el antiguo Range Rover tiene aproximadamente la misma masa que el Patriot, en el eje delantero 2,3 kg / mm, y en la espalda 2,7 kg / mm.

"Los automóviles de pasajeros con suspensión suave independiente deberían tener resortes más suaves".: No es necesario en absoluto. Por ejemplo, en una suspensión tipo MacPherson, los resortes realmente funcionan directamente, pero en suspensiones con doble horquilla (delantera VAZ-classic, Niva, Volga) mediante una relación de transmisión igual a la relación de la distancia del eje de la palanca al resorte y del eje de la palanca a la rótula. Con esta disposición, la rigidez de la suspensión no es igual a la rigidez del resorte. La tasa de resorte es mucho mayor.

"Es mejor usar resortes más rígidos para que el automóvil ruede menos y, por lo tanto, sea más estable": Ciertamente no de esa manera. Sí, de hecho, cuanto mayor es la rigidez vertical, mayor es la rigidez angular (que es responsable del balanceo de la carrocería bajo la acción de fuerzas centrífugas en las esquinas). Pero la transferencia de masas debido al balanceo de la carrocería tiene un efecto mucho menor en la estabilidad del automóvil que, digamos, la altura del centro de gravedad, que Jeepers a menudo arroja muy derrochando para levantar la carrocería solo para no cortar los arcos. El coche debe rodar, rodar no está mal. Esto es importante para la conducción informativa. La mayoría de los coches están diseñados con un balanceo estándar de 5 grados con una aceleración periférica de 0,4 g (dependiendo de la relación entre el radio de giro y la velocidad). Algunos fabricantes de automóviles utilizan un ángulo de balanceo más pequeño para crear la ilusión de estabilidad para el conductor.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n n 1. características generales resortes Los resortes se utilizan ampliamente en estructuras como dispositivos aislantes de vibraciones, amortiguadores, alternativos, tensores, dinamométricos y otros. Tipos de primavera. Por el tipo de carga externa percibida, se distinguen los resortes de tensión, compresión, torsión y flexión.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS nn muelles helicoidales (cilíndricos - tensión, Fig.1 a, compresión, Fig.1 b; torsión, Fig.1 c, forma-compresión, Fig.1 d-e), resortes especiales (disco y anillo, Fig. 2 ayb, - compresión; cordones y resortes, Fig. 2 c, - flexión; espiral, Fig. 2 d - torsión, etc.) Los más comunes son los resortes helicoidales hechos de alambre redondo.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n Los resortes de tensión (ver Fig. 1 a) se enrollan, por regla general, sin espacios entre las vueltas y, en la mayoría de los casos, con una tensión inicial (presión) entre las vueltas, que compensa parcialmente la carga externa. La tensión suele ser (0,25 - 0,3) Fp (Fnp es la fuerza de tracción máxima a la que las propiedades elásticas del material de resorte se agotan por completo).

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n Para transmitir cargas externas, dichos muelles están provistos de ganchos. Por ejemplo, para resortes de pequeño diámetro (3-4 mm), los ganchos se hacen en forma de las últimas vueltas dobladas (Fig. 3 a-c). Sin embargo, tales ganchos reducen la resistencia de los resortes de fatiga debido a la alta concentración de tensiones en los puntos de flexión. Para resortes críticos con un diámetro superior a 4 mm, se utilizan a menudo ganchos empotrados (Fig. 3 d-e), aunque son menos avanzados tecnológicamente.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n n Los muelles de compresión (ver Fig. 1 b) se enrollan con un espacio entre las vueltas, que debe ser un 10-20% más alto que los desplazamientos elásticos axiales de cada vuelta con la carga externa más alta. Los planos de apoyo de los resortes se obtienen presionando las últimas vueltas a las adyacentes y rectificándolas perpendicularmente al eje. Los resortes largos pueden volverse inestables (abultados) bajo carga. Para evitar el pandeo, dichos resortes generalmente se colocan en mandriles especiales (Fig. 4 a) o en vasos (Fig. 4 b).

