Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují s finanční podporou v Operačním programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Královéhradeckého kraje Modul 03-TP ing. Jan Šritr ing. Jan Šritr 2 1
ohybem Kovové pružiny krutem kombinovaně Pružiny tlakem Pryžové pružiny Pneumatické pružiny smykem krutem ing. Jan Šritr 3 Listové pružiny Pružnice Šroubovité pružiny zkrutné ohybem Spirálové pružiny Kovové pružiny krutem Šroubovité pružiny tlačné Šroubovité pružiny tažné kombinovaně Šroubovité pružiny kuželové Zkrutné tyče Talířové pružiny Evolutní pružiny Kroužkové pružiny ing. Jan Šritr 4 2
www.perovna.cz Výroba pružin ing. Jan Šritr 5 ing. Jan Šritr 6 3
Namáhání válcových těsně vinutých pružin: Uvažujme válcovou pružinu svinutou z drátu kruhového průřezu d, která je osově namáhána silou F. F D M K 2 U těsně vinutých pružin z tenkého drátu lze zanedbat též smykovou sílu T = F a uvažovat pouze krouticí moment vyvolávající napětí F D MK 2 8 F D Napětí musí opět vyhovovat 3 3 WK d d pevnostní podmínce max D 16 d n 2 3 s G 8 F 8 F F1 D K d D D d 3 1 4 3 K K i 0,2 i 1 i D d ing. Jan Šritr 7 ing. Jan Šritr 8 4
ing. Jan Šritr 9 ing. Jan Šritr 10 5
Šroubovité pružiny válcové tažné K s i i 0,2 1 kde: c... poměr vinutí (c=d/d; c=d/b) [-] b... šířka drátu *mm+ d... průměr drátu *mm+ D... střední průměr pružiny *mm+ F... zatížení pružiny *N+ F 0... síla vnitřního předpětí *N+ G... modul pružnosti ve smyku *MPa] h... výška drátu *mm+ k... tuhost pružiny *N/mm+ K s... korekční součinitel napětí v krutu *-] L 0... volná délka pružiny *mm+ L H... výška závěsného oka *mm+ L K... délka aktivní části pružiny *mm+ n... počet činných závitů *-] p... rozteč mezi závity *mm+ s... deformace (roztažení) pružiny *mm+ e,y... tvarový součinitel *-+ (viz. např. DIN 2090) τ... napětí materiálu pružiny v krutu *MPa] t 0... vnitřní předpětí pružiny [MPa] ing. Jan Šritr 11 ing. Jan Šritr 12 6
Evolutní pružiny ing. Jan Šritr 13 Samostatné pružiny vhodné pro malé a střední zatěžovací síly lineární pracovní charakteristika relativně nízká tuhost značné nároky na délku, jinak minimální potřebný prostor nízké výrobní náklady Listové pružiny svazkové vhodné pro větší zatěžovací síly teoreticky lineární pracovní charakteristika (tření mezi listy způsobuje hysterezní průběh pracovní křivky) relativně vyšší tuhost značné nároky na potřebný prostor náročné na údržbu (mazání a čistota) ing. Jan Šritr 14 7
kde: b... šířka listu pružiny *mm+ E... modul pružnosti v tahu *MPa] F... zatížení pružiny *N+ k... tuhost pružiny *N/mm+ L... funkční délka pružiny *mm+ n... celkový počet listů pružiny *-] n'... počet extra přidaných listů plné délky *-] s... deformace (průhyb) pružiny *mm+ t... tloušťka listu pružiny *mm+ σ... napětí materiálu pružiny v ohybu *MPa] ing. Jan Šritr 15 kde: a... vůle mezi závity *mm+ b... šířka pásu pružiny *mm+ M... zatížení pružiny *Nmm] E... modul pružnosti v tahu *MPa] k... momentová (úhlová) tuhost pružiny *Nmm/ ] K b... korekční součinitel napětí v ohybu *-] L... účinná délka pružiny *mm+ n... počet činných závitů *-] t... tloušťka pásu pružiny *mm+ R e... vnější poloměr pružiny *mm+ R i... vnitřní poloměr pružiny *mm+ α... úhel natočení pružiny * ] δ 0... úhel mezi rameny volné pružiny * ] σ... napětí materiálu pružiny v ohybu *MPa] ing. Jan Šritr 16 8
Talířové pružiny Vlastnosti talířových pružin Velká vymezovací síla při potřebě malého prostoru. Lepší využití prostoru oproti jiným pružinám v závislosti na potřebě dosažení vymezovací síly. Určení možných zatěžovacích sil pružin prostřednictvím vybraného způsobu řazení v sadách. Osový střední tlak při použití vodícího čepu nebo užitím vodícího válce. Vysoká stálost při trvalém i měnitelném zatížení. Talířové pružiny se vyrábí od síly vstupního materiálu t = 2 mm 35 mm a průměru D = 40 mm 700 mm. Použití talířových pružin Hutnictví důlní a těžební technika. Energetika závěsné kotle elektráren. Zemědělství zařízení kypřících soustav rozmetadel a drtičů. Průmyslová výroba výroba strojů a zařízení pro upínání nástrojů, pojistné ventily, armatury, turbíny. Hydraulické systémy pružinové brzdy motorových vozidel. Všeobecné strojírenství vymezení tlaku strojních zařízení a přípravků. ing. Jan Šritr 17 U talířových pružin rozeznáváme tři způsoby uspořádání pružin v sadě: A. Paralelní uložení: pružiny jsou skládané za sebou, celková tuhost sady je vyšší než u samostatné pružiny B. Sériové uložení: pružiny jsou skládané proti sobě, celková tuhost sady je nižší než u samostatné pružiny C. Kombinované uložení ing. Jan Šritr 18 9
