Šroubovité pružiny válcové
zkrutné.Šroubovité pružiny válcové
zkrutné.Výpočet je určen pro geometrický a pevnostní návrh šroubovitých pružin válcových zkrutných z drátů a tyčí kruhového průřezu, namáhaných statickým resp. cyklickým zatížením. Kromě návrhu geometrických a pevnostních parametrů výpočet spolupracuje s CAD systémy. Program řeší následující úlohy:
Automatický návrh pružiny.
Výběr optimální varianty provedení pružiny z hlediska pevnostního, geometrického a hmotnostního.
Statická a dynamická pevnostní kontrola.
Výpočet pracovních sil pružiny známých výrobních a montážních rozměrů.
Výpočet montážních rozměrů pro známé zatížení a výrobní parametry pružiny.
Program obsahuje tabulku běžně používaných pružinových materiálů podle ISO, EN, ASTM/SAE, DIN, BS, JIS a dalších.
Podpora 2D a 3D CAD systémů.
Ve výpočtu jsou použita data, postupy, algoritmy a údaje z odborné literatury a norem EN 13906-3, DIN 2088.
Uživatelské rozhraní.
Stáhnout.
Ceník, koupit.
Informace o syntaxi a ovládání výpočtu naleznete v dokumentu "Ovládání, struktura a syntaxe výpočtů".
Informace o účelu, použití a ovládání odstavce "Informace o projektu" naleznete v dokumentu "Informace o projektu".
Zkrutná pružina je šroubovitá válcová pružina s přibližně konstantní úhlovou (momentovou) tuhostí, způsobilá přijímat vnější síly působící v rovinách kolmých k ose vinutí kroutícím momentem ve smyslu svinování nebo rozvinování. Vzhledem k funkci pružiny se rozeznávají a označují 4 základní stavy pružin:
| Stav pružiny | Popis stavu pružiny | index |
| volný | pružina není zatížena | 0 |
| předpružený | pružina je podrobena nejmenšímu pracovnímu zatížení | 1 |
| plně zatížený | pružina je podrobena největšímu pracovnímu zatížení | 8 |
| mezní | pružina je podrobena meznímu zatížení | 9 |
Výše uvedené indexy jsou ve výpočtu používány k označení jednotlivých parametrů pružiny, příslušejících danému stavu pružiny.
Zde použitý výpočet zkrutné pružiny nebere v úvahu vliv opření pružiny o vnitřní nebo vnější vodící součást ani vliv tření, které při tom vzniká. Taktéž není brán v úvahu případný vliv tření mezi závity pružiny.
Úloha návrhu pružiny není přímo řešitelná a umožňuje značnou volnost ve volbě provedení, rozměrů či zatížení pružiny. Požadovaným vstupním parametrům úlohy může vyhovovat mnoho pružin různých provedení a rozměrů. Je tedy nutné postupovat iteračně a postupně vyhodnocovat jednotlivé provedení pružin. Výpočet řeší tento problém vytvořením tabulky nejvýhodnějších řešení na základě zvoleného kvalitativního měřítka. Postup řešení je uvedený v následujících bodech (v hranatých závorkách je číslo odstavce).
V tomto odstavci je nutné zadat základní vstupní parametry, charakterizující způsob a režim zatížení, provedení a způsob uložení pružiny a parametry pracovního prostředí.
Pro účely výpočtu pružin se rozlišují dva základní způsoby namáhání pružin:
Teplota pracovního prostředí ovlivňuje relaxaci pružiny, projevující se snížením síly vyvíjené pružinou při její deformaci na konstantní úhlovou výchylku ramen, závislým na čase. Tuto skutečnost je potřeba zvážit při návrhu pružiny a pro teploty vyšší než 80 °C příslušným způsobem zvýšit míru bezpečnosti u pevnostní kontroly pružiny. Na velikost pracovní teploty je nutno brát zřetel také při výběru materiálu pružiny.
Vlivem koroze se podstatně snižuje životnost pružin. Zejména u cyklicky (únavově) zatížených pružin má koroze velmi výrazný vliv. Tuto skutečnost je potřeba zvážit při návrhu pružiny a pro korozně agresivní prostředí příslušným způsobem zvýšit míru bezpečnosti u pevnostní kontroly pružiny. Možnost koroze je také nutno zvážit při výběru materiálu pružiny.
U šroubovitých pružin je napětí vznikající v závitu pružiny při daném zatížení počítáno na prostý ohyb pro střední paprsek závitu. Především vlivem zaoblení závitu je však skutečné napětí v krajních vláknech závitu podstatně vyšší. Proto je ve výpočtu napětí korigováno korekčním součinitelem. Jelikož je ale běžně používáno několik různých součinitelů, vyberte prosím ze seznamu korekční součinitel vyhovující vašim lokálním zvyklostem či noremním doporučením.
