Tuhosť pružiny

            Navrhnite tlačnú skrutkovú valcovú pružinu sacieho ventilu piestového kompresora. Predpínacia sila F₁ = 198 N, zdvih h = 12 mm, maximálne prevádzkové stlačenie s₈ = 42 mm. 

Materiál pružiny je zušľachtený drôt z ocele 14260 – legovaná oceľ kremíkovo – chrómová. Modul pružnosti v šmyku G = 78500 MPa, hustota r = 7850 kg/m³ . Zdvih ventilov je odvodený od vačky, maximálna prevádzková rýchlosť v = 4 m/s. Frekvencia stláčania ventilovej pružiny pri prevádzke f = 0,8 Hz.

Prevádzkové otáčky kompresoru n_k =  48 min^-1.

Podľa priebehu zaťaženia  pružiny (cyklické) je pružina zaradená do triedy 2, pokiaľ splňuje podmienku v_k < v_max , požiadavka na vôľu pre zotrvačnosť závitu  d £ 0,25 a súčasne splňuje požiadavku na prekonanie N_c = 10⁵ až 10⁷ cyklov. Výpočet vykonáme pomocou algoritmov pre  výpočet cyklicky namáhaných tlačných pružín vyrobených z oceľového drôtu kruhového prierezu tr. 14, trieda pružín 2, viť. [5], str. 29/I. 

Priemery drôtov pružín sa vyrábajú podľa zaokrúhlenej rady R20.

Činiteľ X volíme 0,87 , viť. [5], str. 29/I.

Vypočítanému intervalu vyhovujú priemery d = 2,5 mm, d = 2,8 mm, d = 3,15 mm,                    d = 3,55 mm.

Volíme priemer drôtu pružiny d = 3,55 mm . Zvolený priemer drôtu prekročil hornú medzu intervalu doporučeného priemeru o 3/10 mm, avšak vyhovuje podmienke i < 15. Zvolený priemer drôtu je možné použiť.

Napätie určíme zo vzorca platného pre drôt z ocele triedy 14, pre pružiny triedy 2.

Pri myslenom dosadnutí závitov pružiny na seba, bez vzájomného kontaktného tlaku.

Volíme hodnotu medzného napätia

Pri výrobe pružiny sa vyžaduje stredenie na vnútornú alebo vonkajší priemer. Stredený priemer musí byť vždy celé číslo. Volíme stredný priemer vinutia D = 43,55 mm.

Vnútorný priemer

Vonkajší priemer

Pružina vyhovuje pevnostne.

Navrhnutá pružina vyhovuje zaradeniu do triedy 2.

Volíme počet činných závitov n = 3.

Počet záverných závitov

Volíme na oboch koncoch po dvoch závernom závitoch. Počet záverných závitov n_z = 4. Záverné závity necháme na obidvoch koncoch pružiny zabrúsiť po celom obvode.

Medzné stlačenie pružiny je možné celé využiť pri montáži.

Pri t₉ > t_Dm  by mohla byť pružina pri montáži maximálne stlačená o

Predpíšeme voľnú dĺžku pružiny L₀ = 72 mm (voľna dĺžka sa upraví pri zabrusovaní záverných závitov).

Závity pružiny pri prevádzke na seba vzájomne nedosadnú, nedôjde ku vzniku kontaktného napätie.

Nedôjde k rozkmitaniu pružiny pri prevádzke kompresoru.

Podľa Smithovho diagramu určíme životnosť. Krivka životnosti pre prežitie 95 % vyrábaných pružín.

Pružina je správne zaradená do triedy 2.

Podľa napätia t₁ = 551,6 MPa a t₈ = 772,3 MPa odčítame zo Smithovho diagramu pre cyklicky namáhané pružiny neguličkované medzné napätie t_8U = 820 MPa

Ak leží hodnota bezpečnosti životnosti k v intervale (1,1 ¸ 1,35) je možné považovať pružinu za správne navrhnutú.

Hustota deformačnej energie pre cyklicky namáhané tlačné pružiny má ležať v intervale

Pružina vyhovuje požadovanej životnosti a hospodárnemu využitiu materiálu.