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n n La coaxialidad de los muelles con las piezas acopladas se consigue instalando las espiras de apoyo en placas especiales, taladros en el cuerpo, ranuras (ver Fig. 4 c). Los resortes de torsión (ver Fig. 1 c) generalmente se enrollan con un pequeño ángulo de elevación y pequeños espacios entre las espiras (0,5 mm). Perciben la carga externa con la ayuda de los ganchos formados por la flexión de los giros finales.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n Principales parámetros de los muelles helicoidales. Los resortes se caracterizan por los siguientes parámetros principales (ver Fig. 1 b): diámetro del alambre do dimensiones de la sección; diámetro medio Do, índice c \u003d Do / d; el número n de turnos de trabajo; longitud Ho de la pieza de trabajo; paso t \u003d Ho / n vueltas, ángulo \u003d arco de vueltas de elevación. Los últimos tres parámetros se consideran en estado descargado y descargado.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n El índice del muelle caracteriza la curvatura de la bobina. No se recomienda utilizar resortes con índice c 3 debido a la alta concentración de tensiones en los giros. Normalmente, el índice de resorte se selecciona según el diámetro del alambre de la siguiente manera: para d 2,5 mm, d \u003d 3-5; 6-12 mm respectivamente c \u003d 5-12; 4-10; 4-9.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n Materiales. Los resortes helicoidales se fabrican enrollando en frío o en caliente, seguido del acabado de los extremos, tratamiento térmico y control. Los materiales principales para los resortes son: alambre de resorte especial de alta resistencia de clases 1, II y III con un diámetro de 0, 2-5 mm, así como acero: alto contenido de carbono 65, 70; manganeso 65 G; silíceo 60 C 2 A, cromo vanadio 50 HFA, etc.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n Los muelles destinados a funcionar en un entorno químicamente activo están hechos de aleaciones no ferrosas. Para proteger las superficies de las bobinas de la oxidación, los resortes responsables se barnizan o engrasan, y los resortes especialmente críticos se oxidan, y también se recubren con un revestimiento de zinc o cadmio.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n 2. Cálculo y diseño de muelles cilíndricos enrollados Tensiones en secciones y desplazamiento de espiras. Bajo la acción de la fuerza axial F (Fig.5 a), en la sección transversal de la bobina del resorte, surge una fuerza interna resultante F, paralela al eje del resorte, y el momento T \u003d FD 0/2, cuyo plano coincide con el plano del par de fuerzas F. La sección transversal normal de la bobina está inclinada a el plano del momento en un ángulo.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n Los factores de fuerza en la sección de un resorte cargado que se proyecta sobre los ejes x, y y z (Fig. 5, b), asociados a la sección normal de la bobina, la fuerza F y el momento T, obtenemos Fx \u003d F cos; Fn \u003d F sen (1) T \u003d Mz \u003d 0.5 F D 0 cos; Mx \u003d 0,5 F D 0 sen;

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n n El ángulo de subida de los giros es pequeño (normalmente 12). Por tanto, podemos asumir que la sección transversal del resorte trabaja en torsión, despreciando el resto de factores de fuerza. En la sección del bucle, la tensión tangencial máxima es (2) donde Wk es el momento de resistencia a la torsión de la sección del bucle

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n Teniendo en cuenta la curvatura de las bobinas y la relación (2), escribimos en forma de igualdad (1), (3) n donde F es la carga externa (tracción o compresión); D 0 es el diámetro medio del resorte; k - coeficiente que tiene en cuenta la curvatura de los giros y la forma de la sección (modificación de la fórmula para el giro de una barra recta); k es el esfuerzo de torsión punitivo permisible.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n El valor del coeficiente k para resortes de alambre redondo en el índice c 4 se puede calcular mediante la fórmula

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n Si tenemos en cuenta que para un cable de sección redonda Wk \u003d d 3/16, entonces (4) Para un resorte con un ángulo de elevación de 12, desplazamiento axial n F, (5)

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n donde n es el coeficiente de elasticidad del resorte axial. El cumplimiento del resorte se determina más fácilmente a partir de consideraciones energéticas. Energía potencial del resorte: donde T es el par en la sección del resorte de la fuerza F, G Jk es la rigidez torsional de la sección de la bobina (Jk 0, 1 d 4); l D 0 n - la longitud total de la parte de trabajo de los giros;

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS ny el coeficiente de elasticidad axial del resorte (7) n donde es la elasticidad axial de una vuelta (asentamiento en milímetros bajo la acción de una fuerza F \u003d 1 N),

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n determinado por la fórmula (8) n donde G \u003d E / 0, 384 E es el módulo de corte (E es el módulo de elasticidad del material del resorte).

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n De la fórmula (7) se deduce que el coeficiente de elasticidad del muelle aumenta con un aumento del número de vueltas (longitud del muelle), su índice (diámetro exterior) y una disminución del módulo de cizallamiento del material.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n Cálculo y diseño de muelles. El cálculo del diámetro del alambre se basa en la condición de resistencia (4). Para un valor dado del índice c (9) n donde F 2 es la mayor carga externa.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n Las tensiones admisibles [k] para los resortes de acero 60 C 2, 60 C 2 H 2 A y 50 HFA son: 750 MPa - bajo la acción de cargas variables estáticas o que cambian lentamente, así como para resortes de propósito irresponsable; 400 MPa: para resortes críticos cargados dinámicamente. Para resortes responsables cargados dinámicamente hechos de bronce [k] designan (0, 2-0, 3) en; para resortes de bronce irrelevantes - (0, 4- 0, 6) c.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n El número requerido de vueltas de trabajo se determina a partir de la relación (5) para un determinado desplazamiento elástico (carrera) del resorte. Si el resorte de compresión se instala con una precarga (carga) F 1, entonces (10) Dependiendo del propósito del resorte, la fuerza F 1 \u003d (0, 1- 0, 5) F 2. Al cambiar el valor de F 1, puede ajustar el tiro de trabajo del resorte. El número de vueltas se redondea a media vuelta en n 20 y a una vuelta en n\u003e 20.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n El número total de vueltas n n H 0 \u003d H 3 + n (t - d), (12) donde H 3 \u003d (n 1 - 0, 5) d es la longitud del resorte, comprimido hasta que las bobinas de trabajo adyacentes se toquen; t es el paso de primavera. norte norte norte 1 \u003d norte + (l, 5 -2, 0). (11) Se comprimen 1, 5-2 vueltas adicionales para crear superficies de apoyo para el resorte. En la Fig. 6 muestra la relación entre la carga y el asentamiento del resorte de compresión. Longitud total del resorte descargado n

