www2 opruge kao funkcionalni elementi predavanja
TRANSCRIPT
-
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
-
Opruge kao funkcionalni elementi 2
Podruja primene opruga
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 3
Klasifikacija oprugaprema vrsti materijala od kog su izraene
Mehaniki funkcionalni elementi
metalne, nemetalne.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 4
Klasifikacija oprugaprema obliku opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
lisnate, tanjiraste, prstenaste, zavojne.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 5
Klasifikacija oprugaprema vrsti naprezanja
Mehaniki funkcionalni elementi
zatezno-pritisne, fleksione, torzione.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 6
Karakteristike opruga
Mehaniki funkcionalni elementi
Zavisnost izmeu optereenja F i deformacije opruge f:
linearna, progresivna, regresivna.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 7
Karakteristike opruga
Mehaniki funkcionalni elementi
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
-
Opruge kao funkcionalni elementi 8
Karakteristike opruga
Mehaniki funkcionalni elementi
Ukoliko je karakteristika opruge linearna, onda je krutost opruge konstanta:
2
2
1
1
fF
fFc ==
-
Opruge kao funkcionalni elementi 9
Karakteristike opruga
Mehaniki funkcionalni elementi
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
=
=
=
-
Opruge kao funkcionalni elementi 10
Karakteristike opruga
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 11
Sistemi opruga
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 12
Sistemi opruga
Mehaniki funkcionalni elementi
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 +=
-
Opruge kao funkcionalni elementi 13
Sistemi opruga
Mehaniki funkcionalni elementi
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 +=
-
Opruge kao funkcionalni elementi 14
Sistemi opruga
Mehaniki funkcionalni elementi
Za kombinovanu redno-paralelnu vezu opruga sa slike:
krutost ovakvog sistema opruga je:321u c
1cc
1c1 ++=
-
Opruge kao funkcionalni elementi 15
Lisnate opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
Jednostavne pravougaone lisnate opruge mogu se predstaviti kao konzola optereena na slobodnom kraju silom F koja izaziva ugib f na slobodnom kraju:
-
Opruge kao funkcionalni elementi 16
Lisnate opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
Proraun lisnatih opruga sastoji se u proveri napona savijanja u ukljetenju opruge:
fdoz2f bhFl6
WM ==
odakle sledi maksimalno optereenje opruge:fdoz
2
max l6bhF =
-
Opruge kao funkcionalni elementi 17
Lisnate opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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
+=
-
Opruge kao funkcionalni elementi 18
Lisnate opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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
-
Opruge kao funkcionalni elementi 19
Lisnate opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
Maksimalni deformacioni rad lisnatih opruga iznosi:
2fFA maxmaxmax =
-
Opruge kao funkcionalni elementi 20
Lisnate opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
Paralelne lisnate opruge:
-
Opruge kao funkcionalni elementi 21
Gibnjevi
Mehaniki funkcionalni elementi
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).
-
Opruge kao funkcionalni elementi 22
Gibnjevi
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 23
Gibnjevi
Mehaniki funkcionalni elementi
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
-
Opruge kao funkcionalni elementi 24
Proste torzione opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 25
Proste torzione opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 26
Proste torzione opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 27
Proste torzione opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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
-
Opruge kao funkcionalni elementi 28
Proste torzione opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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
=
-
Opruge kao funkcionalni elementi 29
Proste torzione opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
Ugao deformacije:
2
4
p
mmN78500G
32dI
=
=GI
Tlp
a=
-
Opruge kao funkcionalni elementi 30
Tanjiraste opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
Tanjiraste opruge su konusnog oblika (konusne ljuske), koje se najee koriste kao slogovi (paketi) sastavljeni od veeg broja opruga istih prenika.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 31
Tanjiraste opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 32
Tanjiraste opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
Karakteristike tanjirastih opruga kod pojedinane primene, u paketu i u slogu
-
Opruge kao funkcionalni elementi 33
Tanjiraste opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
Slog tanjirastih opruga razliite debljine sa progresivnom karakteristikom
-
Opruge kao funkcionalni elementi 34
Tanjiraste opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
Slogovi tanjirastih opruga mogu imati unitranje voenje (sa osovinicom) ili spoljanje voenje (unutar cilindra). Pogodnije je unutranje voenje.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 35
Tanjiraste opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 36
Prstenaste opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 37
Prstenaste opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 38
Prstenaste opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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).
