Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Пружины подвески автомобиля

Пружины подвески любого автомобиля выполняют немало важных функций. Правильно подобранные пружины подвески, оказывают качественное влияние на весь процесс управления автомобилем и его грузоподъемность, делают неровности дорожного покрытия менее заметными, повышают комфорт для водителя.

Функции пружин

Все упругие компоненты, к которым приклады­вается нагрузка, являются пружинными элементами. Однако, пружины, в более узком смысле, означают только те упругие элементы, которые могут поглощать, сохранять и выпускать работу на относительно большое расстояние. Сохраненная энергия может также использоваться, для того чтобы поддерживать силу. Самые важные области применения промышленных пружин:

• Поглощение и демпфирование амортиза­торов;
• Хранение потенциальной энергии (пру­жинные двигатели);
• Применение силы (пружины сцепления);
• Вибрирующие системы (вибрационный стел);
• Измерение силы (пружинные весы).

Характеристики пружин

Характеристики пружин описывают поведение пружины или системы пружин. Это означает определение зависимости нагрузки на пружину или изгибающего момента от деформации. Металлические пружины имеют линейную характеристику (закон Гука), эластомерные пружины — прогрессивную характеристику, тарельчатые пружины — дегрессивную характеристику. Градиент харак­теристики называют жесткостью пружины.

Для поступательного движения: R = dF/ds

Для вращательного движения: R_t = dM_t/da

Работа пружины

Для пружин, находящихся под напряжением, при отсутствии трения, область действия пру­жины представляет поглощенную или выпу­щенную работу (рис. «Характеристики и работа пружин» ):

W= ʃ Fds.

Демпфирование пружины

Если присутствует трение, преобладающая нагрузка на пружину больше, чем в случае, когда нагрузка снята. Область действия пружины, описываемая этими двумя характеристиками, пред­ставляет работу силы трения WR и является, таким образом, мерой уровня демпфирования (рис. «Характеристики и работа пружин» ):

Демпфирование из-за внутреннего трения может быть очень высоким с эластомерными пружинами (0,5 Ψ Ψ R_total = R₁ + R₂ + R₃ + … + R_n

Соответственно, система пружин, включаю­щая параллельные пружины, обладает боль­шей жесткостью, чем отдельные пружины.

Комбинация последовательных пружин

С последовательно расположенными пружинами полная внешняя нагрузка действует на каждую отдельную пружину. Однако, перемещение каждой пружины отличается, в зависимости от отдельных показателей пружин, и суммируется. Система последовательных пружин описывается уравнением:

Система последовательных пружин является более мягкой, чем самые мягкие отдельные пружины.

Металлические пружины

Обычно металлические пружины классифи­цируются, согласно их усилиям (табл. «Нагрузка на пружину»). Надо отметить, что тенденция пружин к релаксации увеличивается с повышением рабочей температуры. Релаксация начинается со 120°С. Однако, у пружин из нелегированной стали релаксация может наступить при 40°С . При более высоких рабочих температурах оценить должным образом действие пружин можно только, используя диаграммы зависимости релаксации от напряжения.

Пружины, подвергаемые напряжению сжатия и растяжения

Из-за высокой жесткости, металлические бурсы, предназначенные для испытаний на растяжение и сжатие, подходят только для очень немногих специальных областей применения.

Пластинчатые листовые пружины

Простая пластинчатая листовая пружина ис­пользуется в качестве пружины сжатия или направляющей пружины. Многолистовые пружины используются для подвески колес в автомобилях. Они обычно изготавливаются из пружинной стали в соответствии со стандартом DIN EN 10089 (горячекатаная полоса) и DIN EN 10132 (холоднокатаная полоса). В эскизном проекте могут быть приняты допустимые уси­лия изгиба, приведенные в табл. «Пружины, подвергаемые напряжению изгиба» и на рис. «Допустимые напряжения изгиба».

Торсионные и спиральные пружины

В случае прогиба торсионных и спиральных пружин, на ось вращения воздействует крутящий момент отдачи. Из-за условий зажима, сгибающие усилия при закручивании на определенный угол почти однородны. Для вычисления торсионных и спиральных пружин используются одни и те же уравнения.

Тарельчатые пружины

Тарельчатые пружины в форме конусоо­бразного кольца (рис. «Пластинчатые листовые, торсионные и спиральные пружины» ), прежде всего, подвергнуты напряжению изгиба. Большое разнообразие применений следует из большого количества параллельных и последова­тельных комбинаций. Тарельчатые пружины, главным образом, используются там, где нагрузка на пружину и перемещение должны быть поглощены в пределах ограниченного пространства. Они используются, например, в предохранительных муфтах. Поскольку трение в многодисковых пружинах происходит между отдельными дисками в одном и том же направлении, они также подходят и для демпфирования колебаний и толчков.

