Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Программа испытания пружин

Содержание

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1 Нормативные ссылки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1 Общая характеристика пружин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2Технические требования к пружинам. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Общие технические требования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2Специальные требования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.3Параметры качества пружин, подлежащие испытаниям . . . . . . . . . 11

3 Разработка методики испытаний пружин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

3.1 Классификация испытаний. Программа испытаний. . . . . . . . . . . . 14

3.2 Оборудование и приборы для испытаний. Средства измерений. . . 15

3.3 Методика испытаний изделия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.4 Обработка результатов испытаний. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Список использованных источников. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Введение

В данной курсовой работе будет рассмотрена разработка конструкции установки и методики для испытания пружин.

Пружина – деталь машины или механизма, служащая для временного накопления энергии за счет упругой деформации под влиянием нагрузки. По прекращении действия нагрузки пружина отдает накопленную энергию и восстанавливает свою первоначальную форму.

Актуальность данной работы заключается в том, что пружина является широко распространенной и незаменимой деталью во всех отраслях машиностроения. Пружины широко применяются в железнодорожном транспорте, автомобилестроении, машиностроении, приборостроении и других отраслях.

Необходимо проводить испытания пружин, так как от качества пружин зависит надежность и устойчивость работы механизмов.

Повышение качества пружин в целях наиболее полного удовлетворения возрастающих потребностей народного хозяйства требует внедрения продукции, основывающейся на испытаниях. Необходимым условием повышения качества является проведение всех видов испытаний на стадиях проектирования и производства в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным. При этом большая роль принадлежит лабораторным испытаниям, реализуемым с помощью средств испытаний, воспроизводящих воздействие внешних факторов.

Испытанием называется экспериментальное определение количествен-ных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как ре-зультата воздействия на него при функционировании, а также моделировании объекта и (или) воздействий.

Цели курсовой работы:

раскрыть предназначение пружин;
описать основные технические требования к пружинам;
раскрыть параметры качества пружин, подлежащие испытаниям;
разработать методику испытаний пружин;
описать оборудование и приборы для испытаний;
описать процесс обработки результатов испытаний.

Для достижения целей курсовой работы необходимо решить ряд задач:

выбрать объект испытаний;
определить необходимую для выполнения курсового проекта нормативно-техническую документацию;
определить цель испытаний;
разработать методику испытаний выбранного объекта.

1 Нормативные ссылки

В данной курсовой работе используются следующие нормативные документы:

ГОСТ 13764-86 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения I класса из стали круглого сечения.
ГОСТ 13765-86 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения II класса из стали круглого сечения.
ГОСТ 15.309 Система разработки и постановки продукции на производство. Испытания и приемка выпускаемой продукции. Межгосударственный стандарт
ГОСТ 16118-70 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения.
ГОСТ 18751-80 Пружины кручения к опорам. Конструкция и размеры.
ГОСТ 18793-80 Пружины сжатия. Конструкция и размеры.
ГОСТ 18794-80 Пружины растяжения. Конструкция и размеры. Конструкция и размеры пружин растяжения.
ГОСТ 2.401-68 Правила выполнения чертежей пружин. ЕСКД.
ГОСТ 25.502 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов.
ГОСТ 25.507 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы испытания на усталость при эксплуатационных режимах нагружения. Общие требования.
ГОСТ 3057-90 Пружины тарельчатые..
ГОСТ 9389-75 Проволока стальная углеродистая пружинная. Технические условия
ГОСТ Р 50753-95 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из специальных сталей и сплавов.
СТ ЦКБА 030-2006 Пружины винтовые цилиндрические.

1.1 Общая характеристика пружин

Пружина — упругий элемент, предназначенный для накапливания и поглощения механической энергии. Пружина может быть изготовлена из любого материала, имеющего достаточно высокие прочностные и упругие свойства (сталь, пластмасса, дерево, фанера, даже картон).

Стальные пружины общего назначения изготавливают из высокоуглеродистых сталей (У9А-У12А, 65, 70), легированных марганцем, кремнием, ванадием (65Г, 60С2А, 65С2ВА). Для пружин, работающих в агрессивных средах, применяют нержавеющую сталь (12Х18Н10Т), бериллиевую бронзу (БрБ-2), кремнемарганцевую бронзу (БрКМц3-1), оловянноцинковую бронзу (БрОЦ-4-3).

