Разработка методики испытаний пружин

1. Нормативные ссылки

1.1 Общая характеристика пружин

2. Технические требования к пружинам

2.1 Общие технические требования

2.2Специальные требования

2.3Параметры качества пружин, подлежащие испытаниям

3. Разработка методики испытаний пружин

3.1 Классификация испытаний. Программа испытаний

3.2 Оборудование и приборы для испытаний. Средства измерений

3.3 Методика испытаний изделия

3.4 Обработка результатов испытаний Заключение Список использованных источников

В данной курсовой работе будет рассмотрена разработка конструкции установки и методики для испытания пружин.

Пружина — деталь машины или механизма, служащая для временного накопления энергии за счет упругой деформации под влиянием нагрузки. По прекращении действия нагрузки пружина отдает накопленную энергию и восстанавливает свою первоначальную форму.

Актуальность данной работы заключается в том, что пружина является широко распространенной и незаменимой деталью во всех отраслях машиностроения. Пружины широко применяются в железнодорожном транспорте, автомобилестроении, машиностроении, приборостроении и других отраслях.

Необходимо проводить испытания пружин, так как от качества пружин зависит надежность и устойчивость работы механизмов.

Повышение качества пружин в целях наиболее полного удовлетворения возрастающих потребностей народного хозяйства требует внедрения продукции, основывающейся на испытаниях. Необходимым условием повышения качества является проведение всех видов испытаний на стадиях проектирования и производства в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным. При этом большая роль принадлежит лабораторным испытаниям, реализуемым с помощью средств испытаний, воспроизводящих воздействие внешних факторов.

Испытанием называется экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта испытаний как результата воздействия на него при функционировании, а также моделировании объекта и (или) воздействий.

Цели курсовой работы:

ѕ раскрыть предназначение пружин;

ѕ описать основные технические требования к пружинам;

ѕ раскрыть параметры качества пружин, подлежащие испытаниям;

ѕ разработать методику испытаний пружин;

ѕ описать оборудование и приборы для испытаний;

ѕ описать процесс обработки результатов испытаний.

Для достижения целей курсовой работы необходимо решить ряд задач:

ѕ выбрать объект испытаний;

ѕ определить необходимую для выполнения курсового проекта нормативно-техническую документацию;

ѕ определить цель испытаний;

ѕ разработать методику испытаний выбранного объекта.

1. Нормативные ссылки

В данной курсовой работе используются следующие нормативные документы:

1. ГОСТ 13 764–86 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения I класса из стали круглого сечения.

2. ГОСТ 13 765–86 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения II класса из стали круглого сечения.

3. ГОСТ 15.309 Система разработки и постановки продукции на производство. Испытания и приемка выпускаемой продукции. Межгосударственный стандарт

4. ГОСТ 16 118–70 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения.

5. ГОСТ 18 751–80 Пружины кручения к опорам. Конструкция и размеры.

6. ГОСТ 18 793–80 Пружины сжатия. Конструкция и размеры.

7. ГОСТ 18 794–80 Пружины растяжения. Конструкция и размеры. Конструкция и размеры пружин растяжения.

8. ГОСТ 2.401−68 Правила выполнения чертежей пружин. ЕСКД.

9. ГОСТ 25.502 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов.

10. ГОСТ 25.507 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы испытания на усталость при эксплуатационных режимах нагружения. Общие требования.

11. ГОСТ 3057–90 Пружины тарельчатые

12. ГОСТ 9389–75 Проволока стальная углеродистая пружинная. Технические условия

13. ГОСТ Р 50 753−95 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из специальных сталей и сплавов.

14. СТ ЦКБА 030−2006 Пружины винтовые цилиндрические.

1.1 Общая характеристика пружин

Пружина — упругий элемент, предназначенный для накапливания и поглощения механической энергии. Пружина может быть изготовлена из любого материала, имеющего достаточно высокие прочностные и упругие свойства (сталь, пластмасса, дерево, фанера, даже картон).

