Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V. 2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V. 2. 10 Základní části strojů Kapitola 19 Pružiny a jejich použití ve spojích Ing. Dušan Kabát 30. 9. 2013
Obsah ÚVOD... 3 1 PRUŽINY A JEJICH POUŽITÍ VE SPOJÍCH... 4 1.1 ROZDĚLENÍ PRUŽIN... 4 1.2 KOVOVÉ PRUŽINY... 4 1.2.1 Šroubovité pružiny... 5 1.2.2 Pružnice a svazky pružnic listové pružiny... 6 1.2.3 Spirálové pružiny... 6 1.2.4 Zkrutné tyče... 7 1.2.5 Talířové pružiny... 7 1.3 NEKOVOVÉ PRUŽINY... 8 1.3.1 Pryžové bloky... 8 1.3.2 MCU elastomery... 8 1.4 OTÁZKY KE KAPITOLE... 8 2 DOPORUČENÁ LITERATURA... 10 3 POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE... 11 2
Úvod Výukový materiál se zabývá pružinami a jejich použitím ve spojích. Za výkladem jsou k dané problematice zařazeny kontrolní otázky. Ucelený výukový materiál postihuje oblast základních částí strojů a strojních zařízení. Materiál je určen žákům zejména prvních ročníků strojírenských a se strojírenstvím souvisejících oborů ukončených závěrečnou zkouškou, kde je zapotřebí nabýt znalostí o stavbě strojů a jejich základních konstrukčních prvcích. Stejně tak je možné materiál využít u takovýchto oborů ukončených maturitní zkouškou. Lze ho využívat v předmětech zabývajících se základy strojírenství, jako jsou Strojnictví, Části strojů a mechanismy, Strojírenství nebo Stroje a zařízení, v oborech Mechanik opravář motorových vozidel (23-68- H/01), Autotronik (39-41-L/01), Autoelektrikář (26-57-H/01), Karosář (23-55-H/02), Strojník (23-65-H/01), Klempíř (23-55-H/01), Provozní technika (23-43-L/51) apod. 3
1 Pružiny a jejich použití ve spojích Pružiny jsou vesměs normalizované stojní součásti a jejich charakteristické parametry jako jsou rozměry, materiály z nichž jsou zhotoveny a další, lze vyhledat např. ve strojnických tabulkách. Některé pružiny mohou být vyrobeny pro konkrétní požadavky zařízení jako nenormalizované. 1.1 Rozdělení pružin Pružiny lze podle tvaru, zatížení a materiálů, ze kterých jsou zhotoveny rozdělit na: Pružiny Kovové Nekovové Pneumatické Namáhané ohybem Namáhané krutem Namáhané kombinovaně Pryžové bloky Pružnice - listové Šroubovité zkrutné Talířové MCU elastomery Spirálové Zkrutné tyče Šroubovité válcové Šroubovité kuželové Obrázek 1: Diagram Rozdělení pružin 1.2 Kovové pružiny Vyrábí se z ocelí, u kterých je zaručena možnost velkých plastických deformací, tzn. s požadavkem na vysokou pružnost. Vinuté za studena se vyrábějí z ocelí třídy 12, pro vinuté za tepla jsou vhodné oceli třídy 13. Za tepla se doporučuje vinout pružiny s průměrem drátu zpravidla větším než 10 mm. Pružiny jsou normalizovány ve svých rozměrech a dalších 4
parametrech. Důležitými údaji jsou tuhost K a zdvih pružiny. Tuhost je vlastně veličina, která udává její deformaci při jednotkovém zatížení. Například tuhost K = 10 kg/ mm znamená, že se pružina stlačí o 1 mm při zatížení 10 kg. Často se objevuje u pružin tuhost uvedená v anglických jednotkách např. 600 lb/inch. Zdvih je pak celková hodnota možného stlačení pružiny. 1.2.1 Šroubovité pružiny Mohou být namáhány ohybem, krutem i kombinovaně. Vinou se z drátů kruhového průřezu nebo ocelových pásů. Směr jejich zatížení může být tlakový pružiny tlačné, nebo tahový - pružiny tažné. Tlačné mají vesměs koncové závity zbroušeny do roviny kolmé na jejich osu, tažné bývají opatřeny na koncích oky pro uchycení. Tvar navinutí může být válcový nebo kuželový. Kuželový tvar umožňuje nelineární stlačení, to znamená. Že deformace pružiny není přímo úměrná rostoucímu zatížení. Muže být tedy citlivější na začátku stlačování a tuhnout v závěru zdvihu, což se využívá například u dopravních prostředků určených do terénu. Obrázek 2: Pružiny šroubovité - tlačná a tažná Zkrutné šroubovité pružiny jsou na koncích upraveny pro opření mezi spojované části. Šroubovité pružiny se používají v konstrukčním celku jako tlumiče pérování, protože do dutiny, která vznikne uvnitř pružiny po navinutí, se s výhodou umisťuje tlumič komprese (stlačení) a zpětného kroku v podobě hydraulického či pneumatického válce. Takto se využívají zejména u dopravních prostředků. 5