При h₀/t > 0,4 , нелинейность пружин становится значительна. Нагрузка на пружину, перемещение и жесткость пружины могут быть вычислены с достаточной точностью согласно DIIM 2092 или могут быть взяты по данным изготовителя.

Для тарельчатых пружин, подвергнутых статическому напряжению ( 4 изменений направления действия напряжения), вычисление усталостной прочности не требуется, если максимальная нагрузка на пружину при s = 0,75 h₀ не превышена.

Пружины, подвергаемые напряжению кручения

Торсионные стержни

Для торсионов обычно отбираются стержни круглого поперечного сечения. Они обладают фактором использования очень большого объема, что означает, что они могут поглотить много энергии, но при этом занимать мало места.

Винтовые пружины

Цилиндрические винтовые пружины произво­дятся как пружины сжатия и растяжения. Уравнения вычисления характеристик идентичны для обоих типов пружин. Пружины сжатия конической формы позволяют оптимизировать использование пространства, если отдельные пружины могут быть вставлены друг в друга.

Эксцентриситет силы может быть миними­зирован на пружинах сжатия, если пружину наматывать так, чтобы концы проводов на каждом конце пружины коснулись смежного витка. Каждый конец пружины в виде плоской поверхности основания перпендику­лярен оси пружины. Чтобы избежать перегрузки пружины, должно поддерживаться минимальное расстояние между активными витками. Для статических напряжений применяются данные, приведенные в табл. «Винтовые пружины».

Для расчета динамического напряжения расстояние Sa должно быть удвоено. Дополни­тельно концы пружин должны располагаться на 180° друг к другу. Общее количество витков всегда должно быть кратно половине витка (например, n_t = 7,5 ). Эффект искривления провода учитывается коэффициентом напряжения к (табл. «к-фактор» ).

В случае статического напряжения этот эффект может быть проигнорирован, тогда, например, принимается к=1. Следующее соотношение относится к диапазону напряжений, преобла­дающему в случае динамического напряжения:

τ _kh = k • 8D/πd 3 • (F2 — F1) ≤ τ _kH

Пружины растяжения

Пружины растяжения выпускаются с петлями либо с закатанными, либо поджатыми концами. Так как срок службы определен прежде всего петлями, невозможно дать общие предельные значения усталости. Пружины растяжения, получаемые холодной штамповкой, после упрочнения и отпуска производятся с внутренней предварительной нагрузкой. Это позволяет выдерживать значительно более высокие нагрузки на пружину.

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Пружины подвески автомобиля

Пружины подвески любого автомобиля выполняют немало важных функций. Правильно подобранные пружины подвески, оказывают качественное влияние на весь процесс управления автомобилем и его грузоподъемность, делают неровности дорожного покрытия менее заметными, повышают комфорт для водителя.

Функции пружин

Все упругие компоненты, к которым приклады­вается нагрузка, являются пружинными элементами. Однако, пружины, в более узком смысле, означают только те упругие элементы, которые могут поглощать, сохранять и выпускать работу на относительно большое расстояние. Сохраненная энергия может также использоваться, для того чтобы поддерживать силу. Самые важные области применения промышленных пружин:

• Поглощение и демпфирование амортиза­торов;
• Хранение потенциальной энергии (пру­жинные двигатели);
• Применение силы (пружины сцепления);
• Вибрирующие системы (вибрационный стел);
• Измерение силы (пружинные весы).

Характеристики пружин

Характеристики пружин описывают поведение пружины или системы пружин. Это означает определение зависимости нагрузки на пружину или изгибающего момента от деформации. Металлические пружины имеют линейную характеристику (закон Гука), эластомерные пружины — прогрессивную характеристику, тарельчатые пружины — дегрессивную характеристику. Градиент харак­теристики называют жесткостью пружины.

Для поступательного движения: R = dF/ds

Для вращательного движения: R_t = dM_t/da

Работа пружины

Для пружин, находящихся под напряжением, при отсутствии трения, область действия пру­жины представляет поглощенную или выпу­щенную работу (рис. «Характеристики и работа пружин» ):

W= ʃ Fds.

Демпфирование пружины

Если присутствует трение, преобладающая нагрузка на пружину больше, чем в случае, когда нагрузка снята. Область действия пружины, описываемая этими двумя характеристиками, пред­ставляет работу силы трения WR и является, таким образом, мерой уровня демпфирования (рис. «Характеристики и работа пружин» ):

Демпфирование из-за внутреннего трения может быть очень высоким с эластомерными пружинами (0,5 Ψ Ψ R_total = R₁ + R₂ + R₃ + … + R_n

Соответственно, система пружин, включаю­щая параллельные пружины, обладает боль­шей жесткостью, чем отдельные пружины.

Комбинация последовательных пружин

С последовательно расположенными пружинами полная внешняя нагрузка действует на каждую отдельную пружину. Однако, перемещение каждой пружины отличается, в зависимости от отдельных показателей пружин, и суммируется. Система последовательных пружин описывается уравнением:

Система последовательных пружин является более мягкой, чем самые мягкие отдельные пружины.