Talířové pružiny Progresivní charakteristika pružiny V mnoha případech je požadavek na progresivní zvyšování síly pružiny při rostoucím průhybu pružiny. Toho lze dosáhnout změnou počtu paralelních pružin v kombinovaném uložení. Stejný výsledek bude mít také kombinace pružin s různými tloušťkami. ing. Jan Šritr 19 Pracovní charakteristika Tvar charakteristické křivky talířové pružiny je silně ovlivněn poměrnou výškou h 0 /t. Pro malé hodnoty poměrné výšky má pružina téměř lineární pracovní charakteristiku, se zvyšujícím se poměrem je charakteristika výrazně degresivní. F... síla pružiny *N+ F S... síla plně stlačené pružiny *mm+ F T... celková síla sady *mm+ h... výška talíře *mm+ h 0... vnitřní výška talíře (h 0 =h-t) [mm] ing. Jan Šritr 20 10
kde: D e.. vnější průměr pružiny *mm+ D i.. vnitřní průměr pružiny *mm+ E... modul pružnosti v tahu *MPa] F... síla pružiny *N+ F S... síla plně stlačené pružiny *mm+ F T... celková síla sady *mm+ h... výška talíře *mm+ h 0... vnitřní výška talíře (h 0 =h-t) [mm] i... počet sériově uspořádaných sad (disků) [-] k... tuhost pružiny *N/mm+ k T... celková tuhost sady *N/mm+ K 1, K 2, K 3.. tvarový součinitel *-] L 0... volná délka pružiny *mm+ L S... délka plně stlačené pružiny *mm+ n... počet paralelně uložených disků v sadě *-] s... deformace (stlačení) pružiny *mm+ s T... celková deformace sady *mm+ t... tloušťka materiálu *mm+ d... poměr průměrů (d=d e /D i ) [-] ing. Jan Šritr 21 Talířové pružiny ing. Jan Šritr 22 11
- Pružícím materiálem těchto pružin je pryž: -přírodní (kaučuk + přísady ) -syntetická -vlastnosti pryží schopnost velkých pružných deformací tlumí hluk je relativně levná -nevýhoda citlivost na teplo (-30 až 85 C) stárnutí změna vlastností, -syntetická pryž odolává účinkům působení olejů, benzinu, -lze snadno navulkanizovat mezi kovové součásti použití: -odpružení strojů, motorů -tlumení kmitů, rázů a hlučnosti ing. Jan Šritr 23 Pružnost pryže lze měnit přísadami ve značném rozsahu a podobně i její útlum. Dá se snadno spojovat s kovy i jinými konstrukčními materiály. Objemově je pryž téměř nestlačitelná pružné deformace jsou možné, jen když může pryž měnit tvar. Pryž by měla být namáhána smykem, pokud jde o namáhání statické, připouští se i tlakové namáhání. Disipace energie je způsobena hysterezí pryže. Pohlcená energie se mění v teplo, které je nutno účinně odvádět do okolí. ing. Jan Šritr 24 12
ing. Jan Šritr 25 ing. Jan Šritr 26 13
ing. Jan Šritr 27 ing. Jan Šritr 28 14
ing. Jan Šritr 29 ing. Jan Šritr 30 15
Hydropneumatická jednotka: pro přenos pohybu kola používá kapalinu, vlastní pružení zabezpečuje plyn. Hydropneumatika může také sloužit ke snadné změně světlé výšky a součástí pružicí jednotky může být i tlumič pérování. Na obrázku vidíte plynokapalinovou jednotku vozu Citroën: 1 - ocelová koule naplněná plynem, který je stlačován přes membránu kapalinou 2 - kapalina, přenášející síly od kol 3 - válec z lehké slitiny 4 - píst, stlačující kapalinu 5 - pružící plynová náplň 6 - pryžová membrána ing. Jan Šritr 31 ing. Jan Šritr 32 16
Používané materiály Ve výrobě se zpracovává pružinový drát kruhového průřezu, vhodný pro výrobu pružin pro běžné technické použití: Typy používaných materiálů: - Patentovaný drát ocelový tažený na pružiny EN 10270-1, třída SH (SM,DM), povrch fosfátovaný DIN 17223-1, třída B (dříve ozn. ČSN 426450, jakost 12 090) dodávky patentovaného drátu jsou výhradně ze zemí evropské unie. - Nerezový tažený pružinový drát AISI 302/1.4310 povrch matný DIN 17224 (dříve ČSN 17241) nerezový drát zpracováváme výhradně ze švédské (SANDVIK), švýcarské nebo italské produkce. Dráty jsou dodávány ve svitcích. ing. Jan Šritr 33 ing. Jan Šritr 34 17