Файл: Быстрова, В. И. Проектирование механизмов и приборов для целлюлозно-бумажных производств учебное пособие.pdf

нии, п — число оборотов барабана; h — толщину пружины; Ь — ши­ рина; L — длину. С каждым оборотом барабана освобождается один виток. Таким образом, можно выразить число оборотов барабана « через числа витков пружины щ и «2, т. е. « = «i—«2. Если теперь вместо Hi и п2 подставить их выражения через геометрические раз­ меры пружины ri\— (R—n)//i; п2= (r2—r)/h, то получим выражение для определения числа оборотов барабана в виде функции от радиу­ сов т) и г2 при прочих постоянных параметрах. Причем радиус г2 можно выразить через гг приравняв объемы пружины в заведен­ ном и спущенном состоянии:

г2 = У — г\ -|- г2.

Проектирование заводной пружины с оптимальными параметрами сводится к расчету такой пружины, которая позволила бы полу­ чить максимальное число рабочих оборотов барабана при полном использовании пространства внутри него. Исходя из этого, число оборотов барабана « рассматривают как функцию от ги которая

Таким образом, для получения максимального числа оборотов ба­ рабана необходимо равенство внешнего радиуса заведенной пру­ жины внутреннему радиусу спущенной. Пружина, для которой вы­ полняется равенство (9.4), носит название нормальной заводной. Для нормальной заводной пружины имеют место следующие соотно­ шения: А\'г = 3, r/h=l3—15, Г!= г2=:0,745 R, « = 0,157 R/h, «, = = 0,255 R/h, «2=0,412 R/h.

Длину пружины можно определить, умножив длину среднего

Расчетное число витков, на которое надо закрутить пружину, чтобы

118

пружинного двигателя. Формула (9.5) дает значение момента за­ водной пружины с идеальным креплением ее концов, обеспечиваю­ щим чистый изгиб пружины при ее деформации. Для реальной за­ водной пружины момент спуска выражается следующей зависи­ мостью:

max 7WmaxKK,

где кк — коэффициент качества пружины, зависящий от способа крепления наружного конца пружины.

Значения коэффициента качества k ;i при различных способах крепления пружины

Для обеспечения плавной работы механизма желательно иметь по возможности близкие значения максимального момента спуска

М иш ах И минимального Mcnmta, Т. е. отношение У = У И СП max/Mcnniln должно быть близким к .единице. Обычно у=1,4ч-3. Таким обра­ зом, если задано v, из формулы (9.5) и подобия Д OEQ и EGF (рис. 78) можно выразить

где Ираб — рабочее число оборотов барабана пружинного двигателя,

ны ср. При заводе пружины момент М растет сначала быстро,

ному закону. Когда витки, концентрируясь около заводного валика, снова приходят в соприкосновение, момент достигает максимума.

119

При раскручивании пружины кривая спуска не совпадает с кривой завода вследствие потерь на трение между витками. Образуется гистерезисная петля. Работа, затрачиваемая на завод пружинного двигателя, соответствует на диаграмме площади ABCDH. Работа

К.п.д. пружинного двигателя зависит от качества поверхностей пру­ жины, смазки и концентричности раскручивания пружины. Для этого необходим правильный выбор способа крепления пружины к заводскому валику и к барабану. Обычно т) = 0,65 ч-0,95.

Различают пружинные двигатели с вращающимся барабаном и с неподвижным барабаном. Недостатком двигателя с неподвиж­ ным барабаном является то, что основное зубчатое колесо лишает­ ся вращающего момента во время завода двигателя.

С т а б и л и з а ц и я к р у т я щ е г о м о м е н т а п р у ж и н н о г о д в и г а т е л я . Для спиральных' заводных пружин характерно не-

постоянство момента пружины во времени. В начале работы пру­ жинного двигателя момент спуска имеет максимальное значение, затем падает. Однако очень часто требуется постоянный, строго определенный во времени момент, так как от этого зависит точ­ ность работы механизма. Для стабилизации крутящего момента существует несколько способов.