Zkrutné pružiny se vyrábějí ve dvou základních provedeních a to buď s přiléhajícími závity nebo s vůlí mezi závity. Pro staticky zatížené pružiny se přednostně používají pružiny se závity přiléhajícími. U těchto pružin však dochází při pracovní funkci k vzájemnému tření mezi závity, což může způsobit snížení životnosti pružiny. Mimo to přiléhající závity zpravidla brání dokonalému okuličkování pružiny. Proto jsou pro cyklické zatížení s požadavkem životnosti větším než 105 pracovních cyklů používány pružiny vinuté s vůlí mezi závity. Rozteč mezi závity pružiny pak bývá zpravidla v mezích 0.3*D < t < 0.5*D.
kde:
D - střední průměr pružiny
t - rozteč mezi závity
Přednostně se doporučuje konstruovat zkrutné pružiny tak, aby byly zatěžovány ve směru svinování závitu, to jest tak, aby se při přijímání energie svinovaly a při jejím vydávání rozvinovaly. Je-li již technicky nezbytné zatěžovat pružinu proti směru svinování závitů, doporučuje se navrhovat pružinu s vyšší mírou bezpečnosti (cca. o 3-5 %).
Okuličkováním pružiny se zvýší mez únavy v ohybu materiálu pružiny zhruba o 10 až 15 %. To umožňuje u cyklicky namáhaných okuličkovaných pružin snížit spotřebu materiálu na pružinu, zmenšit její rozměry a úložný prostor, zvýšit úhel pracovního zdvihu nebo zvýšit zabezpečení pružiny proti únavovým lomům. Proto se doporučuje uplatnit technický požadavek kuličkování u všech kmitavě namáhaných pružin. Z technologických důvodů se obvykle kuličkují pouze pružiny s průměrem drátu větším než 1 mm.
Přednostně se u pružin používá pravé vinutí (v pravotočivé šroubovici), levé vinutí se používá pouze je-li to technicky nezbytné.
U zkrutné pružiny se moment síly přenáší obvykle rameny. Pracovním ramenem pružiny je myšleno zatěžované rameno, které se během zatěžování pružiny otáčí kolem osy pružiny ve směru působící síly. Opěrné rameno zachovává při zatěžování pružiny svoji pozici.
S ohledem na možnost vzniku případných koncentrací napětí by měla mít ramena zkrutné pružiny co nejjednodušší tvar. Základní typy ramen používaných u zkrutných pružin jsou uvedeny v seznamu, odkud vyberte podle následujících obrázku vám vyhovující řešení. Volba provedení ramen pružiny je závislá na požadovaném způsobu uložení pružiny, rozměrech pružiny a požadované vzdálenosti působiště zatížení od osy pružiny, přičemž opěrné a pracovní rameno pružiny nemusí být stejného typu.
Základní typy ramen:
U ramen volně opřených (zatížených) pouze v jednom bodě dochází při zatížení pružiny k ohnutí ramene. To má za následek zvětšení skutečné pracovní úhlové výchylky ramene. Velikost ohnutí ramene se zvyšuje s rostoucí vzdáleností působiště síly od závitů pružiny (délkou ramene). Při pevném upnutí obou ramen zkrutné pružiny je pracovní úhel dán pouze zkroucením závitů pružiny. Pevným upnutím ramen se zvyšuje přesnost výpočtu a zlepšuje funkce pružiny. Příklady uchycení jsou uvedeny na následujících obrázcích:
Vyberte takový režim zatížení, který nejlépe odpovídá vašemu
zadání.
Minimální přípustný poměr mezi mezním dovoleným napětím v ohybu zvoleného materiálu pružiny a skutečným maximálním pracovním napětím v závitech pružiny resp. v místě ohybu na rameni s8. Pro korozivně neagresivní atmosféru a pracovní teplotu bezprostředního okolí pružiny do 80 °C se s ohledem na průběh a režim zatížení doporučují u zkrutných pružin hodnoty míry bezpečnosti v intervalu 1 .. 1.1. Pružiny pracující za vyšších teplot nebo v agresivním prostředí by měly být navrhovány s vyšší hodnotou bezpečnosti. Taktéž u pružin zatěžovaných proti směru svinování (viz. [1.8]) by měla být při návrhu pružiny uvažována vyšší míra bezpečnosti (cca. o 3-5 %).
Vyberte takový režim zatížení, který nejlépe odpovídá vašemu
zadání.
