в технічному завданні зазначено вплив перевантаження вимірюється параметрами до 20% від межі вимірювання, то максимальні напруги в небезпечному перерізі можуть бути в 1,2 рази більше? max, тобто рівним 5,64 кПа, що значно менше максимально допустимих. Таким чином, розроблена мембрана задовольняє вимогу технічного завдання по міцності і може бути використана для всіх діапазонів вимірюваного параметра.
8. Розрахунок протидіє пружини
. 1 Матеріал і тип пружини
Гвинтові пружини застосовують у всіх галузях приладобудування. За своїм призначенням, конструкції, розмірами вони дуже різноманітні, однак найбільш часто зустрічаються циліндричні гвинтові пружини, звиті з дроту круглого поперечного перерізу.
Для пружин відповідального призначення, які повинні володіти більш високими пружними властивостями, застосовують гартувати стали і дисперсійно-твердіючі сплави. Пружини, навиті з цих матеріалів, проходять термообробку, в результаті чого матеріал отримує високі пружні та міцнісні властивості.
Виберемо кременисту сталь, що володіє наступними характеристиками:
Температура термообробки: загартування - 870, відпустка - 460;
Межа міцності - s в=1300 МПа;
Межа текучості - s 0,2=1200 МПа;
Межа витривалості - s - 1=500 МПа;
Відносне подовження -?=6%;
Відносне подовження -?=25%;
Модуль пружності - E=20,5 МПа, G=8 МПа.
Пружина використовується в датчику для створення зусилля поджатия. Надійність роботи потенціометричного датчика залежить від величини і сталості контактного тиску токоз'ємного щітки на обмотку потенціометра.
Для підвищення надійності контакту тиск щітки має бути можливо великим, щоб вона мала мінімальну можливість відриву від контактної поверхні при комутації. Але збільшення контактного тиску веде до збільшення шкідливого моменту тертя і до підвищення зносу.
Зусилля поджатия розрахуємо у відповідності з виразом:
Зусилля поджатия=2 · Сила поджатия
Сила поджатия щітки в потенціометрі визначається виразом:
Маси щіток лежать в межах 0.3 - 1 Г. Приймемо масу щітки Г.
Тоді сила поджатия Г · q.
Зусилля поджатия=2 · 2.5=5 Г · q.
З урахуванням плеча зусилля поджатия=0.003 · 5=0.015 Г · q.
.2 Розрахунок пружини
Розрахуємо циліндричну гвинтову пружину малого кроку.
Визначимо напруження і деформації при осьовому розтягу і стиску циліндричної пружини, навитої з прутка круглого перетину діаметра d (рис. 7 а). Конструктивно пружини розтягування і стиснення відрізняються оформленням їх кінців, але кінцеві витки при розрахунках пружин на міцність і жорсткість до уваги не приймаються.
Циліндричні пружини характеризуються середнім діаметром витка D, числом витків n, кутом підйому витків? і кроком пружини h.
Найбільше поширення в техніці мають пружини з невеликим кутом підйому гвинтової лінії (? lt; 5 °), звані пружинами малого кроку.
У пружинах малого кроку можна знехтувати підйомом витків і вважати довжину витка приблизно рівною? D, а сам виток - розташованим в площині, нормальній до осі пружини. Але в такому випадку, перетин прутка пружини площиною, що містить її вісь, можна розглядати як її поперечний переріз. Зазначені припущення покладені в основу наближеного розрахунку пружин.
Розділимо пружину осьовим перерізом на дві частини і відкинемо, одну з них. ?? з умови рівноваги решти (рис. 7 б) випливає, що внутрішні дотичні сили пружності в перетині пружини приводяться до перерізують силі Q=P і моменту Мк=PD/2.
Дотичні напруги, викликані крутінням, досягають максимуму у контурних точках перетину, а напруги від перерізують сили можна в першому наближенні вважати рівномірно розподіленими по площини перетину. У точці А контуру перетину сумарні дотичні напруження, як видно з рис. 8, досягають найбільшої величини
,
.
Для більшості пружин ставлення d/2D - величина мала в порівнянні з одиницею. Це говорить про те, що основним видом деформації для пружин є кручення, а зрізом можна знехтувати і обчислювати напруги в пружині за формулою
.
Рис. 7 Параметри пружини
Рис. 8. Сумарні дотичні напруження
Рис.9. Зміна поздовжніх розмірів
Зміна поздовжніх розмірів? (рис. 9) зручно визначити енергетичним методом, прирівнюючи роботу А статично прикладеної сили Р потенційної енергії деформації U пружини. Робота зовнішніх сил A=P?/2, а потенційна енергія накопичується, головним чином, за рахунок кручення прутка і тому м...