Металлические пружины

Обычно металлические пружины классифи­цируются, согласно их усилиям (табл. «Нагрузка на пружину»). Надо отметить, что тенденция пружин к релаксации увеличивается с повышением рабочей температуры. Релаксация начинается со 120°С. Однако, у пружин из нелегированной стали релаксация может наступить при 40°С . При более высоких рабочих температурах оценить должным образом действие пружин можно только, используя диаграммы зависимости релаксации от напряжения.

Пружины, подвергаемые напряжению сжатия и растяжения

Из-за высокой жесткости, металлические бурсы, предназначенные для испытаний на растяжение и сжатие, подходят только для очень немногих специальных областей применения.

Пластинчатые листовые пружины

Простая пластинчатая листовая пружина ис­пользуется в качестве пружины сжатия или направляющей пружины. Многолистовые пружины используются для подвески колес в автомобилях. Они обычно изготавливаются из пружинной стали в соответствии со стандартом DIN EN 10089 (горячекатаная полоса) и DIN EN 10132 (холоднокатаная полоса). В эскизном проекте могут быть приняты допустимые уси­лия изгиба, приведенные в табл. «Пружины, подвергаемые напряжению изгиба» и на рис. «Допустимые напряжения изгиба».

Торсионные и спиральные пружины

В случае прогиба торсионных и спиральных пружин, на ось вращения воздействует крутящий момент отдачи. Из-за условий зажима, сгибающие усилия при закручивании на определенный угол почти однородны. Для вычисления торсионных и спиральных пружин используются одни и те же уравнения.

Тарельчатые пружины

Тарельчатые пружины в форме конусоо­бразного кольца (рис. «Пластинчатые листовые, торсионные и спиральные пружины» ), прежде всего, подвергнуты напряжению изгиба. Большое разнообразие применений следует из большого количества параллельных и последова­тельных комбинаций. Тарельчатые пружины, главным образом, используются там, где нагрузка на пружину и перемещение должны быть поглощены в пределах ограниченного пространства. Они используются, например, в предохранительных муфтах. Поскольку трение в многодисковых пружинах происходит между отдельными дисками в одном и том же направлении, они также подходят и для демпфирования колебаний и толчков.

При h₀/t > 0,4 , нелинейность пружин становится значительна. Нагрузка на пружину, перемещение и жесткость пружины могут быть вычислены с достаточной точностью согласно DIIM 2092 или могут быть взяты по данным изготовителя.

Для тарельчатых пружин, подвергнутых статическому напряжению ( 4 изменений направления действия напряжения), вычисление усталостной прочности не требуется, если максимальная нагрузка на пружину при s = 0,75 h₀ не превышена.

Пружины, подвергаемые напряжению кручения

Торсионные стержни

Для торсионов обычно отбираются стержни круглого поперечного сечения. Они обладают фактором использования очень большого объема, что означает, что они могут поглотить много энергии, но при этом занимать мало места.

Винтовые пружины

Цилиндрические винтовые пружины произво­дятся как пружины сжатия и растяжения. Уравнения вычисления характеристик идентичны для обоих типов пружин. Пружины сжатия конической формы позволяют оптимизировать использование пространства, если отдельные пружины могут быть вставлены друг в друга.

Эксцентриситет силы может быть миними­зирован на пружинах сжатия, если пружину наматывать так, чтобы концы проводов на каждом конце пружины коснулись смежного витка. Каждый конец пружины в виде плоской поверхности основания перпендику­лярен оси пружины. Чтобы избежать перегрузки пружины, должно поддерживаться минимальное расстояние между активными витками. Для статических напряжений применяются данные, приведенные в табл. «Винтовые пружины».

Для расчета динамического напряжения расстояние Sa должно быть удвоено. Дополни­тельно концы пружин должны располагаться на 180° друг к другу. Общее количество витков всегда должно быть кратно половине витка (например, n_t = 7,5 ). Эффект искривления провода учитывается коэффициентом напряжения к (табл. «к-фактор» ).

В случае статического напряжения этот эффект может быть проигнорирован, тогда, например, принимается к=1. Следующее соотношение относится к диапазону напряжений, преобла­дающему в случае динамического напряжения:

τ _kh = k • 8D/πd 3 • (F2 — F1) ≤ τ _kH

Пружины растяжения

Пружины растяжения выпускаются с петлями либо с закатанными, либо поджатыми концами. Так как срок службы определен прежде всего петлями, невозможно дать общие предельные значения усталости. Пружины растяжения, получаемые холодной штамповкой, после упрочнения и отпуска производятся с внутренней предварительной нагрузкой. Это позволяет выдерживать значительно более высокие нагрузки на пружину.

Источник Источник https://press.ocenin.ru/pruzhiny-podveski/
Источник Источник https://press.ocenin.ru/pruzhiny-podveski/