U cyklicky zatížených pružin rozlišujeme dvě oblasti únavového namáhání pružiny. V první oblasti s omezenou životností pružiny (životnost menší než cca. 107 pracovních cyklů) klesá s rostoucím počtem pracovních cyklů únavová pevnost pružiny. V oblasti neomezené životnosti (požadovaná životnost pružiny větší než 107 pracovních cyklů) zůstává již mez únavy materiálu a tedy pevnost pružiny přibližně konstantní.
Míra bezpečnosti udává minimální přípustný poměr mezi mezní únavovou pevností v ohybu pružiny a skutečným maximálním pracovním napětím v závitech pružiny resp. v místě ohybu na rameni s8. Pro korozívně neagresivní atmosféru a pracovní teplotu bezprostředního okolí pružiny do 80 °C se s ohledem na průběh a režim zatížení doporučují u zkrutných pružin hodnoty míry bezpečnosti v intervalu 1.05 .. 1.25. Při stanovení míry bezpečnosti je třeba také zvážit vhodnost vybraného materiálu pružiny pro únavové namáhání. U materiálů nevhodných k únavovému namáhání se doporučuje zvětšit požadovanou míru bezpečnosti až o 20 %. Pružiny pracující za vyšších teplot nebo v agresivním prostředí by měly být navrhovány s vyšší hodnotou bezpečnosti. Obzvlášť koroze výrazně snižuje u cyklicky namáhané pružiny její životnost. Taktéž u pružin zatěžovaných proti směru svinování (viz. [1.8]) by měla být při návrhu pružiny uvažována vyšší míra bezpečnosti. Dále je při stanovení míry bezpečnosti třeba zvážit také způsob provedení pružiny [1.7]. U pružin se závity přiléhajícími dochází při pracovní funkci k vzájemnému tření mezi závity, což může způsobit snížení životnosti pružiny.
Tento odstavec slouží k výběru materiálu pružiny. Ihned po výběru materiálu ze seznamu jsou zde zobrazeny všechny informace potřebné pro návrh a výpočet pružiny. Pokud potřebujete podrobnější informace o zvoleném materiálu nebo chcete definovat či upravit svůj vlastní materiál, přepněte se do materiálového listu "Materiál".
Z výběrového seznamu zvolte požadovaný způsob výroby pružiny. Navíjení za studena se používá pro pružiny běžných rozměrů s průměrem drátu do 16 mm. Formování za tepla se používá pro výrobu vysoce namáhaných pružin větších rozměrů s průměrem drátu přes 10 mm.
Materiál pružiny vyberte ze seznamu. V seznamu jsou kromě 5 uživatelských materiálů uvedeny vybrané materiály jedné normy. Pokud chcete používat materiály jiné normy, vyberte příslušnou normu ze seznamu norem na listu "Materiál".
V tomto odstavci jsou uvedeny informace o doporučeném použití vybraného materiálu. Materiál pružiny by měl být navrhován s ohledem na způsob zatížení pružiny a provozní podmínky. Pokud musíte použít materiál méně vhodný, měla by se tato skutečnost projevit zvýšením míry bezpečnosti při návrhu pružiny (viz. řádek [1.19] resp. [1.23]).
Vlastnosti zvoleného materiálu popisované v řádcích [2.4, 2.6] jsou hodnoceny v pěti stupních (excelentní, výborná ,dobrá, špatná, nevyhovující), relativní pevnost materiálu v řádku [2.5] pak ve třech stupních (vysoká, střední, nízká).
Zde jsou uvedeny všechny parametry materiálu potřebné pro výpočet, nezávislé na průměru použitého drátu.
Tato kapitola obsahuje pevnostní charakteristiky vybraného materiálu, potřebné pro návrh a výpočet pružiny. Údaje charakterizující pevnost materiálu mohou být pro jeden a tentýž materiál odlišné v závislosti na použitém průměru drátu. Proto je velikost zde vypisovaných hodnot závislá na velikosti průměru drátu. [4.9]
Maximální dovolené napětí materiálu pružiny v ohybu při míjivém zatížení a neomezené životnosti.
Tento odstavec slouží k vlastnímu návrhu pružiny. Úloha návrhu zkrutné pružiny mívá často pro dané vstupní podmínky mnoho různých vyhovujících řešení. Program proto při návrhu pružiny postupuje iteračně a pro dané vstupní podmínky prochází jednotlivá provedení pružiny a na základě zvoleného kvalitativního měřítka vybere sadu nejvýhodnějších řešení. Vybraná řešení jsou pak nabídnuta ve formě setříděné tabulky, odkud si můžete vybrat vám vyhovující návrh. Údaje o vybrané pružině jsou pak ihned promítnuty do kapitoly výsledků.