1. Применение пространственного кулачка — «улитки» (рис. 79). «Улитка» связана с вращающимся барабаном пружинного двига теля нерастяжимой металлической цепочкой или лентой. Крутя­ щий момент поддерживается постоянным на оси «улитки», так как в начале работы двигателя при большом значении момента спуска окружное усилие действует на малое плечо (при этом цепочка сматывается с малого радиуса «улитки» на барабан), а по мере спуска пружины плечо увеличивается. Радиус улитки рассчитыва­ ют таким образом, чтобы его значение возрастало соответственно падению момента пружинного двигателя.

120

3.Применение регуляторов скорости (гл. 11).

4.Использование вместо плоской спиральной заводной пружи­ ны желобчатой пружины (рис. 80). Пружина вставляется в бара­ бан выпуклой стороной к валику с целью получения наибольшего момента при спуске. Вынутая из барабана пружина снова приобре­

тает форму прямой. Опыты показали, что пружина, работающая з барабане в области упругих деформаций, перемещается плотным кольцом. Это и позволяет получить Mcn~'Const за счет изменения по определенному закону межвиткового давления, а следовав

Рис. 80. Желобчатая заводная пружина.

тельно, и межвиткового трения пружины в зависимости от оборо­ тов барабана. Характерны резкие изменения Мса в начале и в кон­ це спуска, так как желобчатая пружина работает всей своей дли­ ной сразу. Достаточно пол-оборота барабана (рис. 80), чтобы пру­ жина достигла Мс п const. Желобчатая \ пружина по сравнению с обычной плоской спиральной пружиной повышает Мсп за счет начального желоба и отсутствия свободных витков.

Безмоментные спиральные пружины

Безмоментные спиральные пружины (токоподводы) применяют­ ся в высокочувствительных приборах, где подвижные системы вы­ полнены в виде тончайшей ленты или кварцевых нитей. Подведе­ ние электрического питания непосредственно через упругие подвесы подвижных систем в таких случаях привело бы к изменению упру­ гих свойств подвесов, а следовательно, к погрешностям перемеще­ ния подвижных систем приборов.

Безмоментная пружина выполняется в один — три витка, наруж­ ный конец спирали максимально удаляется от оси для предотвра­ щения контакта витков. Электрическое сопротивление этой пружи­ ны должно удовлетворять известному выражению

12!

где р — удельное сопротивление материала токоподвода. Плотность тока, проходящего через безмоментную пружину, не должна пре­ вышать А —2 А/мм2Расчет безмоментных пружин ведется по фор­ мулам моментных пружин, при этом исходят из минимально воз­ можных моментов.

В качестве материалов для всех плоских спиральных пружин, рассмотренных выше, применяются бронзы оловянно-фосфорные (Бр ОФ6,5—0,4), оловянно-цинковые (Бр ОЦ4—3), а также нейзиль­ бер МНЦ 15—20. Для моментных и заводных пружин с большим моментом применяется пружинная лента из сталей У8А — У12А, 65Г, 60С2А и др. Для безмоментных токоподводов используются материалы с низкими упругими свойствами и высокой электропро­ водностью — серебро, золото, медь.

§ 4. ВИНТОВЫЕ ПРУЖИНЫ

Винтовые пружины нашли широкое применение в приборах и автоматических устройствах благодаря высокой надежности ра­ боты, удобству монтажа, компактности. Они применяются в двух разновидностях: винтовые пружины кручения, материал которых работает на изгиб, и винтовые пружины растяжения — сжатия, в материале которых возникают напряжения кручения и среза.

Винтовые пружины кручения

Они применяются для эластичного соединения деталей в затво­ рах в виде запорных пружин (например, для прижима собачек хра­ повых механизмов). Пружина создает противодействующий момент

d -V-324 31Ми

Значение диаметра d округляется до ближайшего большего по сортаменту проволоки. Диаметр пружины (D) принимают в зави­ симости от диаметра проволоки (d) в соотношении Д=(6-ь12)с?.

122