Стальные пружины общего назначения изготавливают из высокоуглеродистых сталей (У9А-У12А, 65, 70), легированных марганцем, кремнием, ванадием (65Г, 60С2А, 65С2ВА). Для пружин, работающих в агрессивных средах, применяют нержавеющую сталь (12Х18Н10Т), бериллиевую бронзу (БрБ-2), кремнемарганцевую бронзу (БрКМц3−1), оловянноцинковую бронзу (БрОЦ-4−3). Небольшие пружины можно навивать из готовой проволоки, в то время как мощные изготавливаются из отожжённой стали и закаляются уже после формовки. Функции, выполняемые пружинами, весьма разнообразны. Их применяют:

ѕ в тормозах, фрикционных передачах;

ѕ для аккумулирования энергии с последующим использованием пружины как двигателя (например, часовые);

ѕ для амортизации ударов и вибраций (рессоры, буферы);

ѕ для возвратных перемещений клапанов, кулачковых механизмов.

Во всех этих случаях используют основное свойство пружины — по окончании действия на нее внешней силы возвращаться под действием внутренних сил упругости к своей первоначальной форме.

Упругие элементы в машинах и механизмах могут выполнять следующие функции:

ѕ создавать постоянно действующие усилия (моменты), необходимые для силового замыкания кинематических пар (кулачковые механизмы, муфты фрикционные, кулачковые и др., стопоры, защелки и т. п.);

ѕ обеспечивать беззазорность в кинематических парах ме­ханизмов с целью повышения их кинематической точности (например, в составных зубчатых колесах приборов);

ѕ предохранять механизмы от воздействия чрезмерных нагрузок при ударах и вибрациях (рессоры, пружины, амортизаторы);

ѕ накапливать энергию в процессе деформации под действием внешней нагрузки и отдавать ее для работы механизмов в процессе восстановления исходной формы (часовая пружина в механических часах, боевая пружина стрелкового оружия);

ѕ выполнять преобразование силы в перемещение при использовании в качестве чувствительных элементов приборов (весоизмерительные приборы, приборы измерения давления, вакуумметры и т. п.)

Классификация пружин:

1. По виду создаваемой (воспринимаемой) нагрузки:

ѕ силовые (пружины, амортизаторы, демпферы) — воспринимают сосредоточенную силу;

ѕ моментные (моментные пружины, торсионы) — сосредоточенный крутящий момент (пару сил);

ѕ воспринимающие распределенную нагрузку (мембраны давления, сильфоны, трубки Бурдона и т. п.).

2. По виду материала, использованного для изготовления упругого элемента:

ѕ металлические (стальные, стальные нержавеющие, бронзовые, латунные пружины, торсионы, мембраны, сильфоны, трубки Бурдона);

ѕ неметаллические, изготовленные из резин и пластмасс (демпферы и амортизаторы, мембраны).

3. По виду основных напряжений, возникающих в материале упругого элемента в процессе его деформации:

ѕ растяжения-сжатия (стержни, проволоки);

ѕ кручения (винтовые пружины, торсионы);

ѕ изгиба (пружины изгиба, рессоры).

4. В зависимости от взаимосвязи нагрузки, действующей на упругий элемент, с его деформацией:

ѕ линейные (график нагрузка-деформация представляет прямую линию);

ѕ нелинейные (график нагрузка-деформация непрямолинеен).

5. В зависимости от формы и конструкции:

ѕ цилиндрические;

ѕ конические;

ѕ бочкообразные винтовые;

ѕ тарельчатые;

ѕ спиральные (ленточные и круглые);

ѕ плоские;

ѕ рессоры (многослойные пружины изгиба);

ѕ однои многожильные;

ѕ торсионы (пружинные валы);

ѕ фигурные.

6. В зависимости от способа изготовления:

ѕ витые;

ѕ точеные;

ѕ штампованные;

ѕ наборные.

Рисунок 1.1 — Виды пружин На рисунке 1.1 показаны следующие виды пружин:

а — винтовая цилиндрическая пружина сжатия;

б — винтовая цилиндрическая пружина сжатия;

в — коническая пружина сжатия;

г — коническая пружина сжатия;

д — цилиндрическая пружина растяжения;

е — пружина кручения;

ж — спиральная пружина;

з — листовая пружина.

Цилиндрические пружины с круглым сечением прутка имеют наибольшее применение в рессорном подвешивании вагонов. По сравнению с листовыми рессорами они позволяют получить необходимые упругие характеристики при меньших габаритах и массе, а в сочетании с гасителями колебаний могут обеспечить более спокойный ход вагона. Кроме того, пружины смягчают горизонтальные толчки и удары, а также проще и дешевле в изготовлении и ремонте, чем листовые рессоры.

