Механические характеристики:
-предел прочности σв=1900МПа,
-предел текучести σт=1700МПа,
-относительное сужение ψ=20%,
-относительное удлинение δ=5%.
Допускаемое напряжение на изгиб принимаем с коэффициентом запаса прочности s=1,2 по отношению к пределу текучести
[σИ]=σт /s =1700/1,2=1416МПа≈1400Мпа
Момент сопротивления изгибу для проволоки круглого сечения
WИ=πd3 /32≈0,1d3
Требуемый диаметр проволоки для пружины определим из условия прочности на изгиб.
σИ=(К∙М)/0,1d3 ≤[σИ],
Откуда
d≥3√((к∙М)/(0,1∙[σИ]))=3√((1,125∙7∙103)/(0,1∙1400))=3,83мм
По ГОСТ 14958-75 принимаем проволоку диаметром 4мм.
Угол закручивания пружины в радианах может быть определен как угол взаимного упругого наклона концевых сечений бруса длиной L, равной суммарной длине витков пружины под действием чистого изгиба моментом М.
Θ=(М∙L)/(E∙J)=(М∙π∙D∙i)/(E∙J)
Основной момент инерции площади сучения проволоки
J=(π∙d4)/64=(3,14∙44)/64=12,566мм
Средний диаметр пружины
D=c∙d=7∙4=28мм
Модуль упругости первого рода для сталей Е=2,1∙105 МПа.
Задаемся углом закручивания пружины φ = 30° при расчетном моменте М=7·103 Н·мм
Величина закручивания пружины в градусах
Θ = π·φ / 180 = (3,14·30°) / 180=0,524 рад.
Потребное число витков пружины определим по условию, что при возрастании момента от установочного Mmin до Мmax пружина должна получить заданный угол φ = 30°.
Величина установочного момента – момента предварительного закручивания пружины при установке механизма на автомобиль
M min≈ 0.75 M max=0.75·7=5.25Н·м
Требуемое число витков пружины
i = (Θ·E·J) / (π·D(М мах – M min)) =
= (0.524 ·2.1·103·12.566) / (3.14·28(7·103 – 5.25·103))=9.76
Принимаем число витков пружины i = 10.
Длина развернутой пружины без учета зацепов
L ≈ 3,2D·i = 3,2·2,8·10=898мм.
Длина пружины :
L0=i·t=10·5,5=55мм ,
где t – шаг витков пружины
t = d+Δ= 4+1,5=5,5мм.
Δ=1,5мм – зазор между витками пружины.
Полная длина пружины с учетом зацепов
L = 62мм.
Длин развернутой пружины с учетом длин зацепов
L = 978мм.
После навивки пружины заневоливают. Для этого их подвергают пластическому деформированию под нагрузкой того же знака, что и рабочая, но вызывающая напряжения выше предела упругости. В результате заневоливания нагруженные волокна получают остаточные деформации.
В свободном состоянии пружины наружные волокна, взаимодействуя с внутренними, получают остаточные напряжения обратного знака по отношению к рабочим, что повышает несущую способность пружины на 20-25%.