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n El número total de vueltas se reduce en 0,5 debido al rectificado de cada extremo del muelle en 0,25 d para formar un extremo de apoyo plano. El asentamiento máximo del resorte, es decir, el movimiento del extremo del resorte hasta el contacto total de las bobinas (ver Fig.6), está determinado por la fórmula

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n n El paso del muelle se determina en función del valor de 3 a partir de la siguiente relación aproximada: Longitud del cable necesaria para la fabricación del muelle donde \u003d 6 - 9 ° es el ángulo de ascenso de las vueltas del muelle sin carga.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS nn Para evitar que el resorte se pandee por pandeo, su flexibilidad H 0 / D 0 debe ser menor de 2.5 Si por razones de diseño no se cumple esta restricción, entonces los resortes, como se indicó anteriormente, deben colocarse sobre mandriles o montarse en manguitos ...

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS nnn La longitud de instalación del resorte, es decir, la longitud del resorte después de apretarlo con la fuerza F 1 (ver Fig.6), está determinada por la fórmula H 1 \u003d H 0 - 1 \u003d H 0 - n F 1 bajo la acción de la mayor longitud de carga del resorte H 2 \u003d H 0 - 1 \u003d H 0 - n F 2 y la longitud mínima del resorte estará en una fuerza F 3 correspondiente a la longitud H 3 \u003d H 0 - 3

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n El ángulo de inclinación de la recta F \u003d f () con respecto al eje de abscisas (ver Fig.6) se determina a partir de la fórmula

RESORTES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n Para cargas altas y dimensiones reducidas, se utilizan resortes de compresión compuestos (ver Fig. 4, c), un conjunto de varios (generalmente dos) resortes ubicados concéntricamente que perciben simultáneamente una carga externa. Para evitar torsiones fuertes de los soportes de los extremos y distorsiones, los resortes coaxiales se enrollan en direcciones opuestas (izquierda y derecha). Los soportes están hechos de modo que se asegure el centrado mutuo de los resortes.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n Para distribuir uniformemente la carga entre ellos, es deseable que los muelles compuestos tengan los mismos asentamientos (desplazamientos axiales), y las longitudes de los muelles comprimidos hasta que las espiras se toquen, sean aproximadamente iguales. En estado descargado, la longitud de los resortes de tracción H 0 \u003d n d + 2 hz; donde hz \u003d (0, 5 - 1, 0) D 0 es la altura de un gancho. A la carga externa máxima, la longitud del resorte de tensión es N 2 \u003d N 0 + n (F 2 - F 1 *) donde F 1 * es la fuerza de la compresión inicial de las vueltas durante el bobinado.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n La longitud del alambre para la fabricación del resorte está determinada por la fórmula donde lz es la longitud del alambre para un remolque.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n Los muelles están muy extendidos, en los que en lugar de un alambre se utiliza un cable, trenzado de dos a seis alambres de pequeño diámetro (d \u003d 0,8 - 2,0 mm), - muelles multinúcleo. Por diseño, estos resortes son equivalentes a resortes concéntricos. Debido a su alta capacidad de amortiguación (debido a la fricción entre los hilos) y flexibilidad, los resortes trenzados funcionan bien en amortiguadores y dispositivos similares. Bajo la acción de cargas variables, los resortes trenzados fallan rápidamente por el desgaste de los conductores.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n En estructuras que operan bajo vibraciones y cargas de choque, a veces se utilizan resortes perfilados (ver Fig. 1, d-f) con una relación no lineal entre la fuerza externa y el desplazamiento elástico del resorte.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n Factores de seguridad. Bajo la acción de cargas estáticas, los resortes pueden fallar debido a deformaciones plásticas en las bobinas. Para deformaciones plásticas, el margen de seguridad es donde max son las tensiones tangenciales más grandes en la bobina del resorte, calculadas por la fórmula (3), con F \u003d F 1.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n Los resortes que operan bajo cargas variables durante mucho tiempo deben diseñarse para resistir la fatiga. Los resortes se caracterizan por una carga asimétrica, en la que las fuerzas cambian de F 1 a F 2 (ver Fig. 6). En este caso, en las secciones de las vueltas del voltaje

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n amplitud y esfuerzo medio del ciclo n Con respecto a los esfuerzos cortantes, factor de seguridad n donde K d es el coeficiente del efecto escala (para resortes de alambre d 8 mm es igual a 1); \u003d 0, 1- 0, coeficiente de asimetría de 2 ciclos.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n Límite de resistencia - 1 hilo con torsión alterna en ciclo simétrico: 300-350 MPa - para aceros 65, 70, 55 GS, 65 G; 400-450 MPa - para aceros 55 С 2, 60 С 2 А; 500-550 MPa - para aceros 60 C 2 KhFA, etc. Al determinar el factor de seguridad, el coeficiente de concentración de tensión efectiva K \u003d 1. La concentración de tensión se toma en cuenta por el coeficiente k en las fórmulas para las tensiones.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n En el caso de oscilaciones resonantes de resortes (por ejemplo, resortes de válvula), puede ocurrir un aumento en la componente variable del ciclo mientras m permanece sin cambios. En este caso, el margen de seguridad para tensiones alternas

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n Para aumentar la resistencia a la fatiga (en un 20-50%), los muelles se endurecen mediante granallado, lo que crea tensiones residuales de compresión en las capas superficiales de las curvas. Para el procesamiento de resortes, se utilizan bolas con un diámetro de 0.5-1.0 mm. El procesamiento de resortes con bolas de pequeño diámetro a altas velocidades de vuelo es más efectivo.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n Diseño de carga de choque. En varios diseños (amortiguadores, etc.), los resortes operan bajo cargas de impacto aplicadas casi instantáneamente (a alta velocidad) con una energía de impacto conocida. Las espiras individuales del resorte se encuentran por tanto a una velocidad considerable y pueden chocar peligrosamente. El cálculo de sistemas reales para cargas de choque está asociado con dificultades significativas (teniendo en cuenta el contacto, deformaciones elásticas y plásticas, procesos ondulatorios, etc.); por lo tanto, para aplicaciones de ingeniería, nos limitamos al método de cálculo de energía.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n n La tarea principal del cálculo de la carga de impacto es determinar el asentamiento dinámico (desplazamiento axial) y la carga estática, equivalente al impacto sobre un resorte de dimensiones conocidas. Considere el impacto de una varilla con masa m sobre un amortiguador de resorte (Fig. 7). Si despreciamos la deformación del pistón y suponemos que después del impacto, las deformaciones elásticas cubren instantáneamente todo el resorte, podemos escribir la ecuación de balance de energía en la forma donde Fd es la fuerza de gravedad de la varilla; K es la energía cinética del sistema después de la colisión,

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n determinados por la fórmula (13) n donde v 0 - la velocidad del pistón; - coeficiente de llevar la masa del resorte al lugar de colisión

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n n Si asumimos que la velocidad de movimiento de las espiras del resorte cambia linealmente a lo largo de su longitud, entonces \u003d 1/3. El segundo término en el lado izquierdo de la ecuación (13) expresa el trabajo del pistón después de la colisión con un asentamiento dinámico del resorte d. El lado derecho de la ecuación (13) es la energía potencial de deformación del resorte (con flexibilidad m), que se puede devolver descargando gradualmente el resorte deformado.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS En aplicación de carga instantánea v 0 \u003d 0; d \u003d 2 cucharadas. Una carga estática equivalente en efecto al impacto puede. calculado a partir de la relación n n

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n Los elementos elásticos de caucho se utilizan en el diseño de acoplamientos elásticos, soportes aislantes de vibraciones y ruidos y otros dispositivos para obtener grandes desplazamientos. Dichos elementos suelen transferir la carga a través de piezas metálicas (placas, tubos, etc.).

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n Ventajas de los elementos elásticos de caucho: capacidad de aislamiento eléctrico; alta capacidad de amortiguación (la disipación de energía en el caucho alcanza el 30-80%); la capacidad de almacenar más energía por unidad de masa que el acero para resortes (hasta 10 veces). Mesa 1 muestra los esquemas de diseño y fórmulas para la determinación aproximada de tensiones y desplazamientos para elementos elásticos de caucho.

MUELLES Y ELEMENTOS ELÁSTICOS n n Material de los elementos - caucho técnico con resistencia a la tracción (8 MPa; módulo de corte G \u003d 500-900 MPa. V últimos años los elementos elásticos neumoelásticos se están extendiendo.