Конические пружины применяют в тех случаях, когда необходимо получить нелинейную силовую характеристику пружины с жёсткостью, возрастающей по мере сжатия. Увеличение жёсткости пружины при сжатии объясняется неодинаковой податливостью витков, зависящей от их диаметра. С приложением нагрузки, прежде всего, деформируются витки наибольшего диаметра. Первый опорный виток ложится на опорную плоскость, затем на него ложится следующий виток и т. д. Сомкнувшиеся витки выключаются из работы. Жёсткость пружины непрерывно возрастает по мере сжатия вследствие как уменьшения числа свободных витков, так и постепенного уменьшения их диаметра.

Спиральные пружины, предназначенные для восприятия больших усилий при ограниченных габаритах, навиваются из полосовой стали прямоугольного сечения с большим отношением сторон так, что каждый виток входит внутрь соседнего витка, образуя в плане спираль. Такие пружины применялись в неразрезной упряжи винтовых сцепных устройств вагонов.

Пружины растяжения — рассчитаны на увеличение длины под нагрузкой. В ненагруженном состоянии обычно имеют сомкнувшиеся витки. На концах для закрепления пружины на конструкции имеются крючки или кольца.

Пружины сжатия — рассчитаны на уменьшение длины под нагрузкой. Витки таких пружин без нагрузки не касаются друг друга. Концевые витки поджимают к соседним, и торцы пружины шлифуют. Длинные пружины сжатия, во избежание потери устойчивости, ставят на оправки или стаканы.

Также пружина Бурдона — трубчатая пружина в манометрах для измерения давления, играющая роль чувствительного элемента.

Витки пружин растяжения-сжатия под действием постоянной по величине силы испытывают напряжения двух видов: изгиба и кручения.

Пружины кручения — могут быть двух видов:

ѕ торсионные — стержень, работающий на кручение (имеет большую длину, чем витая пружина)

ѕ витые пружины, работающие на кручение (как в бельевых прищепках, в мышеловках и в канцелярских дыроколах).

Для витых цилиндрических и конических пружин имеются следующие характерные показатели:

ѕ количество витков;

ѕ шаг витка;

ѕ диаметр проволоки;

ѕ предельно воспринимаемая нагрузка;

ѕ также усталостные характеристики.

ѕ Основными параметрами пружин являются (рисунок 1.2):

ѕ Н0 — длина пружины без зацепов в свободном состоянии ;

ѕ D0 — диаметр поперечного сечения пружины;

ѕ t — расстояние между соседними витками пружины;

ѕ d — диаметр проволоки.

Рисунок 1.2 — Основные параметры пружин Витая цилиндрическая пружина сжатия или растяжения, намотанная из цилиндрической проволоки и упруго деформируемая вдоль оси, имеет коэффициент жёсткости

(1.1)

где dD — диаметр проволоки;

dF — диаметр намотки (измеряемый от оси проволоки);

n — число витков;

G — модуль сдвига (для обычной стали G? 80 ГПа, для меди ~ 45 ГПа).

2. Технические требования к пружинам. Параметры качества, подлежащие испытаниям

Пружины предъявляют к приемке партиями. За партию принимается количество пружин, предъявленных к приемке по одному документу.

Партию комплектуют из пружин, изготовленных по одному рабочему чертежу и одинаковому технологическому процессу. Партия пружин, изготовленная из проволоки, должна быть из одного мотка проволоки, а партия пружин, изготовленная из закаливаемых марок стали, должна быть составлена из металла одной плавки.

По согласованию между потребителем и изготовителем допускается комплектование пружин, изготовленных по одному рабочему чертежу и одинаковому технологическому процессу, без учета принадлежности к одному мотку проволоки или к одной плавке.

Количество пружин, подлежащих контролю по каждому из контролируемых параметров, устанавливается по ГОСТ 18 242–72. Перечень контролируемых параметров указывается в технической документации.

Положительный результат выборочного контроля распространяется на всю партию.

При обнаружении у отобранных из партии пружин отклонений по одному или нескольким параметрам производят сплошной контроль по этим параметрам.

2.1 Общие технические требования

Пружины должны изготавливаться в соответствии с требованиями стандарта по технической документации, утвержденной в установленном порядке.

Требования к материалам и поверхности пружин На материалы должны быть сертификаты предприятия-изготовителя, удостоверяющие соответствие качества материала установленным в стандартах требованиям. Независимо от наличия сертификата допускается поверочный контроль материалов в объеме и порядке, установленными соглашением заказчика и изготовителя.

