Необходимо рассчитать пружину и сконструировать готовое изделие

Автор Simplikat, 25.06.14, 16:46:39

« предыдущая - следующая »

0 Пользователей и 1 гость просматривают эту тему.

Goran

Цитата: Golovanev от 28.06.14, 15:08:27
...
А я разве интерпретировал?...  Не изменив при этом ни одной исходной формулы. ...

А разве нет?
У Вас в формуле при определении d присутствует k0 который рассчитывается через индекс! При расчете Вы приняли с=6. А затем для определения количества витков Вы уже принимаете D который получен при других С и k0.
Очевидность проблемности возникает когда такие вещи происходят на "стыке границ" размерных диапазонов.
То что Вы предлагаете - это вариант для Изготовителей которые готовы "заморачиваться" опытными и исследовательскими работами. В настоящее время - это дополнительная "отмазка" для изготовителя - что насчитали  то и получите!
:) Не обижайтесь, но Ваши действия - крамола!
Те кто знают что Вы разработчик-расчетчик - примут на веру Ваши рассуждения без какого-либо анализа! (Это мое личное восприятие реальности)     

Golovanev

И опять - совершенно справедливые замечания. Еще раз большое спасибо!

Но постараюсь объяснить ход моих мыслей. Не претендуя на их истину.

1) Конструктор прикинув по прочности выберет диаметр проволоки, не привязываясь особо к будущему среднему диаметру пружины.
\\ индекс пружины
c=
\\ k0 для с
k0=
\\ d проволоки в см
dp=(k0*M/(0,1*Sigma))^(1/3)

Скорее всего возьмет диаметр с запасом.

2) Задавшись числом витков сможет посчитать средний диаметр

\\ число витков
i=
\\ D средний диаметр пружины в см
D=2,1*10^6*Pi*Fi*dp^4/(64*180*M*i) =

3) Далее надо конечно проверить полученную пружину (сделать проверочный расчет) - где будет уже и правильное c и k0

c = D/dp
k0 =

SigmaMax = k0*M/(0.1*dp^3) < [Sigma]

======
Во вложении - страницы из Справочника Ачеркана, т.4

Goran

Все правильно.
Посмотрите там есть пример расчета...
1. Выбираем материал.
2. Задаемся (принимаем) индексом с учетом конструктива (либо габарит по длине либо диаметру)
При "больших" с - получим меньше витков соответственно короче пружина.
3. Проводим расчет
Если что-то не так...Возвращаемся к началу с учетом полученых данных.
Я сам пользуюсь Ачерканом при подсчетах любых задач. 

Golovanev

Ну дык))))  Кстати, как вас по имени-отчеству?

А теперь закрутить энто всё в оптимизационную задачу... и... "как говорил наш великий Райкин - "мого быть"" - это и будет ОНО! Но еще надо трошки подумать.... как говорила моя личная бабушка малоросской национальности

Dometer

Цитата: Golovanev от 28.06.14, 04:24:30
А по сути учитывая что кол-во витков собственно задано заказчиком из эргономических соображений (2,75 или 3,75 витка, раз угол развода 45 градусов), то преобразуя данный ...

1. По моему, заказчик мог не отличить 45° от 35° (а то и 30°). Реально нужен не угол, а ход до упора рукоятки в рукоятку.
2. Из рассчёта выкинута проволока, находящаяся внутри ручек (её то же можно "напрячь" в работу). (По моему, ручки должны свободно вращаться на проволоке - иначе мозолей не миновать).
3. Для реального изделия (судя и по фотографии) пружинная проволока не подойдёт - необходимо либо гальваническое покрытие, либо изготовить из корозионно-стойкого матириала. Вариант - покрасить механически стойкой краской, либо всунуть в герметическую трубку (но последние варианты плохо согласуются с предполагаемым вращением ручек).
4. Прочность корозионно-стойких сталей далека от прочности пружинной. Вариант решения проблемы - применить нагартовываемую нержавейку. К стати, не заметил, чтобы рассчёты учитывали пластические деформации (зависят от "индекса"), полученные при навивке (которые должны заметно увеличивать допускаемые напряжения прутка).
5. Ещё вариант (особенно для больших нагрузок) - трёхслойный пруток: в титановую [малый модуль упругости !] трубку засунуть пружинную проволоку, которая "запакована" в пластиковую трубку (для устранения прямого контакта металлов).
6. Применения немного других материалов, допущение немного других габаритов может позволить обойтись "полувитком" - т.е. существенно упростить технологию изготовления. Таким образом для этой задачи нужен не "профессионал" [по сдиранию формы и гаданию об технологии] , а серьёзный подход с изучением возможного поля эргономических, эстэтических, и технологических решений.

Goran

Цитата: Dometer от 28.06.14, 20:29:49
.... К стати, не заметил, чтобы рассчёты учитывали пластические деформации ....

:o А Вы не чего не перепутали?
От  пружин  обычно требуется довольно большая упругая  деформация!!!
Вот по этой самой причине при расчетах в первую очередь принимают индекс пружины ближе к нижнему параметру. Чем меньше индекс пружины "с", тем эластичнее пружина.
Важнейшим критерием при выборе металлического материала,  от  которого требуется высокая упругость,  является  предел  текучести.
У  самых  лучших пружинных сталей практически такой  же  модуль  упругости,  как  и  у  самых дешевых  строительных,  но  пружинные  стали  способны  выдерживать  гораздо большие напряжения, а следовательно, и гораздо  большие  упругие  деформации без пластической деформации, поскольку у них выше предел текучести.

priborist


Истина!
Заказывали две партии (по 100 шт) для "поджима" токосъемников из каждой партии "годными" были максимум 25%.
Как объясняли причину - что-то лежало в центре печи, а что-то с краю. На вопрос где именно находились "годные" - ответили, что они изготовители, а не исследователи!

Это не изготовитель   
Это халтурщик
Он должен сдать заказчику изделия по параметрам
Факт тот что не разработав нормальной технологии изготовления пружин не молучишь искомое По себе знаю Сколько пришлось "дрючить " технологов уже и не упомню.
Пока не получили нужное

Dometer

Цитата: Goran от 28.06.14, 21:08:17
А Вы не чего не перепутали?
От  пружин  обычно требуется довольно большая упругая  деформация!!!
...
Важнейшим критерием при выборе металлического материала,  от  которого требуется высокая упругость,  является  предел  текучести. ...

Если навиватьпружину в раскалённом докрасна состоянии, то можно [как-бы] обойтись без пластических деформаций. (После термообработки не их не будет). Но, по-моему, здесь не тот диаметр, чтобы вить "вгорячую", и полированная поверхность не получится. Так-что вить надо "вхолодную", с пластическими деформациями.

Цитата: Goran от 28.06.14, 21:08:17
Вот по этой самой причине при расчетах в первую очередь принимают индекс пружины ближе к нижнему параметру. Чем меньше индекс пружины "с", тем эластичнее пружина. ...

Не "меньше", а "больше". К тому же для пружин изгиба - зависимость первой степени (учитывается, по сути, длина свиткованного прутка). Это в пружинах сжатия-растяжения  зависимость квадратичная!
Если рассчёт выполнять в электронной таблице (как поверочный), то можно "дёргать" за любой параметр вне "очерёдности" . Но реально оптимизировать можно только если перестать игнорировать участие в прогибах прямых концов и зависимость потребного угла пружинения от индекса (при малом индексе ручки упрутся не концами, а началами !).
В рассчётах пружины кручения (пружина- кручение > проволока-изгиб) предполагается, что пружина насажена на какой-то стержень (ось), что помогает упростить схему нагружения. Но для рассматриваемого кистевого эспандера векторы усилий не перпендикулярны оси витков - появятся кроме изгибных ещё и скручивающие [проволоку] моменты. 

Goran

Цитата: Dometer от 29.06.14, 14:04:08
...Не "меньше", а "больше".....

Виноват...Смысл был следующий
Чем менее податлива пружина, тем меньше  индекс пружины и число ее витков. Увеличивая индекс пружины, можно при той же жесткости сократить габариты пружины по длине за счёт увеличения диаметра.
Цитата: Dometer от 29.06.14, 14:04:08
Если навиватьпружину в раскалённом докрасна состоянии, то можно [как-бы] обойтись без пластических деформаций. (После термообработки не их не будет). Но, по-моему, здесь не тот диаметр, чтобы вить "вгорячую", и полированная поверхность не получится. Так-что вить надо "вхолодную", с пластическими деформациями....