V této části jsou zadávána požadovaná silová ramena pružiny. V prvním vstupním sloupci je uváděna požadovaná délka daného silového ramene pružiny, ve druhém pak přípustná odchylka od požadované hodnoty v rozmezí 0-99 %. Má-li navržená pružina přesně vyhovět požadované hodnotě daného parametru, musí být zadána nulová odchylka.
Rameno pracovní síly je vzdálenost působiště síly na pracovním rameně od osy pružiny. Ramenem opěrné síly je myšlena vzdálenost místa uchycení (opření) opěrného ramene od osy pružiny. S ohledem na konstrukční proveditelnost pružiny omezují zadané rozměry silových ramen spolu se zvoleným provedením ramen [1.12, 1.15] zároveň také průměr pružiny. Proto je potřeba dbát na to, aby zadané hodnoty silových ramen nebyly ve vzájemném rozporu popřípadě v rozporu s filtry [3.15, 3.16]. Jsou-li u pružiny obě ramena axiální (typ B), musí být velikost silových ramen shodná (rovna poloměru pružiny) a je tedy zadáváno pouze rameno pracovní síly.
Tato část slouží k zadání vstupních údajů, popisujících požadovanou velikost zatížení pružiny v průběhu pracovního cyklu, jímž má navržená pružina vyhovět. V prvním vstupním sloupci je uváděna požadovaná hodnota daného zatížení pružiny, ve druhém pak přípustná odchylka od požadované hodnoty v rozmezí 0-99 %. Má-li navržená pružina přesně vyhovět požadované hodnotě daného zatížení, musí být zadána nulová odchylka.
V této části jsou zadávány požadované hodnoty úhlových výchylek pracovního ramene pružiny, jichž má pružina dosáhnout při pracovním zatížení specifikovaném v odstavci [3.4]. V prvním vstupním sloupci je uváděna požadovaná hodnota úhlové výchylky ramene, ve druhém pak přípustná odchylka od požadované hodnoty v rozmezí 0-99 %. Má-li navržená pružina přesně vyhovět požadované hodnotě daného parametru, musí být zadána nulová odchylka. Pružinu je možno navrhovat buď pro známou (požadovanou) odchylku pracovního ramene plně zatížené pružiny nebo pro požadovaný úhel pracovního zdvihu. Způsob návrhu pružiny, vyhovující požadavkům vašeho zadání, zvolte zapnutím příslušného přepínače umístěného na začátku řádku [3.8] resp. [3.9].
V této části je potřeba specifikovat různé filtry a okrajové podmínky návrhového výpočtu. Jejich nastavením můžete výrazně ovlivnit průběh návrhu pružiny a určit tak rychlost, přesnost a kvalitu návrhu, rozsah a počet vyhovujících řešení a kvalitativní měřítko pro vyhodnocení nejvhodnějších návrhů.
Potřebujete-li při návrhu pružiny omezit její vnější průměr (má-li být například pružina vedena v pouzdře), zaškrtněte zaškrtávací políčko na začátku řádku a do vstupního pole zadejte maximální přípustnou hodnotu vnějšího průměru pružiny.
Potřebujete-li při návrhu pružiny omezit její vnitřní průměr (má-li být například pružina vedena na trnu), zaškrtněte zaškrtávací políčko na začátku řádku a do vstupního pole zadejte minimální přípustnou hodnotu vnitřního průměru pružiny.
Potřebujete-li při návrhu pružiny omezit její délku, zaškrtněte zaškrtávací políčko na začátku řádku a do vstupního pole zadejte maximální přípustnou hodnotu délky části pružiny tvořenou závity (viz. [4.14]).
Činné závity mění při funkční deformaci (vychýlení ramene) zkrutné pružiny svůj průměr. Při nastavení jemnějšího dělení testuje návrhový výpočet větší počet různých provedení pružiny a může tak navrhnout přesnější a kvalitnější řešení. Na druhé straně tím samozřejmě dochází ke zpomalení návrhového výpočtu pružiny.
Při návrhu pružiny není možné postupovat bez určitých rozměrových omezení. Některé rozměry resp. poměry jednotlivých rozměrů pružiny jsou omezeny doporučenými hodnotami stanovenými jak příslušnými normami, tak i různými výrobci. Vzniká tak soubor okrajových podmínek, které je nutné vzít při návrhu pružiny v úvahu.
Při striktním dodržení těchto okrajových podmínek může dojít k tomu, že jsou z výsledného návrhu vyřazena některá výhodná řešení, která sice mírně překročí některou ze stanovených mezí, přesto však mohou být ještě přijatelná. Z tohoto důvodu můžete nastavit v tomto řádku filtr návrhového výpočtu, specifikující percentuální dovolené překročení mezních rozměrů pružiny. Získáte tak sice více vyhovujících řešení, na druhou stranu je potřeba vizuálně zkontrolovat vybrané řešení v kapitole výsledků a posoudit přijatelnost případného překročení mezních rozměrů pružin. Překročení mezních rozměrů je v kapitole výsledků signalizováno změnou barvy hodnoty parametru na červenou.