Небольшие пружины можно навивать из готовой проволоки, в то время как мощные изготавливаются из отожжённой стали и закаляются уже после формовки.

Функции, выполняемые пружинами, весьма разнообразны. Их применяют:

в тормозах, фрикционных передачах;
для аккумулирования энергии с последующим использованием пружины как двигателя (например, часовые);
для амортизации ударов и вибраций (рессоры, буферы);
для возвратных перемещений клапанов, кулачковых механизмов.

Во всех этих случаях используют основное свойство пружины — по окончании действия на нее внешней силы возвращаться под действием внутренних сил упругости к своей первоначальной форме.

Упругие элементы в машинах и механизмах могут выполнять следующие функции:

создавать постоянно действующие усилия (моменты), необходимые для силового замыкания кинематических пар (кулачковые механизмы, муфты фрикционные, кулачковые и др., стопоры, защелки и т.п.);
обеспечивать беззазорность в кинематических парах механизмов с целью повышения их кинематической точности (например, в составных зубчатых колесах приборов);
предохранять механизмы от воздействия чрезмерных нагрузок при ударах и вибрациях (рессоры, пружины, амортизаторы);
накапливать энергию в процессе деформации под действием внешней нагрузки и отдавать ее для работы механизмов в процессе восстановления исходной формы (часовая пружина в механических часах, боевая пружина стрелкового оружия);
выполнять преобразование силы в перемещение при использовании в качестве чувствительных элементов приборов (весоизмерительные приборы, приборы измерения давления, вакуумметры и т.п.)

Классификация пружин:

По виду создаваемой (воспринимаемой) нагрузки:

силовые (пружины, амортизаторы, демпферы) - воспринимают сосредоточенную силу;

моментные (моментные пружины, торсионы) – сосредоточенный крутящий момент (пару сил);
воспринимающие распределенную нагрузку (мембраны давления, сильфоны, трубки Бурдона и т.п.).

По виду материала, использованного для изготовления упругого элемента:

металлические (стальные, стальные нержавеющие, бронзовые, латунные пружины, торсионы, мембраны, сильфоны, трубки Бурдона);
неметаллические, изготовленные из резин и пластмасс (демпферы и амортизаторы, мембраны).

По виду основных напряжений, возникающих в материале упругого элемента в процессе его деформации:

растяжения-сжатия (стержни, проволоки);
кручения (винтовые пружины, торсионы);
изгиба (пружины изгиба, рессоры).

В зависимости от взаимосвязи нагрузки, действующей на упругий элемент, с его деформацией:

линейные (график нагрузка-деформация представляет прямую линию);
нелинейные (график нагрузка-деформация непрямолинеен).

В зависимости от формы и конструкции:

цилиндрические;
конические;
бочкообразные винтовые;
тарельчатые;
спиральные (ленточные и круглые);
плоские;
рессоры (многослойные пружины изгиба);
одно- и многожильные;
торсионы (пружинные валы);
фигурные.

В зависимости от способа изготовления:

витые;
точеные;
штампованные;
наборные.

Рисунок 1.1 – Виды пружин

На рисунке 1.1 показаны следующие виды пружин:

а – винтовая цилиндрическая пружина сжатия;

б – винтовая цилиндрическая пружина сжатия;

в – коническая пружина сжатия;

г – коническая пружин асжатия;

д – цилиндрическая пружина растяжения;

е – пружина кручения;

ж – спиральная пружина;

з – листовая пружина.

Цилиндрические пружины с круглым сечением прутка имеют наибольшее применение в рессорном подвешивании вагонов. По сравнению с листовыми рессорами они позволяют получить необходимые упругие характеристики при меньших габаритах и массе, а в сочетании с гасителями колебаний могут обеспечить более спокойный ход вагона. Кроме того, пружины смягчают горизонтальные толчки и удары, а также проще и дешевле в изготовлении и ремонте, чем листовые рессоры.

Конические пружины применяют в тех случаях, когда необходимо получить нелинейную силовую характеристику пружины с жёсткостью, возрастающей по мере сжатия. Увеличение жёсткости пружины при сжатии объясняется неодинаковой податливостью витков, зависящей от их диаметра. С приложением нагрузки прежде всего деформируются витки наибольшего диаметра. Первый опорный виток ложится на опорную плоскость, затем на него ложится следующий виток и т. д. Сомкнувшиеся витки выключаются из работы. Жёсткость пружины непрерывно возрастает по мере сжатия вследствие как уменьшения числа свободных витков, так и постепенного уменьшения их диаметра.