ELEMENTOS ELÁSTICOS. MUELLES

Los juegos de ruedas de los automóviles están conectados al bastidor del bogie y a la carrocería del automóvil a través de un sistema de elementos elásticos y amortiguadores de vibraciones, llamado suspensión de resorte. La suspensión de muelles mediante elementos elásticos asegura el ablandamiento de los choques y los choques transmitidos por las ruedas a la carrocería, así como debido al trabajo de los amortiguadores, la amortiguación de las vibraciones derivadas del movimiento del automóvil. Además (en algunos casos), los resortes y resortes transfieren las fuerzas de dirección de las ruedas al bastidor del bogie del carro.
Cuando un juego de ruedas pasa por cualquier desnivel de la pista (juntas, cruces, etc.), surgen cargas dinámicas, incluidas cargas de choque. La aparición de cargas dinámicas también se ve facilitada por defectos en el juego de ruedas: defectos locales de las superficies de rodadura, excentricidad del aterrizaje de la rueda en el eje, desequilibrio del juego de ruedas, etc. En ausencia de suspensión de resorte, la carrocería percibiría rígidamente todas las influencias dinámicas y experimentaría grandes aceleraciones.
Los elementos elásticos ubicados entre los juegos de ruedas y el cuerpo, bajo la influencia de la fuerza dinámica del lado del juego de ruedas, se deforman y oscilan junto con el cuerpo, y el período de tales oscilaciones es muchas veces mayor que el período de cambio de la fuerza perturbadora. Como resultado, se reducen las aceleraciones y fuerzas absorbidas por el cuerpo.

Consideremos el efecto de ablandamiento de la suspensión de muelles en la transmisión de golpes a la carrocería usando el ejemplo del movimiento de un automóvil a lo largo de una vía férrea. Cuando una rueda de un carro rueda a lo largo de una vía férrea debido a una irregularidad del raíl y defectos en la superficie de rodadura de la rueda, el cuerpo del carro, cuando está conectado sin resorte a los juegos de ruedas, copiará la trayectoria de la rueda (Fig. un). La trayectoria del movimiento de la carrocería (línea a1-b1-c1) coincide con el desnivel de la vía ( línea a-c-c). En presencia de suspensión de muelles, los choques verticales (Fig. segundo) se transmiten a la carrocería a través de elementos elásticos que, al suavizar y absorber parcialmente los golpes, aseguran una conducción más silenciosa y suave del automóvil, protegen el material rodante y la vía del desgaste y daño prematuro. En este caso, la trayectoria del movimiento del cuerpo se puede representar mediante la línea a1-b2-c2, que tiene un aspecto más plano en comparación con la línea a en c. Como se ve en la Fig. segundo, el período de oscilación del cuerpo sobre los resortes es muchas veces más largo que el período de cambio en la fuerza perturbadora. Como resultado, se reducen las aceleraciones y fuerzas absorbidas por el cuerpo.

Los resortes se utilizan ampliamente en la construcción de automóviles, en bogies de automóviles de carga y pasajeros, en dispositivos de tracción de choque. Distinga entre resortes helicoidales y espirales. Los resortes helicoidales se fabrican rizando a partir de barras de acero de sección transversal redonda, cuadrada o rectangular. Los resortes helicoidales son de forma cilíndrica y cónica.

Variedades de resortes helicoidales.
a - cilíndrico con una sección rectangular de la barra; b - cilíndrico con una sección redonda de la barra; â - cónico con una sección redonda de la barra; d - cónico con una sección transversal rectangular de la barra

En la suspensión de resortes de los automóviles modernos, los resortes helicoidales son los más utilizados. Son fáciles de fabricar, fiables en su funcionamiento y absorben bien los choques e impactos verticales y horizontales. Sin embargo, no pueden amortiguar las vibraciones de las masas suspendidas del automóvil y, por lo tanto, solo se utilizan en combinación con amortiguadores de vibraciones.
Los resortes se fabrican de acuerdo con GOST 14959. Las superficies de apoyo de los resortes se hacen planas y perpendiculares al eje. Para ello, los extremos de la pieza de resorte se retraen 1/3 de la circunferencia de la bobina. Como resultado, se logra una transición suave de la sección redonda a la rectangular. La altura del extremo estirado del resorte no debe ser superior a 1/3 del diámetro de la barra d, y el ancho no debe ser inferior a 0,7 d.
Las características de un resorte cilíndrico son: el diámetro de la barra d, el diámetro promedio del resorte D, la altura del resorte en los estados libre Нсв y comprimido Нсж, el número de vueltas de trabajo nр y el índice т. El índice del resorte es la relación entre el diámetro promedio del resorte y el diámetro de la barra, es decir, t \u003d D / d.

Muelle cilíndrico y sus parámetros.

