Наша мастерская

ПРУЖИНА ПОД КОПИРКУ

28.04.2014

ПРУЖИНА ПОД КОПИРКУВ настоящее время в магазинах можно без проблем приобрести практически любые необходимые в домашнем хозяйстве изделия. В то же время внимание и творческие усилия самодеятельных конструкторов всё больше направляются на технически сложные объекты: тракторы, вездеходы, легковые автомобили и даже самолёты. Меняется и подход самодельщиков к реализации задуманных проектов; их не пугает необходимость самостоятельного изготовления сложных и точных деталей, к которым к тому же могут предъявляться жёсткие требования по прочности. Одним из таких типичных элементов, присутствующих практически во всех энергоёмких конструкциях, являются винтовые цилиндрические пружины растяжения или сжатия. В связи с этим многим нашим читателям будет интересно и, надеемся, полезно ознакомиться с методикой, разработанной украинским инженером В.В.Виниченко, которая поможет изготовлению ответственных пружин с необходимым качеством и точностью.

 

Предлагаемый способ навивки винтовых цилиндрических пружин реализуется на токарно-винторезном станке при помощи специального приспособления, состоящего из оправки и копира. В патроне станка крепится оправка с зацепом в виде отверстия в торце фланца для фиксирования начала пружинной проволоки. В резцедержатель устанавливается державка с копиром. Копир — это вал с нарезанной винтовой канавкой переменного шага, который свободно вращается в двух подшипниках. Канавки в начале и в конце копира обеспечивают навивку поджатых витков пружины, а центральная часть — навивку рабочих витков с необходимыми шагом и диаметром.
 
Державка копира представляет собой конструкцию, сваренную из 40-мм стальной пластины, усиленную ребром из 10-мм полосы, и двух корпусов подшипников. Правый корпус приварен к пластине, а левый крепится болтами М12 (для обеспечения возможности замены копира). Конкретные чертежи на державку не представлены, поскольку они диктуются типом токарно-винторезного станка и размерами навиваемой пружины. Изготовление пружины производится в следующей последовательности. Сначала заготовка — мерный отрезок проволоки отогнутым под 90° концом длиной 4 —- 5 d пропускается снизу под копиром и устанавливается в отверстие-зацеп оправки. Затем копир поворачивается вручную до совпадения начала канавки с положением проволоки. Её натяг и постоянный контакт с винтовой канавкой копира обеспечиваются значительным сопротивлением изгибу пружинной стали заготовки. Процесс формирования пружины начинается включением шпинделя станка на минимальных оборотах. Проволока навивается на оправку, а шаг задаётся винтовой канавкой вращающегося в подшипниках копира.
 
Схема навивки цилиндрических винтовых пружин с помощью копира
 
Схема навивки цилиндрических винтовых пружин с помощью копира:
 
1 —оправка; 2—съёмный корпус подшипника; 3—проволока; 4—ребро усиления; 5—пластина; 6—резццержатель токарно-винторезного станка; 7—приваренный корпус подшипника; 8 — копир; 9—трёхкулачковый патрон
 
Ниже приводится методика расчёта параметров оправки и копира, обеспечивающих необходимые размеры пружины.
 
Принятые обозначения при проведении расчётов.
 
Исходные данные (размеры пружины):
 
n — число рабочих витков;
 
n1 — полное число витков;
 
t — шаг рабочей части;
 
Do — внутренний диаметр;
 
Dср. — средний диаметр.
 
Параметры копира:
 
l — длина рабочей части;
 
Dкоп. — внутренний диаметр канавки;
 
Dнл. — диаметр нейтральной линии витков, навиваемых на оправку;
 
k = Dнл./Dкоп. — поправочный коэффициент;
 
Т — шаг винтовой линии рабочей части;
 
Тn — шаг винтовой линии заходной и выходной частей.
 
Оправка:
 
dопр. — диаметр.
 
Промежуточные расчётные величины:
 
L — длина одного витка пружины без учёта шага;
 
Dср.опр. — средний диаметр витков пружины, навитых на оправку;
 
X — табличный коэффициент для определения нейтральной линии при изгибе;
 
β — коэффициент, учитывающий пружинные свойства проволоки;
 
nопр. — число рабочих витков пружины, навиваемых на оправку с учётом упругости проволоки;
 
L1 —длина проволоки, проходящей по рабочей части копира;
 
L2 — длина проволоки рабочих витков пружины, навитых на оправку;
 
L3 — длина проволоки, навитой на оправку с учётом поджатых витков;
 
L4 — длина проволоки пружины согласно чертежу.
 
Решающее значение при расчёте имеет величина, учитывающая упругость проволоки при изгибе. Она используется при определении диаметра оправки и количества витков попр. Для определения значения этой величины рекомендуется следующая последовательность. В первом приближении изготавливается оправка диаметром Dо. На токарновинторезном станке на оправку навивается 5 — 10 витков проволоки с шагом подачи, приблизительно равным шагу пружины. При этом в резцедержатель устанавливается специальный ролик с канавкой. После навивки определяется угол раскручивания всех витков пружины ą, вычисляется угол, приходящийся на один виток и в заключение — коэффициент В = ą1/360°/, учитывающий упругость проволоки из заданного материала.
 