Спиральные пружины, предназначенные для восприятия больших усилий при ограниченных габаритах, навиваются из полосовой стали прямоугольного сечения с большим отношением сторон так, что каждый виток входит внутрь соседнего витка, образуя в плане спираль. Такие пружины применялись в неразрезной упряжи винтовых сцепных устройств вагонов.

Пружины растяжения — рассчитаны на увеличение длины под нагрузкой. В ненагруженном состоянии обычно имеют сомкнувшиеся витки. На концах для закрепления пружины на конструкции имеются крючки или кольца.

Пружины сжатия — рассчитаны на уменьшение длины под нагрузкой. Витки таких пружин без нагрузки не касаются друг друга. Концевые витки поджимают к соседним и торцы пружины шлифуют. Длинные пружины сжатия, во избежание потери устойчивости, ставят на оправки или стаканы.

Также пружина Бурдона — трубчатая пружина в манометрах для измерения давления, играющая роль чувствительного элемента.

Витки пружин растяжения-сжатия под действием постоянной по величине силы испытывают напряжения двух видов: изгиба и кручения.

Пружины кручения — могут быть двух видов:

торсионные — стержень, работающий на кручение (имеет большую длину, чем витая пружина)
витые пружины, работающие на кручение (как в бельевых прищепках, в мышеловках и в канцелярских дыроколах).

Для витых цилиндрических и конических пружин имеются следующие характерные показатели:

количество витков;
шаг витка;
диаметр проволоки;
предельно воспринимаемая нагрузка;
также усталостные характеристики.

Рисунок 1.2 – Основные параметры пружин

Основными параметрами пружин являются (рисунок 1.2):

Н0 – длина пружины без зацепов в свободном состоянии ;

D0 – диаметр поперечного сечения пружины;

t – расстояние между соседними витками пружины;

d – диаметр проволоки.

Витая цилиндрическая пружина сжатия или растяжения, намотанная из цилиндрической проволоки и упруго деформируемая вдоль оси, имеет коэффициент жёсткости

(1.1)

где dD — диаметр проволоки;

dF — диаметр намотки (измеряемый от оси проволоки);

n — число витков;

G — модуль сдвига (для обычной стали G ≈ 80 ГПа, для меди ~ 45 ГПа).

2 Технические требования к пружинам. Параметры качества, подлежащие испытаниям.

Пружины предъявляют к приемке партиями. За партию принимается количество пружин, предъявленных к приемке по одному документу.

Партию комплектуют из пружин, изготовленных по одному рабочему чертежу и одинаковому технологическому процессу. Партия пружин, изготовленная из проволоки, должна быть из одного мотка проволоки, а партия пружин, изготовленная из закаливаемых марок стали, должна быть составлена из металла одной плавки.

По согласованию между потребителем и изготовителем допускается комплектование пружин, изготовленных по одному рабочему чертежу и одинаковому технологическому процессу, без учета принадлежности к одному мотку проволоки или к одной плавке.

Количество пружин, подлежащих контролю по каждому из контролируемых параметров, устанавливается по ГОСТ 18242-72. Перечень контролируемых параметров указывается в технической документации.

Положительный результат выборочного контроля распространяется на всю партию.

При обнаружении у отобранных из партии пружин отклонений по одному или нескольким параметрам производят сплошной контроль по этим параметрам.

2.1 Общие технические требования

Пружины должны изготавливаться в соответствии с требованиями стандарта по технической документации, утвержденной в установленном порядке.

Требования к материалам и поверхности пружин

На материалы должны быть сертификаты предприятия-изготовителя, удостоверяющие соответствие качества материала установленным в стандартах требованиям. Независимо от наличия сертификата допускается поверочный контроль материалов в объеме и порядке, установленными соглашением заказчика и изготовителя.

На поверхности готовых пружин не допускаются грязь, следы соли, свинца, смазки и т.п. Очистка пружин травлением не допускается.

На поверхности витков пружин не допускаются трещины, волосовины, раковины, расслоения, закаты, плены, ржавчина, окалина, следы разъедания свинцом и солями, электроожоги, а также местная скрученность проволоки.

Пружины, имеющие скрученность проволоки, на последующие операции не допускаются. Остальные перечисленные дефекты допускается устранять путем пологой зачистки. Для пружин I класса минимальный размер сечения проволоки (прутка) в месте зачистки не должен выходить за пределы минимального размера по сортаменту на материал.

Для пружин II и III классов глубина зачистки не должна превышать половины поля допуска на материал, считая от фактического размера. При этом действительный размер сечения витка может быть меньше минимального размера по сортаменту на материал в следующих границах:

для пружин из холоднотянутой или калиброванной проволоки на величину до 0,5 поля допуска на материал;
для пружин из горячекатаного материала на величину до 0,25 поля допуска.

Допускаются без зачистки мелкие забоины, углубления от опавшей окалины, морщины, отдельные царапины и риски, а также следы от навивочных оправок, роликов и инструмента, если перечисленные дефекты распространяются не глубже чем на половину поля допуска на диаметр проволоки (прутка).

Для пружин, навитых в горячем состоянии, допускается овальность (сплющивание) сечения проволоки; разность между наибольшим и наименьшим размерами сечения не должна превышать величины поля допуска на диаметр прутка. При этом действительный наименьший размер сечения витка может быть меньше минимального размера прутка на величину 0,25 поля допуска.

По требованию заказчика или при наличии указаний в чертеже пружины подвергают контролю глубины обезуглероженного слоя, общая глубина которого для пружин из закаливаемых марок стали не должна превышать указанной в соответствующих стандартах на материалы более чем на 25 %. У пружин, не подвергаемых закалке, общая глубина обезуглероженного слоя должна соответствовать нормам стандарта на проволоку, из которой изготовлена пружина.

Требования к параметрам и размерам пружин

Стандарт устанавливает три группы точности пружин по силам или деформациям (прогибам).

Первая группа – пружины с допускаемыми отклонениями на контролируемые силы или деформации ±5 %. Назначается для пружин I и II классов по ГОСТ 13764-86, изготовляемых из проволоки диаметром 1,6 мм и более.

Вторая группа – пружины с допускаемыми отклонениями на контролируемые силы или деформации ±10 %. Назначается для пружин всех классов, кроме трехжильных (параметры витков - по ГОСТ 13774-86).

Третья группа – пружины с допускаемыми отклонениями на контролируемые силы или деформации ±20 %. Назначается для пружин всех классов, кроме одножильных пружин III класса (параметры витков по ГОСТ 13775-86 и ГОСТ 13776-86).

Допускается изготовление пружин с неконтролируемыми силовыми параметрами.

Обозначения параметров пружин указаны в ГОСТ 2.401-68 и ГОСТ 13765-86.

Плоскости опорных витков пружины сжатия должны располагаться перпендикулярно к образующей пружины.

Допускаемые величины неперпендикулярности e1 или e2 .

Для пружин длиной более трех диаметров допускается определение отклонения от перпендикулярности указывать для части длины пружины, но не меньше 3D.

Опорные витки многожильных пружин (параметры витков по ГОСТ 13774-86), а также одножильных пружин, изготовленных из проволоки диаметром 0,5 мм и менее, не шлифуются и пружины контролю отклонений от перпендикулярности не подвергаются.

Обработанные поверхности поджатых опорных витков пружин сжатия должны быть плоскими. Величина зазора между опорной плоскостью и контрольной плитой не должна быть более 0,05d.

Шаг пружины должен быть равномерным.

При поджатии по целому витку (ГОСТ 2.401-68) концы опорных витков должны быть примкнуты к рабочим виткам.

Толщина конца опорного витка Sк пружины сжатия должна составлять примерно 0,25d, а длина дуги обработанной поверхности примерно 0,75?D. He допускается назначение толщины опорного витка менее 0,15d, а длина обработанной поверхности - менее 0,7pD.

Требования к изготовлению пружин

Навивку пружин производят в холодном состоянии. Для пружин из закаливаемой проволоки диаметром 8 мм и более допускается навивка в нагретом состоянии.

Поджатие опорных витков рекомендуется выполнять одновременно с навивкой.

Механическую обработку концов опорных витков и кромок обрабатываемых поверхностей выполняют в соответствии с требованиями рабочего чертежа.