Material para resortes y resortes

El material para resortes y resortes debe tener una alta resistencia estática, dinámica, al impacto, suficiente ductilidad y mantener su elasticidad durante toda la vida útil del resorte o resorte. Todas estas propiedades de un material dependen de su composición química, estructura, tratamiento térmico y estado de la superficie del elemento elástico. Los resortes y resortes para automóviles están hechos de acero 55S2, 55S2A, 60S2, 60S2A (GOST 14959-79). La composición química de los aceros en porcentaje: C \u003d 0.52 - 0.65; Mn \u003d 0,6-0,9; Si \u003d 1,5 - 2,0; S, P, Ni no más de 0,04 cada uno; Cr no más de 0.03. Propiedades mecánicas de los aceros tratados térmicamente 55С2 y 60С2: resistencia a la tracción 1300 MPa con alargamiento relativo del 6 y 5% y estrechamiento del área de la sección transversal 30 y 25%, respectivamente.
En la fabricación de resortes y resortes se someten a un tratamiento térmico: endurecimiento y revenido.
La resistencia y durabilidad de los resortes y resortes depende en gran medida del estado de la superficie del metal. Cualquier daño a la superficie (pequeñas grietas, cautiverio, puestas de sol, abolladuras, riesgos y similares) contribuye a la concentración de tensión bajo cargas y reduce drásticamente el límite de resistencia del material. Para el endurecimiento de la superficie, las fábricas utilizan granallado de ballestas y resortes.
La esencia de este método radica en el hecho de que los elementos elásticos se someten a la acción de una corriente de perdigones metálicos con un diámetro de 0,6 a 1 mm, que se expulsa a una velocidad de 60 a 80 m / s sobre la superficie de una ballesta o un resorte. La velocidad de vuelo del disparo se selecciona de modo que se cree una tensión por encima del límite elástico en el lugar del impacto, y esto provoca una deformación plástica (endurecimiento por trabajo) en la capa superficial del metal, que finalmente refuerza la capa superficial del elemento elástico.
Además del granallado, los resortes se pueden endurecer mediante deflexión, que consiste en mantener los resortes en un estado deformado durante un tiempo determinado. El resorte está rizado de tal manera que las distancias entre las vueltas en el estado libre se hacen en una cierta cantidad más que según el dibujo. Después del tratamiento térmico, el resorte se retira hasta que las bobinas se tocan y se mantiene en este estado durante 20 a 48 horas, luego se calienta. Durante la compresión en la zona exterior de la sección transversal de la barra, se crean tensiones residuales de signo opuesto, como resultado de lo cual, durante su funcionamiento, las tensiones verdaderas resultan ser menores de lo que habrían sido sin volatilidad.

En la foto - nuevos resortes helicoidales.

Muelles helicoidales en estado caliente

Comprobación de primavera

Los resortes cilíndricos, dependiendo de la carga que toman, se hacen de una o varias filas. Los resortes de varias filas constan de dos, tres o más resortes anidados uno dentro del otro. En los de doble hilera, el muelle exterior está formado por una barra de mayor diámetro, pero con un número reducido de vueltas, el interior está formado por una barra de menor diámetro y con un gran número de vueltas. Para que durante la compresión las espiras del resorte interior no queden aprisionadas entre las espiras del exterior, ambos resortes se enrollan en diferentes direcciones. En los resortes de varias filas, las dimensiones de las varillas también disminuyen desde el resorte externo al interno, y el número de vueltas aumenta correspondientemente.

Los muelles de varias hileras permiten, con las mismas dimensiones que un muelle de una hilera, tener una mayor rigidez. Los resortes de dos y tres filas se utilizan ampliamente en bogies de vagones de mercancías y de pasajeros, así como en los engranajes de tiro de los acopladores automáticos. La característica de fuerza de los resortes de varias filas es lineal.
En algunos diseños de resortes de doble hilera (por ejemplo, en los bogies 18-578, 18-194), los resortes externos del juego de resortes son más altos que los internos, por lo que la rigidez de la suspensión de un automóvil vacío es 3 veces menor que la de uno cargado.

Los resortes están instalados en el automóvil

EN tiempos recientes nuevamente se comenzó a utilizar resortes de múltiples núcleos, bien conocidos en tecnología, pero poco utilizados, que consisten en varios alambres (núcleos) trenzados en cuerdas (Fig.902, I-V), de los cuales se enrollan resortes (compresión, tensión, torsión). Los extremos de la cuerda se escaldan para evitar que las venas se desenrollen. El ángulo de colocación δ (ver Fig. 902, I) generalmente se iguala a 20-30 °.

La dirección de torsión del cable se elige de modo que el cable se retuerza en lugar de desenrollarse durante la deformación elástica del resorte. Los resortes de compresión con la elevación derecha de los giros se hacen a partir de las cuerdas del tendido izquierdo y viceversa. Para los resortes de tensión, la dirección del tendido y la pendiente de los giros deben coincidir. En los muelles de torsión, la dirección del tendido es irrelevante.

La densidad de colocación, el tono de disposición y la tecnología de disposición proporcionan gran influencia sobre las características elásticas de los resortes trenzados. Después de que se coloca la cuerda, se produce un retroceso elástico, las venas se alejan entre sí. El enrollamiento de resortes, a su vez, cambia la disposición mutua de los núcleos de las vueltas.