U pružin s opěrným resp. pracovním ramenem typu B .. D (viz. [1.12, 1.15]) dochází v místě ohybu ramene ke koncentracím napětí, která mohou být podstatně vyšší než vypočtené napětí v závitech pružiny. Velikost těchto koncentrací závisí na velikosti poloměru ohybu ramene. Čím menší je poloměr ohybu, tím větší jsou hodnoty špiček napětí v ramenech pružiny. Má-li navržená pružina vyhovovat z hlediska pevnostních požadavků, musí být i případné špičky napětí v ramenech pružiny menší než napětí dovolené. Tento požadavek je nutné vzít v úvahu již při definování vstupních údajů návrhového výpočtu. Jednou z možnosti je zapnout tento filtr. Výpočet pak provádí při návrhu pružiny také předběžnou kontrolu namáhání ramen pružiny a z výsledného návrhu vyjme všechna řešení, která nesplňují příslušné požadavky.
Nevýhodou tohoto přístupu je skutečnost, že návrhový výpočet může jen stěží navrhnout optimální velikost poloměrů ohybu ramen, na nichž závisí velikost případných špiček napětí (v rámci možností zadání navrhuje výpočet poloměry ohybů ramen o velikosti zhruba dvojnásobku průměru drátu). To může vést k tomu, že budou z výsledného návrhu odstraněna i některá výhodná řešení, u nichž by pro splnění pevnostních kontrol stačilo pouze mírné zvětšení poloměru ohybu ramene. Proto může být někdy výhodnější (zvláště pro zkušené uživatele) navrhovat pružinu bez tohoto filtru a pevnostní kontrolu špiček napětí v místě ohybu na rameni [4.44] následně doladit ručním nastavením poloměrů ohybů v řádku [4.18]. Další možností je navrhovat zkrutnou pružinu, při vypnutí této kontroly, s dostatečně předimenzovanou mírou bezpečnosti [1.19, 1.23], aby byly pokryty i případné koncentrace napětí vznikající v ramenech pružiny.
Pokud je tento filtr řešení nastaven na hodnotu "Ano", budou z výsledného návrhu vyjmuta všechna řešení, u nichž je vypočtená míra bezpečnosti ss menší než požadovaná míra bezpečnosti uvedená v řádku [1.19]. U cyklicky zatížených pružin budou vyjmuta také řešení u nichž je vypočtená míra bezpečnosti sf menší než požadovaná míra bezpečnosti uvedená v řádku [1.23].
Při vypnutém filtru jsou do výsledného návrhu zahrnuta všechna řešení, u nichž jsou vypočtené míry bezpečnosti větší nebo rovné 1. Vzhledem k tomu, že požadované míry bezpečnosti bývají většinou méně či více fundovaným odhadem a pouze zřídka odrážejí přesně stanovenou hodnotu, jejíž překročení by apriori vedlo k porušení pružiny, je pro zkušené uživatele výhodnější tento filtr při návrhu vypnout a míru bezpečnosti navržené pružiny posoudit vizuálně přímo v tabulce návrhu nebo v kapitole výsledků v řádcích [4.39], [4.44] resp. [4.49].
V tomto řádku je nastavováno kritérium, podle něhož je vyhodnocena kvalita jednotlivých vyhovujících řešení návrhu pružiny. Nejvýhodnější řešení jsou pak uživateli nabídnuta v tabulce. Kvalitativní měřítko vyberte ze seznamu podle následujícího popisu:
V některých případech může být výhodné provést návrh postupně pro všechna kritéria a navržená řešení porovnat.
Návrhový výpočet pružiny funguje na iteračním principu. V tomto řádku můžete nastavit počet iterací prováděných výpočtem a ovlivnit tak rychlost, přesnost a kvalitu návrhu. Obecně samozřejmě platí čím více iterací, tím pomalejší je výpočet a řešení přesnější. Nicméně při nastavení tohoto řádku je dobré vzít v úvahu i jiná hlediska.
Rychlost návrhu je více než vybraným stupněm počtu iterací ovlivněna výkonností počítače a typem zadání. Stejně tak nemusí nastavení vysokého počtu iterací vždy přinést pro některé typy zadání přesnější řešení. Obecně lze říci, že pro běžné zadání bývá většinou dostačující nastavení nízkého či středního počtu iterací. Použití vysokého počtu iterací má význam pro značně volné zadání, kdy jsou všechny nebo většina parametrů pracovního cyklu v odstavcích [3.1, 3.4, 3.7] zadány s výraznou dovolenou odchylkou a požadovaný průměr pružiny není omezen filtry v řádcích [3.12, 3.13, 3.14].
