Расчет и проектирование стального упругого элемента

В ГОСТ нормированы стали для автомобильных пружин и рессор, изготавливаемых горячим формообразованием. Винтовые пружины выполняются преимущественно из стальной проволоки классов I, II, IIa, III по ГОСТ 9389-75, а также из проволоки по ГОСТ 14963-78. В табл. 43 [8] приведены выдержки из стандарта ГОСТ 14959–69 для наиболее распространенных марок сталей. Марки сталей разбиты на группы в зависимости от прочности, что позволяет лучше видеть зависимость между временным сопротивлением, пределом текучести и удлинением. Добавка в качестве регулирующего элемента хрома или марганца улучшает прокаливаемость стали. Именно поэтому при большой толщине листов или при большем диаметре торсионов могут использоваться стали марок 50ХСА, 60С2Н2А, 60СГА и т.п.

В штампе чертежа указывается временное сопротивление, которое материал рессоры или пружины должен иметь после обработки с учетом поля допуска. Буква А после марки стали, означает, что сталь высококачественная, поэтому надпись в штампе чертежа будет иметь вид:

60С2А

σв =1500÷1600 Мпа.

Однако при расчете упругих элементов используется не временное сопротивление (σв), а напряжения, которые может выдержать материал при данном типе нагружения, т.е. при изгибе или кручении. Эти величины считаются допускаемыми верхними напряжениями, являясь функцией также указанных в табл. 22.4 [1] значений текучести σт. Уравнения для расчета допускаемых напряжений с учетом запаса прочности n и коэффициента b0 (который учитывает уменьшение прочности при толщине свыше 10 mm рис 2.10.6 [1]) будут иметь вид:

σв доп0»1,2 σт b0/n;

ttдоп0»0,63 σт b0/n.

Для пружинных сталей предел текучести при кручении составляет около tt=0,63 σт в отличие от углеродистых улучшаемых сталей по стандарту ДИН 17200, для которых tt=0,58 σт.

Для создания легких конструкций при достаточно полном использовании возможностей материала следует принимать запас прочности на уровне всего n=1,05…1,1. Превышение напряжений при проседании пружин и уменьшении высоты кузова практически невозможно в связи с наличием ограничителей хода.

Круглые прутки, используемые для изготовления винтовых пружин и торсионов, шлифуются, что обеспечивает высокую точность (допуск h9 по стандарту ИСО) и гладкую металлическую поверхность без концентраторов напряжения с высотой микронеровностей Rt£15 мкм. Перед завершающей операцией нанесения ударопрочного антикоррозионного покрытия осуществляется дробеструйная обработка готовой пружины, что позволяет устранить последние имеющиеся концентраторы напряжений и обеспечить требуемое сопротивление усталости. При использовании высококачественной стали допускаемые напряжения ttA могут быть рассчитаны по формуле:

ttA=ttw–0,159 ttm.

Предположив, что при пробое подвески напряжения в упругом элементе достигают предела текучести при кручении, вместо ttm подставляем ttF-ttA. В соответствии с табл. 1.1. [1] при знакопеременных нагрузках предел прочности при кручении ttw»0,29db. Используя характерную для пружинных сталей величину ttF»0,63dS, а также отношение предела текучести к временному сопротивлению g=dS/db»0,92, получаем:

ttA=ttw–0,159(ttF–ttA) »0,29 σв –0,159(0,63∙0,92∙ σв –ttA)»0,24 σв.

Кроме того, в расчет должны войти: запас прочности для защиты от поломок при усталости металла n=1,1, коэффициент уменьшения напряжений b1, который учитывает снижение прочности при диаметре более 10 мм. Для винтовых пружин дополнительно учитывается коэффициент k. В окончательной форме уравнение имеет следующий вид:

ttдопА»0,24 σв minb1/(nk).

Для определения прочности в него следует ввести минимальное значение указанного на чертеже поля допуска. При работе подвески редко используется весь ее ход. Преднамеренно учитывая при расчетах на прочность только часть зоны допускаемых нагрузок, принимают во внимание 90% хода подвески. Без этого пружины были бы слишком тяжелыми и неоправданно дорогими, что учитывается коэффициентом 0,9.

Статьи о транспорте:

Оценка надежности двигателя
По критерию Б.Я.Гинцбурга: ; Критерий А.К.Костина: ; Поскольку у рассчитываемого двигателя =2,03 кВт/см не превышает значения 2,8 кВт/см, а =8,97 — значения 9,0, то ориентировочно можно считать двигатель надежным. Тепловой баланс Общее количество теплоты введенное в цилиндр в Дж/с: ...

Расчет тяговых и тормозных характеристик подвижного состава
Тяговая характеристика ПС – это зависимость силы тяги на ободе колес от скорости движения. Сила тяги на ободе колес всех обмоторенных осей F∑, H, определяется по формуле FΣ = Fz Задаемся рядом скоростей ν графически по характеристикам F(I) определяем соответствующие значенияF и п ...

Определение максимального расстояния между пунктами экипировки
Рефрижераторный подвижной состав в пути следования должен проходить техническое обслуживание, экипироваться (хладагентом, компрессорным маслом, дистиллированной водой и другими материалами). Для этого на сети железных дорог располагаются соответствующие пункты в крупных узлах и на станциях погрузк ...