На поверхности готовых пружин не допускаются грязь, следы соли, свинца, смазки и т. п. Очистка пружин травлением не допускается.

На поверхности витков пружин не допускаются трещины, волосовины, раковины, расслоения, закаты, плены, ржавчина, окалина, следы разъедания свинцом и солями, электроожоги, а также местная скрученность проволоки.

Пружины, имеющие скрученность проволоки, на последующие операции не допускаются. Остальные перечисленные дефекты допускается устранять путем пологой зачистки. Для пружин I класса минимальный размер сечения проволоки (прутка) в месте зачистки не должен выходить за пределы минимального размера по сортаменту на материал.

Для пружин II и III классов глубина зачистки не должна превышать половины поля допуска на материал, считая от фактического размера. При этом действительный размер сечения витка может быть меньше минимального размера по сортаменту на материал в следующих границах:

ѕ для пружин из холоднотянутой или калиброванной проволоки на величину до 0,5 поля допуска на материал;

ѕ для пружин из горячекатаного материала на величину до 0,25 поля допуска.

Допускаются без зачистки мелкие забоины, углубления от опавшей окалины, морщины, отдельные царапины и риски, а также следы от навивочных оправок, роликов и инструмента, если перечисленные дефекты распространяются не глубже чем на половину поля допуска на диаметр проволоки (прутка).

Для пружин, навитых в горячем состоянии, допускается овальность (сплющивание) сечения проволоки; разность между наибольшим и наименьшим размерами сечения не должна превышать величины поля допуска на диаметр прутка. При этом действительный наименьший размер сечения витка может быть меньше минимального размера прутка на величину 0,25 поля допуска.

По требованию заказчика или при наличии указаний в чертеже пружины подвергают контролю глубины обезуглероженного слоя, общая глубина которого для пружин из закаливаемых марок стали не должна превышать указанной в соответствующих стандартах на материалы более чем на 25%. У пружин, не подвергаемых закалке, общая глубина обезуглероженного слоя должна соответствовать нормам стандарта на проволоку, из которой изготовлена пружина.

Требования к параметрам и размерам пружин Стандарт устанавливает три группы точности пружин по силам или деформациям (прогибам).

Первая группа — пружины с допускаемыми отклонениями на контролируемые силы или деформации ±5%. Назначается для пружин I и II классов по ГОСТ 13 764–86, изготовляемых из проволоки диаметром 1,6 мм и более.

Вторая группа — пружины с допускаемыми отклонениями на контролируемые силы или деформации ±10%. Назначается для пружин всех классов, кроме трехжильных (параметры витков — по ГОСТ 13 774–86).

Третья группа — пружины с допускаемыми отклонениями на контролируемые силы или деформации ±20%. Назначается для пружин всех классов, кроме одножильных пружин III класса (параметры витков по ГОСТ 13 775–86 и ГОСТ 13 776–86).

Допускается изготовление пружин с неконтролируемыми силовыми параметрами.

Обозначения параметров пружин указаны в ГОСТ 2.401−68 и ГОСТ 13 765–86.

Плоскости опорных витков пружины сжатия должны располагаться перпендикулярно к образующей пружины.

Допускаемые величины неперпендикулярности e1 или e2

Для пружин длиной более трех диаметров допускается определение отклонения от перпендикулярности указывать для части длины пружины, но не меньше 3D.

Опорные витки многожильных пружин (параметры витков по ГОСТ 13 774–86), а также одножильных пружин, изготовленных из проволоки диаметром 0,5 мм и менее, не шлифуются и пружины контролю отклонений от перпендикулярности не подвергаются.

Обработанные поверхности поджатых опорных витков пружин сжатия должны быть плоскими. Величина зазора между опорной плоскостью и контрольной плитой не должна быть более 0,05d.

Шаг пружины должен быть равномерным.

При поджатии по целому витку (ГОСТ 2.401−68) концы опорных витков должны быть примкнуты к рабочим виткам.

Толщина конца опорного витка Sк пружины сжатия должна составлять примерно 0,25d, а длина дуги обработанной поверхности примерно 0,75?D. He допускается назначение толщины опорного витка менее 0,15d, а длина обработанной поверхности — менее 0,7pD.

Требования к изготовлению пружин Навивку пружин производят в холодном состоянии. Для пружин из закаливаемой проволоки диаметром 8 мм и более допускается навивка в нагретом состоянии.