Tato část slouží k vlastnímu spuštění návrhového výpočtu a k následnému výběru vyhovující pružiny z tabulky navržených řešení. S ohledem na náročnost návrhu pružiny není možné provádět návrhový výpočet automaticky vždy při změně některého vstupního parametru, jako je tomu u ostatních výpočtů na listu. Návrhový výpočet je spouštěn jednorázově stisknutím tlačítka v řádku [3.23]. O průběhu výpočtu jste informováni v dialogu.
Po ukončení výpočtu je naplněna a setříděna tabulka navržených řešení a hodnoty nejvýhodnějšího (vybraného) řešení jsou automaticky přeneseny do kapitoly výsledků. Tabulka je tříděna podle kritéria nastaveného v řádku [3.22]. Tabulku navržených řešení je možné znovu kdykoliv setřídit výběrem jiného třídícího kritéria.
Pokud byl návrhový výpočet neúspěšný a nepodařilo se pro dané zadání nalézt žádné vyhovující řešení, oznámí tuto skutečnost varovným hlášením a tabulku řešení nechá v původním stavu. V následujícím textu jsou uvedeny jednotlivé problémy, ke kterým mohlo dojít, a jejich případné řešení:
Význam parametrů v tabulce:
| D | Střední průměr pružiny |
| De | Vnější průměr pružiny |
| Di | Vnitřní průměr pružiny |
| d | Průměr drátu |
| n | Počet činných závitů |
| d0 | Úhel mezi rameny ve stavu volném |
| a1 | Úhlová výchylka pracovního ramene u předpružené pružiny |
| a8 | Úhlová výchylka pracovního ramene u plně zatížené pružiny |
| Rf | Rameno pracovní síly |
| M1 | Minimální pracovní zatížení |
| M8 | Maximální pracovní zatížení |
| s8 | Napětí plně zatížené pružiny |
| ss | Míra bezpečnosti staticky zatížené pružiny |
| sf | Míra bezpečnosti cyklicky zatížené pružiny |
| m | Hmotnost pružiny |
| quality | Srovnávací hodnota vyjadřující kvalitu řešení s
ohledem na zvolené kvalitativní měřítko [3.22].
Čím menší je uvedená hodnota, tím je návrh kvalitnější. |
V tomto odstavci jsou pro dané zatížení a rozměry pružiny dopočteny všechny potřebné parametry popisující navrženou pružinu. Vstupní údaje jsou do výpočtu přeneseny z vybraného návrhu pružiny z tabulky řešení [3.24] popřípadě z některého z doplňkových výpočtů [7,8,9]. Pro snadnější vyhodnocení a kontrolu velikostí jednotlivých parametrů pružiny jsou zde pro některé údaje uváděny jejich doporučené mezní hodnoty (ve výpisu uvedeny v zeleném poli). Překročení doporučených hodnot je signalizováno změnou barvy hodnoty parametru na červenou. Kritické hodnoty, které by měly za následek nefunkčnost či porušení pružiny, jsou potom signalizovány změnou barvy celého pole na červenou.
Parametry pružiny jsou ve výpisu rozděleny do odstavců podle stavu pružiny, na konci kapitoly jsou uvedeny výsledky prováděných pevnostních kontrol pružiny. Význam jednotlivých parametrů pružiny je zřejmý z obrázku.
Pokud vznikne potřeba doladit některé parametry navržené pružiny (např. zaokrouhlit navržené rozměry pružiny), použijte k tomuto účelu některý z doplňkových výpočtů. [7,8,9]
Stisknutím tlačítka v tomto řádku občerstvíte hodnoty ve výpisu parametrů pružiny údaji z vybraného návrhu pružiny z tabulky řešení [3.24].
Udává poměr mezi středním průměrem pružiny a průměrem použitého drátu D/d.
Délka pružiny je určena daným počtem závitů a roztečí mezi závity. U pružiny se závity přiléhajícími je zde vypočtená délka hodnotou pouze teoretickou. Vlivem nedokonalého přilehnutí závitů a výrobních tolerancí průměru použitého drátu bývá skutečná délka části pružiny tvořená závity větší o cca. 3-5 %.
S ohledem na konstrukční proveditelnost navrhované pružiny je potřeba při zadávání délky opěrného resp. pracovního ramene pamatovat na to, aby zvolená délka ramene byla dostatečně velká vzhledem k požadované délce ramene opěrné resp. pracovní síly, udané v řádku [4.3]. Nesplnění této podmínky je signalizováno změnou barvy vstupního pole na červenou. U pružin s rameny typu B .. D (viz. [1.12, 1.15]) se dále doporučuje minimální délka ramene jako trojnásobek poloměru ohybu na rameni.