Obrázek 3: Pružina šroubovitá kuželová a zkrutná 1.2.2 Pružnice a svazky pružnic listové pružiny Pružnice jsou vlastně ploché ocelové pružící pásy, které se často spojují sevřením do svazků, které jsou známy pod pojmem listové pružiny. Do těchto svazků se spojují pružnice různých velikostí, což vede k lepšímu průběhu deformací při pružení. Nevýhodou je, že tlumič komprese a zpětného kroku nelze instalovat uvnitř pružiny. Proto se využívají již méně často a spíše u hmotnějších dopravních prostředků jako jsou vagony nebo nákladní vozy. Obrázek 4: Svazky pružnic listové pružiny u vagónu 1.2.3 Spirálové pružiny Tyto pružiny jsou navinuty vrovině do spirálového tvaru. Navíjí se z drátů kruhových průřezů nebo z pásů obdélníkových průřezů. Používají se pro akumulaci energie a svým postupným uvolňováním tak slouží jako pohon mechanických měřičů času (hodinky, hodiny, budíky,.) 6
Obrázek 5: Spirálová pružina 1.2.4 Zkrutné tyče Někdy jsou nazývány torzními tyčemi. Používají se k pružnému zachycení sil způsobujících ve výsledku v tyči namáhání krutem. Zkrutná tyč je na svých koncích pevně uchycena mezi spojované části a pružení probíhá zkrucováním (torzí) tyče kolem její podélné osy. Obrázek 6: Zkrutná tyč 1.2.5 Talířové pružiny Jsou tvořeny ocelovými talířovými plochami, které se při zatížení proti sobě deformují. Používají se pro velká tlaková zatížení. Obrázek 7: Talířová pružina 7
1.3 Nekovové pružiny Jedná se o pružící prvky převážně z plastických hmot. Jejich výhodou je nízká hmotnost, a nízké výrobní náklady. Další výhodou je to, že se nemusí tlumit jejich zpětný krok (do původního stavu se vrací pomaleji než kovové). Nevýhodami jsou citlivost na změnu teploty (za nízkých teplot tvrdnou a ztrácí plastické vlastnosti) a menší schopnost deformací než u kovových pružin krátká životnost. 1.3.1 Pryžové bloky Používají se pro tlumení dynamických rázů, vibrací a chvění, které se pak nepřenáší ze stroje na rám nebo z rámu na stroj. Typickým příkladem využití je uchycení bloku motoru k rámu automobilu, kdy se pryžové bloky umístí mezi tyto dvě spojované části a mají za úkol snížit chvění přicházející od motoru. 1.3.2 MCU elastomery Jsou to nově vyvinuté plastické hmoty, které se svými vlastnostmi přibližují více kovovým pružícím prvkům. Jsou schopny větších deformací než běžné pryže a mají delší životnost. Dnes se tyto elastomery využívají i pro odpružení menších dopravních prostředků (jízdní kola, malé motocykly apod.). Obrázek 8: Pryžové pružící prvky 1.4 Otázky ke kapitole 1. Jaké materiály se využívají k výrobě pružin? 2. Co je to tuhost pružiny a v čem se udává? 3. Jak lze rozdělit šroubovité pružiny? 4. V jakém konstrukčním prvku se objevují šroubovité pružiny u dopravních prostředků? 5. Proč se musí tlumit zpětný krok šroubovitých pružin u dopravních prostředků 8
6. Jaké jsou výhody a nevýhody pružnic? 7. Jak se používají spirálové pružiny? 8. Jak pracují zkrutné tyče a kde je najdeme? 9. K čemu jsou vhodné talířové pružiny? 10. Jaké jsou výhody a nevýhody nekovových pružin? 9
2 Doporučená literatura 1. Leinveber, J., Řasa. J., Vávra. P. Strojnické tabulky. Praha: Scientia spol. s r. o., 2000. ISBN 80-7183-164. 2. Kříž, R., Stavba a provoz strojů I, Části strojů. Praha: SNTL, 1977. 5425. 3. Křiž, R., Strojní součásti I. Praha: SNTL, 1984. 5413. 4. Mičkal, Karel. Strojnictví- Časti strojů. Praha: Sobotáles, 1995. ISBN 80-85920-01-8. 10
3 Použitá literatura a zdroje 1. Mičkal, Karel. Strojnictví- Časti strojů. Praha: Sobotáles, 1995. ISBN 80-85920- 01-8. 2. Křiž, R., Strojní součásti I. Praha: SNTL, 1984. 5413. 3. Kříž, R., Stavba a provoz strojů I, Části strojů. Praha: SNTL, 1977. 5425 4. www.pruziny-fevos.cz [Online] srpen 2013. 5. Rybářová, V. 2011. Strojní součásti a spoje. Dostupné z http://uloz.to/xa3mu1nf/strojni-soucasti-a-spoje-pdf. 11