Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Вагоны Минимаркер Пружины вагона

Пружины вагона

Страница 2 из 12

Пружиной вагона называется упругий элемент, изготовленный из отдельного прутка или полосы путем завивки. Пружины бывают (рис. 1):

  • винтовые (цилиндрические и конические);
  • спиральные.

Пружины широко применяются в вагоностроении, в тележках грузовых и пассажирских вагонов, в ударно-тяговых приборах. Винтовые пружины изготовляют завивкой из прутков стали круглого, квадратного или прямоугольного сечения. По форме винтовые пружины бывают цилиндрические и конические.

Цилиндрические и спиральная пружины

Рис. 1 – Цилиндрические и спиральная пружины

Цилиндрические пружины

Цилиндрические пружины (рис. 1, а) имеют наибольшее применение в рессорном подвешивании вагонов. Они представляют собой завитый по винтовой линии пруток стали с одинаковыми просветами между витками (рис. 2). За счет этих просветов высота пружины под нагрузкой изменяется. Для создания надежной опорной поверхности концы пружин оттягивают, поджимают к соседним виткам и шлифуют так, чтобы на длине 3/4 витка образовалась опорная плоскость, перпендикулярная оси пружины.

Цилиндрическая пружина

Рис. 2 – Цилиндрическая пружина

Каждая пружина характеризуется: диаметром d круглого прутка или размерами его прямоугольного сечения, диаметром средней линии пружины Dcp или наружным диаметром Dнap, высотой пружины Нсв в свободном состоянии, высотой при наибольшем сжатии (до соприкосновения витков) Hгр и числом рабочих витков nр.

Число рабочих витков пружины равно полному числу витков за вычетом опорных витков:

nр = nп–1,5.

Цилиндрические пружины в зависимости от нагрузки, воспринимаемой ими, делают однорядными или двухрядными. Последние состоят из двух пружин, вложенных одна в другую. В двухрядных наружная пружина изготовляется из прутка большего диаметра, но с малым числом витков, внутренняя – из более тонкой стали и большим числом витков. Для того чтобы при сжатии витки внутренней пружины не зажимались наружной, обе пружины завивают в разные стороны. Двухрядные пружины применяют в тележках грузовых и пассажирских вагонов, а также в поглощающих аппаратах автосцепки.

Кононические пружины

Конические пружины (рис. 3) применяются в случаях, когда требуется получить нелинейную силовую характеристику (нелинейность обеспечивает непериодичность колебаний и уменьшает опасность резонанса). Конические пружины в отличие от цилиндрических имеют переменный диаметр витков, который возрастает от верхнего конца к нижнему.

Коническая пружина

Рис. 3 – Коническая пружина

С уменьшением диаметра шаг витков постепенно уменьшается. Однако могут быть пружины и с постоянным шагом. У конических пружин при нагрузке расстояние между витками изменяется одинаково: сначала сжимаются витки большего диаметра, а затем постепенно витки меньших диаметров. Конические пружины имеют переменную жесткость, возрастающую с увеличением нагрузки.

Если винтовые цилиндрические пружины в предельно сжатом состоянии могут занимать самую минимальную высоту Hгр = nd, то коническая пружина с круглым сечением витка может быть сжата до предельной высоты, равной диаметру прутка Hгр = d. Ввиду сложности изготовления конические пружины пока не получили распространения в подвешивании вагонов.

Спиральные пружины

Спиральные пружины (см. рис. 1, б), предназначенные для восприятия больших усилий, навиваются из полосовой стали прямоугольного сечения с большим отношением сторон так, что каждый виток входит внутрь соседнего витка, образуя в плане спираль.

Заневоленные пружины

Заневоленными называются пружины, у которых при изготовлении созданы остаточные пластические деформации в наружном слое прутка. Чтобы эти деформации были устойчивыми, нагружение для заневоливания выполняют достаточно длительным (до 48 ч) или многократным (не менее 7–10 раз).

Интенсивность заневоливания ξ (коэффициент заневоливания) определяется отношением деформации γт сооветствующей пределу текучести, к деформации заневоливания γзан на среднем волокне поверхности прутка. Приближенно величина ξ может быть выражена отношением диаметра упругого ядра d0 (рис. 4, а) к диаметру прутка d:

23042014_f1

Чтобы лучше использовать эффект заневоливания, целесообразно принимать ξ ≈ 0,5.

Сечение прутка заневоленной пружины и эпюры напряжений

Рис. 4 – Сечение прутка заневоленной пружины и эпюры напряжений: а – сечение; б – эпюра остаточных напряжений от кручения; в – эпюра от внешней нагрузки; г – эпюра суммарных напряжений

Основное преимущество заневоливания – возможность получать пружины меньшей массы и габаритов при обеспечении необходимых силовых характеристик. Кроме того, у заневоленных пружин повышается усталостная прочность.

После снятия нагрузки заневоливания силы упругости пружины стремятся вернуть ее в первоначальное состояние, но пластические деформации в наружном слое прутка препятствуют этому (удельный объем пластически деформированного металла становится больше). В наружном слое образуются остаточные напряжения (рис. 4, б), по знаку противоположные напряжениям при нагрузке (рис. 4, в), поэтому суммарные напряжения (рис. 4, г) оказываются меньше, чем они были бы без заневоливания. Рабочая нагрузка пружин должна совпадать по направлению с нагрузкой заневоливания.

Полный расчет заневоленных пружин обычно выполняют методами теории пластичности, используя диаграмму упруго-пластической деформации кручения прутка, принимают допущения о линейном упрочнении материала при пластическом деформировании и дополнительно учитывают влияние кривизны витков. Окончательные размеры пружины корректируют опытным путем.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика