Www2 Opruge Kao Funkcionalni Elementi Predavanja

Opruge kao funkcionalni elementi 1

Opruge kao funkcionalni elementiOpruge su mehaniki funkcionalni elementi sposobni da se pod dejstvom spoljanjeg optereenja elastino deformiu i da apsorbovanu energiju ponovo pretvore u mehaniki rad.

Sposobnost opruga moe da se povea primenom visokoelastinih materijala i odgovarajuim konstrukcionim izvoenjem.

Osnovne veliine koje utiu na izbor materijala i oblik opruge su zahtevana sila i deformacioni put opruge, kao i raspoloivi prostor, teina i temperatura.

Mehaniki funkcionalni elementi


Podruja primene opruga


kao akumulatori energije (kod asovnika, igraaka, oruja), za priguenje udarnih i oscilatornih optereenja (kod vozila

i transportnih sredstava), za povratno kretanje (kod ventila, konica, spojnica i

mernih instrumenata), za merenje sile (kod mernih ureaja), za raspodelu optereenja.


Klasifikacija oprugaprema vrsti materijala od kog su izraene


metalne, nemetalne.


Klasifikacija oprugaprema obliku opruge


lisnate, tanjiraste, prstenaste, zavojne.


Klasifikacija oprugaprema vrsti naprezanja


zatezno-pritisne, fleksione, torzione.


Karakteristike opruga


Zavisnost izmeu optereenja F i deformacije opruge f:

linearna, progresivna, regresivna.




Krutost opruge predstavlja odnos izmeu spoljanjeg optereenja (sila F, moment savijanja M, moment uvijanja T) i jedinine deformacije (ugib f, uglovi i ).

==

=

ddTc

ddMc

dfdFcf




Ukoliko je karakteristika opruge linearna, onda je krutost opruge konstanta:

2

2

1

1

fF

fFc ==




Deformacioni rad je rad potreban da bi se izvrila odgovarajua deformacija (sila F, moment savijanja M, moment uvijanja T,ugib f, uglovi deformacije i ):

2TA

2MA

2fFA

=

=

=




Zbog priguenja u materijalu linija optereenja opruge se ne poklapa sa linijom rastereenja, odnosno deo mehanike energije se pretvara u toplotu.Kod amortizacije udara i vibracija efekat priguenja je pozitivan.


Sistemi opruga


Primena samo jedne opruge u mnogim sluajevima ne moe da ispuni konstrukcione zahteve u pogledu potrebne sile i deformacije. Zbog toga se koriste vie redno ili paralelno povezanih opruga, odnosno koriste se sistemi opruga.


Sistemi opruga


Deformacije paralelno vezanih opruga su iste, a optereenje se deli na sve opruge u vezi:

fcfcfcF u2211 =+=pa je krutost ovakvog sistema opruga: 21u ccc +=


Sistemi opruga


Optereenje redno vezanih opruga je isto, a deformacije opruga se sabiraju:

u2

2

1

1

cF

cF

cFf =+=

pa je krutost ovakvog sistema opruga:21u c

1c1

c1 +=


Sistemi opruga


Za kombinovanu redno-paralelnu vezu opruga sa slike:

krutost ovakvog sistema opruga je:321u c

1cc

1c1 ++=


Lisnate opruge


Jednostavne pravougaone lisnate opruge mogu se predstaviti kao konzola optereena na slobodnom kraju silom F koja izaziva ugib f na slobodnom kraju:


Lisnate opruge


Proraun lisnatih opruga sastoji se u proveri napona savijanja u ukljetenju opruge:

fdoz2f bhFl6

WM ==

odakle sledi maksimalno optereenje opruge:fdoz

2

max l6bhF =


Lisnate opruge


Deformacija opruge, tj. ugib na kraju konzole za lisnatu oprugu konstantnog poprenog preseka iznosi:

EF

bhl4

EI3Flf 3

33

==

Deformacija opruge, tj. ugib na kraju konzole za oprugu trapeznog poprenog preseka iznosi:

EF

bhl

b'b2

34f 33

+=


Lisnate opruge


Maksimalni ugibi opruga dobijaju se za optereenje Fmax i iznose:

Ehl

32f fdoz

2

max=

Ehl

b'b2

332f fdoz

2

max

+=

za oprugu konstantnog poprenog preseka

za oprugu trapeznog poprenog preseka


Lisnate opruge


Maksimalni deformacioni rad lisnatih opruga iznosi:

2fFA maxmaxmax =


Lisnate opruge


Paralelne lisnate opruge:


Gibnjevi


Vei broj lisnatih opruga trapeznog oblika povezanih u jednu celinu ine gibanj. Naime, za vea optereenja i vee deformacije pojedinane lisnate opruge ne mogu da zadovolje konstrukcione zahteve. Lisnate opruge iste irine, ali razliite duine tako su povezane da je list najvee duine postavljen sa gornje strane i najee ima savijene krajeve (za inska vozila).


Gibnjevi


Ispod ovog lista nalazi se jo jedan list iste duine, a ostali krai listovi prema svojoj duini poreani su ispod i na sredini povezani najee zavrtnjevima. Gibnjevi se najee primenjuju kod teretnih, putnikih i inskih vozila.


Gibnjevi


Kada se listovi gibnja poreaju jedan pored drugog, onda se dobija dvostruka konzola trapeznog oblika, jer je gibanj ukljeten na sredini. Ugib gibnja iznosi:

Ehl

z'z2

332f

EF

bhl

z'z2

34f

fdoz2

max

3

3

+

=

+=

z ukupan broj listova

z broj listova iste duine


Proste torzione opruge


Proste torzione opruge su najee okrugli tapovi sa kvalitetnom povrinskom obradom, izraeni od toplo valjanog elika za poboljanje predvienog za torziona naprezanja (4830, 50CrV4). Jedan kraj ovakvog tapa je fiksiran, dok je drugi tako uleiten da moe da se okree oko svoje ose.




Ako na slobodni kraj tapa deluje moment uvijanja T, onda dolazi do njegovog elastinog uvijanja na aktivnoj duini la prenika d. Radi smanjenja koncentracije napona i iskorienja materijala prelaz izmeu krajeva i aktivnog radnog dela tapa se izvodi preko odgovarajuih prelaznih zaobljenja.




Proste torzione opruge primenjuju se kod elastinih spojnica, kao nosee opruge kod teretnih vozila, kao i za merenje obrtnog momenta kod dinamometarskih kljueva. Nedostatak ovih opruga je to zbog svoje duine zahtevaju prostor za ugradnju.




Proraun statiki optereenih prostih torzionih opruga sastoji se u proveri tangentnih napona uvijanja:

udoz3p

u dT16

WT ==

Za materijale ija je zatezna vrstoa: 2m2 mmN1800R

mmN1600




Kod dinamiki optereenih prostih torzionih opruga torzioni moment menja se u granicama T = T2 - T1, pa je za proraun merodavan napon h koji treba da bude manji od dinamike izdrljivosti H :

H3h dT16

=




Ugao deformacije:

2

4

p

mmN78500G

32dI

=

=GI

Tlp

a=


Tanjiraste opruge


Tanjiraste opruge su konusnog oblika (konusne ljuske), koje se najee koriste kao slogovi (paketi) sastavljeni od veeg broja opruga istih prenika.


Tanjiraste opruge


Primenjuju se kod statikih i jednosmerno promenljivih optereenja. Optereenje se prenosi po spoljanjem i unutranjem obimu ljuske i dovodi do sloenog naponskog stanja, gde dominiraju normalni naponi savijanja.


Tanjiraste opruge


Karakteristike tanjirastih opruga kod pojedinane primene, u paketu i u slogu


Tanjiraste opruge


Slog tanjirastih opruga razliite debljine sa progresivnom karakteristikom


Tanjiraste opruge


Slogovi tanjirastih opruga mogu imati unitranje voenje (sa osovinicom) ili spoljanje voenje (unutar cilindra). Pogodnije je unutranje voenje.


Tanjiraste opruge


Osovinica za voenje i dodirne povrine tanjirastih opruga trebaju biti cementirani i brueni. Prva i poslednja tanjirasta opruga u slogu treba biti sa poravnatim ivicama, radi dobijanja dovoljne povrine za prenoenje optereenja.


Prstenaste opruge


Optereenje kod ovih opruga je ravnomerno po celoj duini, tako da je ovde iskorienje materijala veoma povoljno, odnosno s obzirom na optereenje koje prenose, ovo su opruge veoma kompaktne konstrukcije.


Prstenaste opruge


Prstenasta opruga sastoji se od zatvorenih spoljanjih i unutranjih prstenova sa duplim konusnim povrinama koje klize jedna po drugoj. Aksijalna pritisna sila preko konusnih dodirnih povrina prstenova napree spoljanje prstenove na zatezanje, a unutranje na pritisak.


Prstenaste opruge


Prstenasta opruga ima znatno priguenje, tako da je sila rastereenja 3 puta manja od sile optereenja. Zbog priguenja znatan deo mehanike energije pretvara se u toplotu ( i do 70% kod dobrog podmazivanja dodirnih povrina).


Prstenaste opruge


Zbog toga se ove opruga koriste kao amortizeri udara kod odbojnika eleznikih vozila, kod tekih presa, ekia i raznih alata, gde je neophodan prijem visoke energije na malom prostoru.


Funkcije odbojnika kod eleznikih vozila


za meusobno povezivanje vagona i vagona salokomotivom, za odravanje odreenog rastojanja izmeu vozila u vozila u vozu, za predaju i smanjenje intenziteta vunih i odbojnih sila, koje se javljaju kod vue vozova ili kod manevrisanja kolima.