Параметры оправки и проволоки
 
Параметры оправки и проволоки
 
Копир, обеспечивающий навивку пружин с рабочими витками в центре и поджатыми — в начале и в конце пружины
 
Копир, обеспечивающий навивку пружин с рабочими витками в центре и поджатыми — в начале и в конце пружины:
 
1—центральная часть копира для навивки рабочих витков; 2 — концевая часть копира для навивки поджатых витков; 3 — штифт 08 (4 шт.); 4—винт М8 (4 шт.)
 
Ниже приведена методика на примере расчёта размеров копира и оправки для навивки пружины из стали 60С2А-В-1-ХН ГОСТ 14963-78 с параметрами: n = 9; n1 = 11; t= 14 мм; Dо = 42 ± 0,9 мм; d = 8 мм; Dср. =50 мм.
 
При заданных размерах пружины по вышеописанной методике экспериментально установлено увеличение дуги окружности одного витка на 30° после снятия с оправки диаметром 42 мм, что соответствует увеличению длины витка в 1,083 раза (β = 30° 360° = 0,083). Исходя из этого,
 
Dср.опр. = (L - βL)/ π = L (1 — β)/π = 157x0,917/3,14 = 46 мм,
 
где L = π Dср. = 3,14x50 = 157 мм;
 
dопр. = Dср.опр. — d = 46 — 8 = 38 мм
 
nопр. = 1,083n + 0,25 = 1,083 + 0,25= ~10,
 
где 0,25 — добавочная часть витка с учётом допуска числа рабочих витков.
 
Диаметр нейтральной линии витка на оправке (рис. 2) вычисляется по формуле:
 
Dнл. = dопр. + 2dX.
 
X — определяется по таблице [1] в зависимости от соотношения dопр./2d (в нашем случае 38/ (2x8) = 2,375)
 
Методом интерполяции и вычисляем X = 0,458 и округляем до 0,46.
 
Тогда Dнл = 45,36 мм.
 
Dкоп в первом приближении принимается равным Dо = 42 мм.
 
Тогда коэффициент k = Dил./Dкоп. = 45,36/42= 1,08.
 
Длина рабочей части копира: = t·n = 14x9 = 126 мм.
 
Расчётный шаг рабочей части копира:
 
Т = l/(nопр. k) = 126/(10x1,08) = 11,67 мм.
 
Полученный расчётный шаг рабочей части копира округляется до ближайшего шага подачи токарно-винторезного станка (Т = 12 мм), чтобы обеспечить возможность нарезки винтовой канавки. Для сохранения заданного шага пружины внутренний диаметр канавки копира пересчитывается из условия выбранного шага копира:
 
k = l/(Т nопр.) = 126/(12x10) = 1,05.
 
Тогда Dкоп. = Dнл./к = 45,36/1,05 = 43,2 мм.
 
Число витков заходной и выходной частей копира выбрано равным 1,5. Шаг канавки этих частей определяется по экспериментально установленной формуле:
 
Т = 0,875d = 0,875x8 = 7 мм, и принимается равным ближайшему шагу подачи на станке (7 мм).
 
Заходная и выходная части привариваются к оси копира или крепятся двумя штифтами диаметром 8 мм и двумя винтами М8. Сопряжение канавок заходной и выходной частей копира с канавкой рабочей части обрабатывается вручную соответствующим напильником, обеспечивая плавность перехода. Материал копира — сталь 45, термообработка — закалка до твёрдости HRC38...42.
 
 
Для проверки расчётов определяется длина проволоки:
 
L1 = Dкоп. π 1/Т = 43,2x3,14x126/12 = 1425 мм
 
и сравнивается с длиной проволоки:
 
L2 = Dнл. π nопр. = 45,36x3,14x10 = 1425 мм.
 
Также сравнивается длина проволоки:
 
L3 = Dнл. π (nопр. + 2x1,083) = 45,36x3,14(10+2x1,083) = 1733 мм с длиной проволоки:
 
L4 = (Dо +2d X) π n = (42 + 2x8x0,46) хЗ,14x11 = 1705 мм.
 
При правильном расчёте погрешность λ не должна превышать 2,5%. В нашем случае:
 
λ = (L3 — L4) 100%/L4 = (1733 — 1705)100/1705= 1,6%.
 
В. ВИНИЧЕНКО, г. Миргород




Рекомендуем почитать
  • КОГДА ОБЛОМИЛСЯ ВИНТ...

    КОГДА ОБЛОМИЛСЯ ВИНТ...С трудом отворачиваемая (как, впрочем, и трудноввинчиваемая) крепежная деталь (винт или шпилька) грозит многими неприятностями, как мелкими, так и крупными. К последним можно смело отнести обрыв в теле детали части шпильки или винта, поскольку извлечение остатка метиза из резьбового отверстия или гнезда детали — дело очень «тонкое», требующее большой аккуратности. Причин обрывов крепежных деталей может быть несколько: превышение крутящего момента затяжки; использование низкосортных резьбовых изделий; «прикипание» резьб детали и метиза вследствие коррозии или высокотемпературного нагрева и другие.

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.