Поджатие опорных витков рекомендуется выполнять одновременно с навивкой.

Механическую обработку концов опорных витков и кромок обрабатываемых поверхностей выполняют в соответствии с требованиями рабочего чертежа.

Пружины из холоднотянутой проволоки по ГОСТ 9389–75 подвергаются только низкотемпературному отпуску.

Пружины из закаливаемых марок стали подвергают закалке и отпуску, твердость при этом должна соответствовать указанной в чертеже на основании табл. 2 ГОСТ 13 764–86. Повторная закалка пружин допускается не более одного раза. Количество повторных отпусков не ограничивается.

2.2 Специальные требования

Специальные требования к изготовлению пружин (защитные покрытия, заневоливание после электролитических покрытий, упрочнение, химико-термическая обработка и др.), а также различные виды статических и динамических испытаний (кратковременные обжатия, заневоливание в холодном или горячем состояниях, отбивка на копрах или стендах, периодические испытания и др.) устанавливаются в зависимости от назначения пружин и указываются в чертеже, при этом допускаются ссылки на документы, отражающие режимы и нормативы соответствующих операций.

Все пружины с антикоррозионными электролитическими покрытиями (хром, никель, кадмий, цинк и т. п.) должны подвергаться операции прогрева с целью удаления водорода.

При исправлении пружин не допускается:

ѕ поджатие витков у пружин сжатия и исправление формы зацепов у пружин растяжения из холоднотянутой проволоки по ГОСТ 9389–75 с применением нагрева выше температуры отпуска;

ѕ остаточное растяжение пружин сжатия и остаточное сжатие пружин растяжения без последующей термообработки и полного цикла установленных испытаний;

ѕ механическая обработка опорных витков пружин III класса после операции дробеструйной обработки;

ѕ горячее обжатие пружин из нагартованной проволоки с назначением температуры нагрева выше температуры отпуска;

ѕ горячее обжатие пружин из закаливаемых марок стали с назначением температуры нагрева, отличающейся от температуры отпуска в сторону понижения менее чем на 30 °C;

ѕ подгонка силовых характеристик и размеров пружин методом химического травления;

ѕ повторная закалка пружин из закаливаемых марок стали без предварительного отжига или нормализации.

Величину остаточных деформаций ни на одной из стадий технологического процесса и выполняемых испытаний не регламентируют.

2.3 Параметры качества пружин, подлежащие испытаниям

Наружный осмотр пружин производится визуально. Допускается применение лупы с пятикратным увеличением.

В случае, когда трудно определить характер обнаруженного дефекта, разрешается выдерживать пружины в подогретой ванне с керосином, маслом или в их смеси в течение 10 — 15 мин с последующей механической очисткой пружин, обеспечивающей выявление выступающего из дефектов керосина или масла. Очистка должна заканчиваться не позднее чем через час после извлечения из ванны, а осмотр производится не позднее 3 ч после очистки.

По согласованию с предприятием-изготовителем указанный метод контроля может быть заменен методом физической дефектоскопии.

Пружины, подвергаемые поверхностному упрочнению и антикоррозионным покрытиям, проходят контроль качества поверхности до и после указанных операций.

Глубина обезуглероженного слоя контролируется по методике ГОСТ 1763–68.

Контроль твердости назначается только для пружин из закаливаемых марок стали и выполняется на образцах — «свидетелях», привязываемых к пружинам каждой садки. Образцы должны быть из той же партии металла (плавки) и иметь одинаковые с пружинами сечения.

Термически обработанные образцы подвергаются шлифовке с целью получения параллельных плоскостей, после чего подвергаются контролю твердости с оценкой по шкале RC. Количество образцов для каждой садки устанавливает предприятие-изготовитель, гарантируя соответствие твердости каждой пружины требованию чертежа.

Для пружин I и II классов, изготовленных из проволоки диаметром 10 мм и более, а также для пружин, закаливаемых с нагрева под навивку, допускается контролировать твердость (по Бринеллю) на опорных витках по ГОСТ 9012–59 в местах, указанных на рабочем чертеже.

При контроле диаметров пружин должны выполняться следующие правила:

а) наружный и внутренний диаметры пружины в свободном состоянии контролируются с помощью проходных и непроходных калибров.

При контроле калибрами пружина должна свободно проходить через проходной калибр, а проходной калибр свободно проходить через полость ненагруженной пружины. Длина рабочей части калибра должна быть не менее утроенного шага пружины.