Odbojnici sa prstenastom oprugom



Gumeni elastini elementi


Primenjuju se prvenstveno kao elastini spojevi za priguenje udarnih i vibracionih optereenja. Gumeni elastini elementi se konstrukciono izvode tako to se metalna ploa ili prsten, odnosno metalna cev spaja sa gumom. Takvi delovi u radu su napregnuti napristisak i smicanje, odnosno uvijanje.




Osnovna svojstva gume koja se koristi za elastine elemente su tvrdoa, vrstoa, elastinost, priguenje, postojanost na temperaturi, postojanost u odnosu na starenje, otpornost u odnosu na ulje, benzin i sl.




Od velikog znaaja za praktinu primenu je spoj gume sa elinim delovima preko kojih se elastini elementi optereuju. Spoj se ostvaruje procesom vulkanizacije preko odgovarajuih metalnih povrina, koje esto svojim reljefnim oblikom zalaze u gumu.




Gumeni elstini elementi primenjuju se za priguenje udarnih i vibracionih optereenja i smanjenje buke, pre svega kod veanja motora kod motornih vozila, kao elastini oslonci i spojevi kod maina, kao elastilni elementi kod spojnica itd.


Odbojnici sa metalogumenom oprugom


Gumeno-metalni elementi su konstruktivni delovi koji se izraujuod prirodnih i sintetikih kauuka u spoju sa metalnim nosaima.U njima su sadrane prednosti oba sastavna elementa: visokesposobnosti ugiba i amortizacije gume ivelika povrinska optereenja koja podnosi metalni deo.Upravo takvi zahtevi se postavljaju kod ogibljenja eleznikihvozila (lokomotive, vozovi, manevarska vozila i vagoni).




Osnovne prednosti odbojnika sa metalogumenim oprugama u odnosu na odbojnike sa prstenastom oprugom:

z nia cena,z laka ugradnja,z nemogunost blokiranja opruge




Gumeno-metalni elementi se izrauju sa metalnim delovima u oblikuploa, prstenova ili aura, koji se vezuju sa gumom postupcimavulkanizacije ili presovanjem, obezbeujui pre svega kod ugljeninihelika, visoke vrstoe spoja, uglavnom vee od same vrstoe gume


Gumeno-metalni elementi za primarno ogibljenje lokomotiva





Secondary Suspension Auxillaries

Primary Suspension

Laminate Bearer Spring

Hourglass Spring

Airspring

BufferSpherilastik

Control Link

Metacone

Offset Shear

Chevron


Specijalne oprugeOpruge u obliku grede


Obostrano oslonjena Obostrano ukljetena


Specijalne oprugeOpruge u obliku ploe (membranske opruge)


Po obodu ukljetena Po obodu oslonjena


Specijalne oprugeOpruge u obliku ploe (membranske opruge)


Manja krutost opruga se ostvaruje rasecanjem membrane. Time se ostvaruje vea deformacija opruga.


Specijalne oprugeSavijene opruge



Specijalne oprugeOpruge u obliku rolni


Za akumuliranje i ostvarivanje znatnih obrtnih momenata primenjuju se opruge u obliku rolni, koje su namotane na dva paralelna vratila. Pritom se opruna traka premotava i napree sa jednog vratila na drugo. Zbog vee deformacije elastinog elementa, izvoenje na slici b) daje vee obrtne momente.


Specijalne oprugeBimetalne opruge


Pod bimetalima se podrazumevaju metalni poluproizvodi u obliku limenih tabli ili traka koji se sastoje iz dva meusobno vrsto spojena metalna sloja iji su temperaturni koeficijenti linearnog irenja meusobno razliiti. Pri promeni temperature, zbog razliitih koeficienata termikog irenja slojeva, nastaje razliito izduenje traka, koje prouzrokuje zakrivljenje bimetala.




Osnovni zadatak pri konstruisanju bimetala je ostvarivanje to vee sile potrebne za deformaciju ukljuno-iskljunog elementa ili to veeg ugiba, kao parametra merene temperature, to se moe ostvariti razliitim nainima oslanjanja bimetala.




U cilju smanjenja ugradnog prostora i poveanja izduenja pri datoj temperaturi, umesto prethodno navedenih osnovnih izvoenja, koriste se bimetalne spirale ili bimetalna ploica sa otvorom.




Primena bimetalnih elemenata za merenje kontinualnih temperaturnih promena predstavlja osnovnu primenu bimetala (bimetalni termometri). Najee se bimetali koriste kao ukljuno-iskljuni elementi (termoreleji).




U cilju kompenzacije temperature okoline pri merenju termikog efekta prolaska struje kroz provodnik (zatitni termoreleji motora), primenjuju se kompenzacioni kontaktni elementi u paralelnoj ili rednoj sprezi. Pod dejstvom temperature okoline obe bimetalne trake se jednako deformiu, tako da se rastojanje kontaktnih povrina ne menja. Promena kontaktnog rastojanja iskljuivo nastaje termikim dejstvom usled prolaska struje kroz navoj.

Documents

Www2 Opruge Kao Funkcionalni Elementi Predavanja