En el estado libre de la primavera, casi siempre hay un espacio entre las venas. En las etapas iniciales de carga, los resortes trenzados actúan como alambres separados; su característica (fig. 903) tiene una forma plana.

Con un aumento adicional de las cargas, el cable se retuerce, las venas se juntan y comienzan a funcionar como un todo; aumenta la rigidez del resorte. Por este motivo, las características de los resortes trenzados tienen un punto de rotura (a) correspondiente al inicio del cierre de las vueltas.

La ventaja de los resortes trenzados se debe a lo siguiente. El uso de varios alambres delgados en lugar de uno masivo permite aumentar las tensiones calculadas debido a la mayor resistencia inherente a los alambres delgados. Una bobina compuesta de conductores de diámetro pequeño es más flexible que una bobina maciza equivalente, en parte debido al aumento de las tensiones permitidas y principalmente debido al valor más alto del índice c \u003d D / d para cada conductor individual, lo que afecta drásticamente la rigidez.

La característica plana de los resortes trenzados puede ser útil en varios casos cuando se requiere obtener grandes deformaciones elásticas en dimensiones axiales y radiales limitadas.

Otra característica distintiva de los resortes trenzados es la mayor capacidad de amortiguación debido a la fricción entre las bobinas durante la deformación elástica. Por lo tanto, dichos resortes se pueden utilizar para disipar energía, bajo cargas de choque, para amortiguar las vibraciones que ocurren bajo tales cargas; también contribuyen a la amortiguación automática de las vibraciones resonantes de las bobinas del resorte.

Sin embargo, el aumento de la fricción provoca un desgaste de los devanados, con una disminución de la resistencia a la fatiga del resorte.

Cuando evaluación comparativa La flexibilidad de los resortes trenzados y los resortes de un solo alambre a menudo comete un error al comparar resortes con la misma área de sección transversal (total para giros trenzados).

Esto no tiene en cuenta el hecho de que la capacidad de carga de los resortes trenzados, en igualdad de condiciones, es menor que la de los resortes de un solo alambre, y disminuye con un aumento en el número de núcleos.

La evaluación debe basarse en la condición de igual capacidad de carga. Solo entonces es correcto con un número diferente de núcleos. Según esta evaluación, los beneficios de los manantiales varados parecen ser más modestos de lo que cabría esperar.

Comparemos la flexibilidad de los resortes trenzados y los resortes de un solo alambre con el mismo diámetro promedio, número de vueltas, fuerza (carga) P y factor de seguridad.

En la primera aproximación, consideraremos un resorte trenzado como una serie de resortes que operan en paralelo con bobinas de sección pequeña.

El diámetro d "del núcleo de resorte trenzado en estas condiciones está relacionado con el diámetro d del alambre macizo por la relación

donde n es el número de núcleos; [τ] y [τ "] son \u200b\u200blos esfuerzos cortantes permisibles; kyk" son los coeficientes de forma del resorte (su índice).

Debido a la proximidad de las cantidades uno puede escribir

La relación de las masas de los resortes comparados.

o con sustitución del valor d "/ d de la ecuación (418)

Los valores de las relaciones d "/ d y m" / m, dependiendo del número de núcleos, se dan a continuación.

Como puede ver, la reducción en el diámetro del alambre para resortes trenzados no es en absoluto tan grande como para dar una ganancia significativa de resistencia incluso en la región de valores pequeños de dyd "(por cierto, esta circunstancia justifica la suposición anterior de que el factor está cerca de la unidad.

Relación entre la deformación λ "de un resorte trenzado y la deformación λ de un resorte de alambre completo

Sustituyendo d "/ d de la ecuación (417) en esta expresión, obtenemos

El valor de [τ "] / [τ], como se indicó anteriormente, es cercano a uno. Por lo tanto

Los valores λ "/ λ calculados a partir de esta expresión para un número diferente de núcleos n se dan a continuación (al determinar, se tomó el valor inicial k \u003d 6 para k).

Como puede ver, bajo el supuesto inicial de igualdad de carga, la transición a resortes trenzados proporciona una ganancia de acuerdo con los valores reales del número de núcleos de 35-125%.

En la Fig. 904 muestra un diagrama resumen del cambio en los factores d "/ d; λ" / λ y m "/ m para resortes trenzados igualmente cargados y de igual resistencia dependiendo del número de núcleos.

Junto con un aumento de masa a medida que aumenta el número de núcleos, se debe tener en cuenta un aumento en el diámetro de la sección de las espiras. Para el número de núcleos en el rango n \u003d 2-7, el diámetro de la sección transversal de las vueltas es en promedio un 60% mayor que el diámetro del alambre completo equivalente. Esto conduce al hecho de que para mantener el espacio entre las vueltas, es necesario aumentar el paso y la longitud total de los resortes.