При контроле наружного диаметра можно пользоваться универсальными средствами измерения, в этом случае наружный диаметр измеряется не менее чем в трех местах пружины во взаимно перпендикулярных направлениях;

б) наружный диаметр пружины в предельно сжатом состоянии проверяют с помощью контрольной гильзы. Длина гильзы должна быть на 10% менее размера сжатой пружины H3. Пружина при контроле помещается внутрь гильзы и сжимается до соприкосновения витков, при этом гильза должна свободно перемещаться вдоль пружины;

в) при контроле внутреннего диаметра пружины контрольным стержнем длина последнего должна быть не менее чем на 10% более длины пружины. Контрольный стержень должен свободно проходить через полость ненагруженной пружины;

г) размеры калибров, контрольных гильз и контрольных стержней должны иметь точность не ниже 5-го класса по ОСТ 1219.

Высоты пружин в свободном состоянии Н0 измеряются в горизонтальном или вертикальном положениях. Вертикальное положение допустимо для пружин, высота которых не изменяется под собственной массой. При непараллельности опорных плоскостей пружины за величину высоты пружины принимается наибольшее измерение.

Полное число витков определяется путем отсчета целых витков и добавления к ним избыточной доли витка, составляющего часть окружности.

Высота пружины, сжатой до соприкосновения витков, контролируется с помощью универсальных средств измерения как самостоятельная операция или одновременно с измерением силовых характеристик.

За высоту H3 принимается расстояние между опорными плоскостями устройства, сжимающего пружину. При этом допускается примыкание смежных витков друг к другу не по всей длине окружности витка.

Измерение высоты (длины) пружины растяжения при максимальной деформации, указанной в чертеже или в технологической карте (H3 или F3), выполняют универсальными средствами измерения как самостоятельную операцию или одновременно с измерением силовых характеристик.

За высоту H3 принимается расстояние между опорными поверхностями устройства, растягивающего пружину (расстояние между внутренними поверхностями зацепов нагруженной пружины).

Определение отклонений от перпендикулярности торцовых плоскостей опорных витков к образующим Величину линейного отклонения измеряют линейкой или щупом. Допускается производить контроль отклонений от перпендикулярности с помощью компаратора или проектора.

Контроль отклонения от плоскостности производят под нагрузкой, не превышающей 0,02P3, но не более 30 кг. Величину неприлегания плоскости определяют с помощью щупа.

Определение неравномерности шага выполняется универсальным инструментом на двух противоположных сторонах пружины с числом измерений не менее двух на каждой стороне.

Величина отклонения представляет собой разность максимального и минимального шагов пружины.

Размеры и положения различных конструкций зацепов пружин растяжения, если на них установлены допускаемые отклонения, контролируются в соответствии со специальными указаниями в чертеже.

пружина технический прибор качество

3. Разработка методики испытаний пружин

3.1 Классификация испытаний. Программа испытаний

С целью проверки соответствия пружин требованиям настоящего стандарта, конструкторской и технологической документации проводят приемосдаточные и периодические испытания в соответствии с ГОСТ 15.309.

Приемосдаточные испытания проводят до окраски. Испытания включают в себя сплошной и выборочный контроль.

При сплошном контроле проверяют:

ѕ высоту пружин рессорного подвешивания при статической нагрузке в случае ее регламентации в конструкторской документации;

ѕ длину дуги и качество механически обработанной опорной поверхности, кроме отклонения от плоскостности опорных поверхностей;

ѕ качество поверхности пружин.

Выборочный контроль пружин проводят в объеме:

ѕ 1% партии — при партии свыше 1000 шт.;

ѕ 2% партии — при партии от 150 до 1000 шт.;

ѕ 3% партии (но не менее 3 шт.) — при партии менее 150 шт.

При выборочном контроле проверяют:

ѕ форму и состояние поверхности оттянутых и неоттянутых концов;

ѕ ширину оттянутого конца пружины;

ѕ зазоры между концами опорных витков и рабочими витками;

ѕ отклонение от плоскостности опорных поверхностей;

ѕ твердость;

ѕ размеры пружин, кроме высоты при статической нагрузке с учетом требований;

ѕ прогиб пружин при статической нагрузке;

ѕ остаточную деформацию от пробной нагрузки;

ѕ перпендикулярность оси пружины относительно опорных поверхностей.