Все равно не пойму в чем смысл пластических деформаций о которых Вы говорите? Пружины, навиваемые в холодном состоянии и не подвергаемые закалке, обязательно направляются на термообработку. Для данного способа навивки пружин применяется низкотемпературный отпуск в специальных отпускных печах для снятия внутренних напряжений и приданию готовому изделию постоянных пружинных свойств.

Dometer

Вот, что я "отловил" в интернете:
Пружины небольших размеров навиваются из твердой холоднотянутой проволоки диаметром до 6--8 мм. Проволока изготовляется из углеродистой стали и упрочняется путем особой термической обработки -- патентированияю ... Благодаря этому проволока приобретает высокие упругие и прочностные свойства.
После навивки пружин из такой проволоки термическая обработка нужна только для снятия напряжений, возникших при навивке. С этой целью проводится отпуск при 200--250 °С с выдержкой в течение 20 мин.

Но следует усомниться в необходимости  термообработки после навивки для обсуждаемой пружины. Ибо большая часть информации (которые попадают в книги, из книг - в интернет) - по пружинам сжатия-растяжения. Пружины кручения - удел всякой мелочи (ну помню ещё есть в автомате Калашникова, но она - многожильная), где размер пружины можно безболезненно [для конструкции] увеличить, упрощая технологию. И об этой мелочи книг никто не пишет (разве-что друг-у-друга "передирают"). А об "ответственных" пружинах не пишут потому, что "секретно".

Поводы для сомнения:
Когда [вхолодную] навивают пружину, возникают остаточные напряжения изгиба  (сжатия - снаружи, растяжения - снутри спирали). Для пружин растяжения-сжатия это плохие напряжения - у них и так немного увеличенные касательные напряжения по нутру витков, а к ним добавятся ещё "убийственные" напряжения растяжения.  И эти напряжения необходимо убрать (отпустить). А потом пружину заневоливают (осаживают), получая другие - "полезные" остаточные деформации.

Если же ту же самую спираль использовать как пружину кручения (но нагружать в ту же сторону - на скручивание, а не раскручивание), то  остаточные напряжения, складывась с рабочими уменьшаются. Их устранение только вредит. Сама навивка пружины - для пружины кручения - является операцией заневоливания.

Goran

Цитата: Dometer от 30.06.14, 01:00:15
...
Но следует усомниться в необходимости  термообработки после навивки для обсуждаемой пружины ..

.... Сама навивка пружины - для пружины кручения - является операцией заневоливания....

Термообработка после навивки для снятия напряжений даже гостируется (низкий отпуск)!
Для заневоливания - сам расчет пружин ведется иначе.
Почитайте если интересно

Dometer

Цитата: Goran от 03.07.14, 04:14:54
Для заневоливания - сам расчет пружин ведется иначе.

И на какой странице ?
Подробно обсосано заневоливание пружин сжатия-растяжения с витками круглого сечения. Никакого упоминания об заневоливании спиральных пружин кручения не нашёл (подозреваю, что не спроста, но по причинам, изложенным мной ранее).
И про патентированную проволоку упоминания нет.

Goran

Цитата: Dometer от 29.06.14, 14:04:08
....Так-что вить надо "вхолодную", с пластическими деформациями....
Цитата: Dometer от 30.06.14, 01:00:15
.....Сама навивка пружины - для пружины кручения - является операцией заневоливания....


Цитата: Dometer от 03.07.14, 17:24:48
.... Никакого упоминания об заневоливании спиральных пружин кручения не нашёл ....

:o :o :o
Я сразу Вам предложил объясниться, про "туман" котрый Вы напустили о пластических деформациях и заневоливании для пружин кручения!
В данной книге ответов на вышеприведенные цитаты не найти!
Что касается
Цитата: Dometer от 03.07.14, 17:24:48
....
И про патентированную проволоку упоминания нет.

Ищите холоднотянутую проволоку (например ГОСТ 2333), которую в процессе ее производства подвергают закалке в свинцовой ванне. Такая операция термической обработки называется патентированием. Иногда такую проволоку называют еще рояльной.

Dometer

За ссылку (такую прямую) спасибо.