U pružin s opěrným resp. pracovním ramenem typu B .. D (viz. [1.12, 1.15]) dochází v místě ohybu ramene ke koncentracím napětí, které mohou být podstatně vyšší než vypočtené napětí v závitech pružiny. Velikost těchto koncentrací závisí na velikosti poloměru ohybu ramene. Čím menší je poloměr ohybu, tím větší jsou hodnoty špiček napětí v ramenech pružiny. Má-li navržená pružina vyhovovat z hlediska pevnostních požadavků, musí být i případné špičky napětí v ramenech pružiny menší než napětí dovolené. Proto je potřeba po zadání poloměru ohybu zkontrolovat navrhovanou pružinu v části [4.44].
Úhlová výchylka (natočení) pracovního ramene a závisí teoreticky pouze na momentové tuhosti pružiny a je dána zkroucením závitů pružiny vlivem působení pracovní síly. Ve skutečnosti však toto platí pouze u pružin s pevně upnutými rameny (viz. [1.13]).
U pružin s jedním nebo oběma rameny volně opřenými dochází působením pracovní síly k přídavnému ohybu ramene. Skutečná (korigovaná) úhlová výchylka aC je pak oproti teoretické hodnotě větší o úhel daný ohybem ramene. Velikost ohnutí ramene se zvyšuje s rostoucí vzdáleností působiště síly od závitů pružiny (délkou ramene).
Při funkční deformaci (vychýlení ramene) zkrutné pružiny mění činné závity svůj průměr. U pružin zatěžovaných ve směru svinování závitů (viz. [1.8]) se průměr zmenšuje u pružin zatěžovaných proti směru se průměr zvětšuje. Má-li být pružina vedena na čepu nebo v pouzdře, je důležité znát maximální vnější resp. minimální vnitřní průměr plně zatížené pružiny.
U pružiny se závity přiléhajícími, namáhané ve směru svinování závitů (viz. [1.7, 1.8]), dochází při zatěžování pružiny k růstu její délky. Maximální délky je pak dosaženo u plně zatížené pružiny. Zde uvedená délka je hodnotou pouze teoretickou. Vlivem nedokonalého přilehnutí závitů a výrobních tolerancí průměru použitého drátu bývá skutečná délka části pružiny tvořená závity větší o cca. 3-5 %.
Pevnostní kontrola zkrutné pružiny je prováděna srovnáním mezního dovoleného napětí v ohybu zvoleného materiálu [4.42] s korigovaným napětím pružiny v plně zatíženém stavu [4.41]. Má-li navržená pružina pevnostní kontrole beze zbytku vyhovět, musí být výsledná míra bezpečnosti [4.43] větší nebo rovna požadované míře bezpečnosti [1.19].
Napětí vznikající v závitu pružiny při daném zatížení je počítáno na prostý ohyb pro střední paprsek závitu. Především vlivem zaoblení závitu je však skutečné napětí v krajních vláknech závitu podstatně vyšší. Proto je ve výpočtu napětí korigováno korekčním součinitelem (viz. řádek [1.5]).
U pružin s opěrným resp. pracovním ramenem typu B .. D (viz. [1.12, 1.15]) dochází v místě ohybu ramene ke koncentracím napětí, které mohou být podstatně vyšší než vypočtené napětí v závitech pružiny. Velikost těchto koncentrací závisí na velikosti poloměru ohybu ramene [4.18]. Čím menší je poloměr ohybu, tím větší jsou hodnoty špiček napětí v ramenech pružiny. Pevnostní kontrola pružiny je pak prováděna srovnáním mezního dovoleného napětí v ohybu zvoleného materiálu [4.47] s max. napětím v místě ohybu na rameni plně zatížené pružiny [4.46]. Má-li navržená pružina pevnostní kontrole beze zbytku vyhovět, musí být výsledná míra bezpečnosti [4.48] větší nebo rovna požadované míře bezpečnosti [1.19]. Dochází-li ke koncentracím napětí v obou ramenech pružiny, je kontrolováno rameno s nepříznivějším průběhem napětí.
Pevnostní kontrola cyklicky zatížené zkrutné pružiny je prováděna srovnáním maximální únavové pevnosti materiálu stanovené pro daný průběh zatížení [4.52] s korigovaným napětím v závitech resp. v místě ohybu na rameni plně zatížené pružiny [4.50, 4.51]. Má-li navržená pružina pevnostní kontrole beze zbytku vyhovět, musí být výsledná míra bezpečnosti [4.53] větší nebo rovna požadované míře bezpečnosti [1.23]. I u cyklicky zatížené pružiny musí být samozřejmě splněny podmínky "statické" pevnostní kontroly [4.39, 4.44].