Las ganancias de flexibilidad proporcionadas por los resortes trenzados se pueden obtener fácilmente en un solo resorte de alambre. Para ello, se aumenta simultáneamente el diámetro D del resorte; reducir el diámetro d del alambre; aumentar el nivel de tensión (es decir, utilizar aceros de alta calidad). En última instancia, un resorte de un solo alambre de flujo igual tendrá menos peso, dimensiones más pequeñas y será significativamente más barato que un resorte trenzado debido a la complejidad de la fabricación de resortes trenzados. A esto se suman las siguientes desventajas de los resortes trenzados:

1) la imposibilidad (para resortes de compresión) del correcto roscado de los extremos (rectificado de los extremos del resorte), proporcionando una aplicación central de la carga; siempre hay alguna excentricidad de la carga, lo que provoca una flexión adicional del resorte;

2) la complejidad de la fabricación;

3) disipación de características por razones tecnológicas; dificultad para obtener resultados consistentes y reproducibles;

4) Desgaste de los núcleos como consecuencia del rozamiento entre las espiras, que se produce con deformaciones repetidas de los resortes y provoca una caída brusca de la resistencia a la fatiga de los resortes. La última desventaja excluye el uso de resortes trenzados bajo cargas cíclicas a largo plazo.

Los resortes trenzados son adecuados para cargas estáticas y cargas dinámicas intermitentes con un número limitado de ciclos.

En la fabricación de instrumentos, se utilizan ampliamente resortes de diversas formas geométricas. Son planas, curvas, espirales, roscadas.

6.1. Resortes planos

6.1.1 Aplicación y diseño de resortes planos

Un resorte plano es una placa de flexión hecha de un material elástico. Durante la fabricación, se le puede dar una forma que sea conveniente para su colocación en la caja del dispositivo, mientras que puede ocupar poco espacio. Un resorte plano se puede fabricar con casi cualquier material de resorte.

Los resortes planos se utilizan ampliamente en varios dispositivos de contacto eléctrico. La más extendida es una de las formas más simples de resorte plano en forma de varilla recta, sujeta en un extremo (Fig. 6.1, a).

un - grupo de contacto del relé electromagnético; b - contacto inversor;

en - resortes de contacto deslizantes

Figura: 6.1 Resortes de contacto:

Con la ayuda de un resorte plano, se puede realizar un sistema de microinterruptor elástico cruzado, que proporciona una velocidad de respuesta suficientemente alta (Fig. 6.1, b).

Los resortes planos también se utilizan en dispositivos de contacto eléctrico como contactos deslizantes (Figura 6.1, c).

Los soportes y guías elásticos hechos de resortes planos no tienen fricción ni juego, no necesitan lubricación y no temen la contaminación. La falta de soportes y guías elásticos es la limitación de los movimientos lineales y angulares.

Se permiten desplazamientos angulares significativos mediante un resorte de medición en forma de espiral: un cabello. Los pelos se utilizan ampliamente en muchos instrumentos de medición eléctricos indicadores y están diseñados para seleccionar la reacción del mecanismo de transmisión del dispositivo. El ángulo de torsión del cabello está limitado tanto por razones de resistencia como en relación con la pérdida de estabilidad de la forma plana de curvatura del cabello en ángulos de torsión suficientemente grandes.

Los resortes de enrollamiento tienen forma de espiral, que actúan como motor.

Figura: 6.2 Métodos para fijar resortes planos

6.1.2 Cálculo de resortes planos y helicoidales

Los resortes planos rectos y curvos son una placa de una forma determinada (recta o curva), que se dobla elásticamente bajo la acción de cargas externas, es decir, trabaja para doblarse. Estos resortes se utilizan generalmente en los casos en que la fuerza actúa sobre el resorte dentro de una pequeña carrera.

Dependiendo de los métodos de sujeción y los lugares de aplicación de las cargas, se distinguen los resortes planos:

- trabajando como vigas en voladizo con una carga concentrada en el extremo libre (Fig. 6.2 a);

- trabajando como vigas, descansando libremente sobre dos soportes con una carga concentrada (Fig. 6.2 b);

- trabajando como vigas, un extremo de las cuales está fijo y el otro descansa libremente sobre un soporte con una carga concentrada (Fig. 6.2 c);

- trabajando como vigas, un extremo de las cuales está articulado y el otro descansa libremente sobre un soporte con una carga concentrada (Fig. 6.2 d);

- que son placas redondas fijadas en los bordes y cargadas en el medio (membranas) (Fig. 6.2 d).

un) discos compactos)

Al diseñar resortes de láminas planas, debe, si es posible, elegir para ellos las formas más simples que faciliten su cálculo. Los resortes planos se calculan mediante las fórmulas

Deflexión del resorte por carga en, m
Espesor del resorte en m
Ancho del resorte en m
	Establecido por condiciones de trabajo
Páginas	Seleccionado por
Deflexión del resorte de trabajo en m		constructivo
Longitud útil del resorte en m		consideraciones

Los resortes helicoidales generalmente se colocan en un tambor para darle al resorte ciertas dimensiones externas.