Пружины из холоднотянутой проволоки по ГОСТ 9389-75 подвергаются только низкотемпературному отпуску.

Пружины из закаливаемых марок стали подвергают закалке и отпуску, твердость при этом должна соответствовать указанной в чертеже на основании табл. 2 ГОСТ 13764-86. Повторная закалка пружин допускается не более одного раза. Количество повторных отпусков не ограничивается.

2.2 Специальные требования

Специальные требования к изготовлению пружин (защитные покрытия, заневоливание после электролитических покрытий, упрочнение, химико-термическая обработка и др.), а также различные виды статических и динамических испытаний (кратковременные обжатия, заневоливание в холодном или горячем состояниях, отбивка на копрах или стендах, периодические испытания и др.) устанавливаются в зависимости от назначения пружин и указываются в чертеже, при этом допускаются ссылки на документы, отражающие режимы и нормативы соответствующих операций.

Все пружины с антикоррозионными электролитическими покрытиями (хром, никель, кадмий, цинк и т.п.) должны подвергаться операции прогрева с целью удаления водорода.

При исправлении пружин не допускается:

поджатие витков у пружин сжатия и исправление формы зацепов у пружин растяжения из холоднотянутой проволоки по ГОСТ 9389-75 с применением нагрева выше температуры отпуска;
остаточное растяжение пружин сжатия и остаточное сжатие пружин растяжения без последующей термообработки и полного цикла установленных испытаний;
механическая обработка опорных витков пружин III класса после операции дробеструйной обработки;
горячее обжатие пружин из нагартованной проволоки с назначением температуры нагрева выше температуры отпуска;
горячее обжатие пружин из закаливаемых марок стали с назначением температуры нагрева, отличающейся от температуры отпуска в сторону понижения менее чем на 30 °С;
подгонка силовых характеристик и размеров пружин методом химического травления;
повторная закалка пружин из закаливаемых марок стали без предварительного отжига или нормализации.

Величину остаточных деформаций ни на одной из стадий технологического процесса и выполняемых испытаний не регламентируют.

Параметры качества пружин, подлежащие испытаниям

Наружный осмотр пружин производится визуально. Допускается применение лупы с пятикратным увеличением.

В случае, когда трудно определить характер обнаруженного дефекта, разрешается выдерживать пружины в подогретой ванне с керосином, маслом или в их смеси в течение 10 - 15 мин с последующей механической очисткой пружин, обеспечивающей выявление выступающего из дефектов керосина или масла. Очистка должна заканчиваться не позднее чем через час после извлечения из ванны, а осмотр производится не позднее 3 ч после очистки.

По согласованию с предприятием-изготовителем указанный метод контроля может быть заменен методом физической дефектоскопии.

Пружины, подвергаемые поверхностному упрочнению и антикоррозионным покрытиям, проходят контроль качества поверхности до и после указанных операций.

Глубина обезуглероженного слоя контролируется по методике ГОСТ 1763-68.

Контроль твердости назначается только для пружин из закаливаемых марок стали и выполняется на образцах - «свидетелях», привязываемых к пружинам каждой садки. Образцы должны быть из той же партии металла (плавки) и иметь одинаковые с пружинами сечения.

Термически обработанные образцы подвергаются шлифовке с целью получения параллельных плоскостей, после чего подвергаются контролю твердости с оценкой по шкале RC. Количество образцов для каждой садки устанавливает предприятие-изготовитель, гарантируя соответствие твердости каждой пружины требованию чертежа.

Для пружин I и II классов, изготовленных из проволоки диаметром 10 мм и более, а также для пружин, закаливаемых с нагрева под навивку, допускается контролировать твердость (по Бринеллю) на опорных витках по ГОСТ 9012-59 в местах, указанных на рабочем чертеже.

При контроле диаметров пружин должны выполняться следующие правила:

а) наружный и внутренний диаметры пружины в свободном состоянии контролируются с помощью проходных и непроходных калибров.

При контроле калибрами пружина должна свободно проходить через проходной калибр, а проходной калибр свободно проходить через полость ненагруженной пружины. Длина рабочей части калибра должна быть не менее утроенного шага пружины.

При контроле наружного диаметра можно пользоваться универсальными средствами измерения, в этом случае наружный диаметр измеряется не менее чем в трех местах пружины во взаимно перпендикулярных направлениях;