Maximální únavová pevnost pružiny je stanovena na základě mezní únavové pevnosti zvoleného materiálu a daného průběhu zatížení pružiny z příslušného Goodmanova únavového diagramu.
Tento odstavec slouží k výpočtu parametrů pružiny (navržené v odstavci [4]), nacházející se ve specifickém pracovním stavu. Odstavec [5.1] je určen pro výpočet úhlové výchylky pracovního ramene pružiny aX namáhané danou pracovní silou Fx. Odstavec [5.6] umožňuje zjistit pracovní sílu resp. moment potřebný ke zkroucení pracovního ramene pružiny na danou úhlovou výchylku aX.
V tomto odstavci jsou uvedeny parametry pevnostní kontroly cyklicky zatížené pružiny. Kontrola cyklicky zatížené pružiny je prováděna srovnáním maximální únavové pevnosti použitého materiálu stanovené pro daný průběh zatížení [6.8] s korigovaným napětím v závitech resp. v místě ohybu na rameni plně zatížené pružiny [6.3]. Má-li navržená pružina pevnostní kontrole beze zbytku vyhovět, musí být výsledná míra bezpečnosti [6.9] větší nebo rovna požadované míře bezpečnosti [1.23].
Pro účely pevnostní kontroly cyklicky zatížené pružiny je napětí pružiny korigováno větším z korekčních součinitelů v řádcích [4.40, 4.45].
Maximální dovolené napětí materiálu pružiny v ohybu při míjivém zatížení a neomezené životnosti.
Maximální únavová pevnost pružiny je stanovena na základě mezní únavové pevnosti zvoleného materiálu a daného průběhu zatížení pružiny z příslušného Goodmanova únavového diagramu.
V tomto odstavci je umístěn první z doplňkových výpočtů. Tento výpočet má tři funkce.
Výpočet umístěný v tomto odstavci má dvě funkce.
Výpočet umístěný v tomto odstavci má dvě funkce.
Informace o možnostech 2D a 3D grafického výstupu a informace o spolupráci se 2D a 3D CAD systémy naleznete v dokumentu "Grafický výstup, CAD systémy".
Informace o nastavení parametrů výpočtu a nastavení jazyka naleznete v dokumentu "Nastavení výpočtů, změna jazyka".
Při návrhu pružiny není možné postupovat bez určitých rozměrových omezení. Některé rozměry resp. poměry jednotlivých rozměrů pružiny jsou omezeny doporučenými hodnotami stanovenými jak příslušnými normami (viz. například DIN 2088), tak i různými výrobci. Vzniká tak soubor okrajových podmínek, které je nutné vzít při návrhu pružiny v úvahu.
Proto mohou být používány odlišné doporučené hodnoty mezních rozměrů pružiny, a vy je můžete v tomto odstavci upravit dle svých požadavků. V prvním sloupci jsou u jednotlivých parametrů zadávány minimální hodnoty, ve sloupci druhém hodnoty maximální. Při nastavení volnějších okrajových podmínek (snížením minimálních resp. zvětšením maximálních hodnot) vybírá program při návrhu pružiny z širšího oboru vyhovujících řešení. Tím zvýšíte možnost nalezení kvalitnějšího řešení. Na druhou stranu se vystavujete riziku, že vámi navrženou pružinu nebude zvolený dodavatel ochoten vyrobit.
Pokud nemáte na mezní rozměry pružiny zvláštní požadavky, použijte předdefinované nastavení. Stisknutím tlačítka v řádku [3.7] nastavíte do vstupních polí implicitní hodnoty, odpovídající souboru okrajových podmínek pro běžně dodávané pružiny.
Udává poměr mezi středním průměrem pružiny a průměrem použitého drátu D/d. Dle DIN 2088 uváděn dovolený poměr vinutí v intervalu 4 až 20.
Dle DIN 2088 maximálně 360 mm.
Normou není předepsáno, u běžně vyráběných pružin obvykle LK<10*D.
Dle DIN 2088 maximálně 630 mm.
Normou není předepsáno, u běžně vyráběných pružin s vůlí mezi závity obvykle 0.3*D < t < 0.5*D.
U zkrutných pružin předepsány dle DIN 2088 minimálně 2 činné závity.
Všeobecné informace o tom, jak je možné měnit a rozšiřovat sešity výpočtu, jsou uvedeny v dokumentu "Úpravy sešitu (výpočtu)".
U výpočtu pružin nelze pomocí úprav a změn v sešitu zasáhnout do návrhového výpočtu pružiny. S ohledem na náročnost úlohy návrhu pružiny je tento výpočet implementován jako vnitřní funkce sešitu.
^