Розрахунок малогабаритних циліндричних гвинтових пружин за втомною міцністю в ймовірнісній постановці
DOI:
https://doi.org/10.15276/opu.1.57.2019.02Ключові слова:
циліндрична гвинтова пружина, перевірний розрахунок, втомлена міцність, надійність, довговічністьАнотація
Працездатність багатьох машин лімітується ресурсом циліндричних гвинтових пружин, який залежить від їх надійності за міцністю і стабільності силових характеристик. Розрахунки на міцність пружин регламентовані і, як правило, обмежуються традиційною перевіркою за коефіцієнтом запасу втомної міцності. Оскільки пружини відносять до деталей, які мають випадковість навантажень і характеристик міцності, очевидна доцільність перевірки пружин на надійність і довговічність за критерієм втомної міцності. Додаткова вимога щодо забезпечення обмежених, але достатніх, запасів міцності стосовно малогабаритних пружин також сприяє проведенню розрахунків в ймовірнісній постановці. Метою роботи є розробка методології універсального розрахунку малогабаритних циліндричних гвинтових пружин на надійність і довговічність за критерієм втомної міцності на основі узагальнення матеріалів нормативно-керівних документів, довідкової емпіричної та аналітичної інформації. Запропоновано алгоритм для визначення статистичних параметрів опору втоми пружин за дотичними напруженнями при відсутності або обмеженій базі вихідних даних. Обґрунтовано вибір коефіцієнтів для переходу від границі втоми матеріалу до відповідного параметру пружини з урахуванням оцінки його розсіювання. Розглянуто питання схематизації і статистичної обробки спектрів навантажень ступінчастого і безперервного виду для обчислення характеристик навантаженості пружин. Конкретизовано вибір значення коефіцієнта варіації навантаження стосовно пружин. Статистичні характеристики навантажень і опору втоми пружин використовували для оцінки ймовірності їх безвідмовної роботи і довговічності в імовірнісному аспекті. Наведено приклад розрахунку на міцність від утоми в ймовірнісній постановці циліндричної гвинтової пружини розтягу і стиску позиції 366 з урахуванням вимоги мінімізації розмірів.
Завантаження
Посилання
Aimin Y., Changjin Y. Formulation and evaluation of analytical studies for cylindrical helical spring. Acta Mechanica Solida Sinica. 2010. Vol. 23, № 1. Р. 85–94.
Канарчук В.Є., Полянський С.К., Дмитрієв М.М. Надійність машин. Київ: Либідь, 2003. 424 с.
Dammak F. Finite element method for the stress analysis of isotropic cylindrical helical spring. Euro-pean Journal of Mechanics A Solids. 2005. Vol. 24, № 6. P. 1068–1078.
Fatigue behavior of helical compression springs at a very high number of cycles – Investigation of vari-ous influences / B. Pyttel, I. Brunner, B. Kaiser, C. Berger, M. Mahendran. International journal of fa-tigue. 2014. Vol. 60. P. 101–109.
Berger C., Kaiser B. Results of very high cycle fatigue tests on helical compression springs. Interna-tional journal of fatigue. 2006. Vol 28, № 12. P. 1658–1663.
Investigation of probable failure position in helical compression springs used in fuel injection system of engines / B. Pyttel, K. Ray, I. Brunner, A. Tiwari, S. Kaoua. Journal of Mechanical and Civil Engineer-ing. 2012. Vol. 2, № 3. P 24–29.
Kaiser B., Pyttel B., Berger C. Behavior of helical compression springs made of different materials. In-ternational journal of fatigue. 2011. Vol. 33, № 1. P. 23–32.
Das A., Kumar A. Selection of Spring Material Using Promethee Method. Journal of Mechanical and Civil Engineering. 2015. Vol. 12, № 5. P. 82–91.
Failure Analysis of an Automobile Coil Spring in High-Stress State / Y. Shuaijiang, W. Qingxiang, C. Xing, Z. Chengsong, C. Guodong. Journal of Failure Analysis and Prevention. 2019. Vol. 19, № 2. P. 361–368.
Failure analysis of cylinder head valve spring in locomotives / G. Moorthy, S. Balakrishnan, S. Chitharthan, K. Ranjith. International Research Journal of Engineering and Technology. 2017. Vol. 4, № 3. Р.124–130.
Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин: справочник. Москва, 1991. 319 с.
ГОСТ 25.504-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивле-ния усталости. [Дата введения от 1982-06-30]. Москва, 1982. 52 с. (Информация и документация).
Сопротивление усталости металлов и сплавов: справочник в 2 т. / В.Т. Трощенко, Л.А. Сосновс-кий. Київ: Наукова думка, 1987. 1315 с.
Решетов Д.Н., Иванов А.С., Фадеев В.З. Надежность машин. Москва: Высш. шк., 1988. 238 с.