-
Opruge kao funkcionalni elementi 39
Prstenaste opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 40
Funkcije odbojnika kod eleznikih vozila
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 41
Odbojnici sa prstenastom oprugom
Mehaniki funkcionalni elementi
-
Opruge kao funkcionalni elementi 42
Gumeni elastini elementi
Mehaniki funkcionalni 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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 43
Gumeni elastini elementi
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 44
Gumeni elastini elementi
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 45
Gumeni elastini elementi
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 46
Odbojnici sa metalogumenom oprugom
Mehaniki funkcionalni elementi
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).
-
Opruge kao funkcionalni elementi 47
Odbojnici sa metalogumenom oprugom
Mehaniki funkcionalni elementi
Osnovne prednosti odbojnika sa metalogumenim oprugama u odnosu na odbojnike sa prstenastom oprugom:
z nia cena,z laka ugradnja,z nemogunost blokiranja opruge
-
Opruge kao funkcionalni elementi 48
Odbojnici sa metalogumenom oprugom
Mehaniki funkcionalni elementi
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
-
Opruge kao funkcionalni elementi 49
Gumeno-metalni elementi za primarno ogibljenje lokomotiva
Mehaniki funkcionalni elementi
-
Opruge kao funkcionalni elementi 50
Gumeno-metalni elementi za primarno ogibljenje lokomotiva
Mehaniki funkcionalni elementi
Secondary Suspension Auxillaries
Primary Suspension
Laminate Bearer Spring
Hourglass Spring
Airspring
BufferSpherilastik
Control Link
Metacone
Offset Shear
Chevron
-
Opruge kao funkcionalni elementi 51
Gumeno-metalni elementi za primarno ogibljenje lokomotiva
Mehaniki funkcionalni elementi
-
Opruge kao funkcionalni elementi 52
Gumeno-metalni elementi za primarno ogibljenje lokomotiva
Mehaniki funkcionalni elementi
-
Opruge kao funkcionalni elementi 53
Gumeno-metalni elementi za primarno ogibljenje lokomotiva
Mehaniki funkcionalni elementi
-
Opruge kao funkcionalni elementi 54
Specijalne oprugeOpruge u obliku grede
Mehaniki funkcionalni elementi
Obostrano oslonjena Obostrano ukljetena
-
Opruge kao funkcionalni elementi 55
Specijalne oprugeOpruge u obliku ploe (membranske opruge)
Mehaniki funkcionalni elementi
Po obodu ukljetena Po obodu oslonjena
-
Opruge kao funkcionalni elementi 56
Specijalne oprugeOpruge u obliku ploe (membranske opruge)
Mehaniki funkcionalni elementi
Manja krutost opruga se ostvaruje rasecanjem membrane. Time se ostvaruje vea deformacija opruga.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 57
Specijalne oprugeSavijene opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
-
Opruge kao funkcionalni elementi 58
Specijalne oprugeOpruge u obliku rolni
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 59
Specijalne oprugeBimetalne opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 60
Specijalne oprugeBimetalne opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 61
Specijalne oprugeBimetalne opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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.
-
Opruge kao funkcionalni elementi 62
Specijalne oprugeBimetalne opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
Primena bimetalnih elemenata za merenje kontinualnih temperaturnih promena predstavlja osnovnu primenu bimetala (bimetalni termometri). Najee se bimetali koriste kao ukljuno-iskljuni elementi (termoreleji).
-
Opruge kao funkcionalni elementi 63
Specijalne oprugeBimetalne opruge
Mehaniki funkcionalni elementi
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.