Но вдруг просёк одну поблему описанного мною "самозаневоливания" ("технологического заневоливания") пружины кручения.

Проблема [для стойкости пружины] в том, что при навивке пластические деформации возникнут только в витой части пружины. Прямые концы не получат остаточных напряжений обратного знака (если сгибать из прямолинейной заготовки). По мере приближения к линии действия силы - к середине ручки - изгибный момент уменьшаетя,и это на каком-то расстоянии от оси спирали скомпенсирует ослабление стойкости, но на границе между спиралью и прямым участком возникает место, уязвимое для облома.

Возможное решение -  исключить резкий переход от спирали к прямым участкам, а сделать переходный участок [за пределами спирали] с постепенно уменьшающейся кривизной (с постепенно увеличивающимся радиусом).
Дополнительно можно попытаться при навивке пружины воспользоваться тем, что проволоку поставляют не прямыми прутками, а в бухтах - то есть изогнутой. Возможно  (но это требует хотя-бы аналитической проверки), что навивка против первоначального "бухтового" загиба даст лучшие результаты стойкости переходного участка. (Я рассматриваю проблему в контексте исходой задачи для ручного экспандера, где конструктивно требуется, чтобы концы пружины бали прямыми)

Николай

Насчёт стойкости. Возникающие в ручном экспандере напряжения настолько малы и так далеки как от начала пластичности, так и до начала излома, что стоит ли рассматривать этот фактор? Держу в руках фабричный экспандер, пытаюсь вогнать его хотя бы в пластическую деформацию даже двумя руками- сил не хватает. А просто сжать кистью- работает как часы.
Да, хорошо бы конечно, используя материал на пределе прочности, создать изделие с минимальным весом, например, для лётчиков и космонавтов. А оно это надо?


Kirilius83

Так может тогда не сталь брать, а пластик? Как минимум стекло и угле)))) Да и просто под литье - делают же гибкие пружинные петельки на крышках, живут однако...

Dometer

Цитата: Николай от 04.07.14, 11:19:12
Насчёт стойкости. Возникающие в ручном экспандере напряжения настолько малы и так далеки как от начала пластичности, так и до начала излома, что стоит ли рассматривать этот фактор? Держу в руках фабричный экспандер, пытаюсь вогнать его хотя бы в пластическую деформацию даже двумя руками- сил не хватает.

Не о том !
В моих объяснениях - про пластические деформации в процессе изготовления. Они всяко БЫЛИ (наступили)(иначе-бы проволока готового изделия была бы прямой (слегка изогнутой после хранения в бухте)). Теперь об этих [прошлых] пластитечких деформация "помнят" внутренние напряжения (если пружину не отожгли "вусмерть" после навивки (а потом закалили, а потом отпустили)). И эти внутренние напряжения препятсвуют возникновению больших (тем более пластических) деформаций в крайних волокнах изгибаемого бруса [последняя фраза - отсылка к терминам сопромата].

Учёт (т.е. расчёт, испытания) внутренних напряжений [которые целенаправленно получаются пластической деформацией] позволяет сэкономить. И остаётся выбор - на чём экономить. Можно сэкономить заменив материал, который окажется дешевле в изготовлении.
Допустим, что вместо высокопрочной пружинной проволоки удастся применить нержавеющий пруток. Он сам-по-себе будет дороже, но не потребует термообработки, гальванического покрытия,  полировки etc. - просто согнуть на какой-то спецприспособе - и готово.

Goran

Цитата: Dometer от 04.07.14, 12:14:21
...Можно сэкономить заменив материал, который окажется дешевле в изготовлении.
....


В чем проблема?
Расчет ведется по допускаемым напряжениям! Если "напряжения" допускают применить Ст 0 - на здоровье! 

Dometer

В рассчёте "по допускаемым" напряжениям следует учитывать "упрочняющие мероприятия", к которым относится создание благоприятных внутренних напряжений.

Пружину можно даже из бетона сделать (там, правда не получиться с упрочняющими пластическими деформациями), но энергоёмкость (на кг)  пружины пропорциональна КВАДРАТУ напряжения,  и если взять сталюгу с 10-кратно меньшими допускаемыми напряжениями, то масса пружины увеличится в 100 раз - может выйти за разумные пределы.