Для пружин рессорного подвешивания при нулевом зазоре между рабочими и опорными витками проверяют обеспечение требуемого непрерывного контакта между витками при статической нагрузке.

При увеличенных допусках проверяют несмыкание рабочих витков при нагружении пробной нагрузкой.

При сплошном контроле в случае несоответствия хотя бы одному проверяемому требованию пружину не принимают.

При положительных результатах выборочного контроля принимают всю партию пружин.

При неудовлетворительных результатах выборочного контроля по какому-либо из проверяемых требований контроль по этому требованию повторяют на удвоенном количестве пружин. При неудовлетворительном результате повторного контроля партию подвергают сплошному контролю по этому требованию.

Периодические испытания включают контроль микроструктуры на соответствие единым эталонам и испытания на усталость.

Один раз в месяц готовые пружины подвергают металлографическому анализу. Контролю подлежит одна из всех пружин, изготавливаемых из прутка одного диаметра и стали одной марки.

При малых объемах выпуска (менее 100 шт. в месяц) или по согласованию с заказчиком (кроме пружин рессорного подвешивания) готовые пружины подвергают металлографическому анализу один раз в три месяца, но не реже, чем после изготовления каждой 200-й пружины.

Для пружин рессорного подвешивания не реже раза в год следует проводить испытания на циклическую долговечность. Испытаниям подвергают две пружины каждого типа. К одному типу относят пружины из стали одной марки, с одинаковым диаметром прутка и индексом с, находящимся в одном из трех диапазонов:

Испытания проводят один раз с построением кривой усталости (партия не менее 15 пружин) или определением предела выносливости (партия не менее восьми пружин) по ГОСТ 25.502, ГОСТ 25.507.

Пружины, не предназначенные для рессорного подвешивания, подвергают испытаниям на циклическую долговечность в соответствии с требованиями, согласованными с заказчиком.

При неудовлетворительных результатах периодических испытаний по какому-либо из проверяемых требований, в том числе при неудовлетворительных результатах испытаний хотя бы одной пружины, испытания по этому требованию повторяют на удвоенном количестве пружин. При неудовлетворительных результатах повторных испытаний приемку пружин приостанавливают до выявления и устранения причин, повлекших отрицательный результат.

При изготовлении пружин на автоматических линиях объем контроля устанавливают по согласованию с заказчиком.

3.2 Оборудование и приборы для испытаний. Средства измерений

В зависимости от вида и назначения пружины подвергают одному из видов технологических испытаний и контролю Технологические испытания на растяжение гидравлических, механических и пневматических прессах. Гидравлический испытательный пресс (рисунок 3.1) имеет подвижный стол-траверсу 7, на котором устанавливают приспособление с обжимаемой пружиной. Шток гидравлического пресса пуансоном 5 давит на пружину и сжимает ее до предела. Пресс оборудован манометром 1, который показывает величину давления на пружину. Линейка 2 предназначена для определения линейной величины осадки пружины.

Машина модели Р-5 (рисунок 3.2) имеет станину 1, рычаг 4, который установлен на оси. Тяга 3 перемещает рычаг 4 от гидравлического цилиндра.

Рисунок. 3.1 — Гидравлический испытательный пресс Динамометр 2 указывает величину силы, действующей на пружину. Испытания пружин на машинах модели Р-5 позволяют установить величину растяжения (рисунок 3.2, а) или величину осадки пружины (рисунок 3.2, б), а также вскрыть необнаруженные дефекты. Прессы и машины применяют для испытания средних и крупных пружин.

Рисунок 3.2 — Испытательная машина модели Р-5

Мелкие пружины испытывают на машинах лабораторного типа. В цеховых условиях применяют прессы и приборы разнообразной конструкции. Один из таких прессов показан на рисунке 3.3. На прессе испытывают пружины сжатия и растяжения. Он состоит из чугунного нижнего основания 1 и верхней неподвижной траверсы 4, соединенных двумя колонками 2, на одной из которых установлена масштабная линейка 5. В верхней части траверсы установлена рычажная система 3.

Пресс имеет винт 8, на котором установлена специальная гайка, в проушину которой устанавливается пружина растяжения 6. Винт 8 может перемещаться от гидравлического цилиндра, установленного в нижней станине пресса.

Рисунок 3.3 — Рычажный пресс для испытания пружин Для испытания пружин сжатия и растяжения применяют прибор, представляющий собой обыкновенные настольные весы. Площадка для взвешивания оборудована приспособлением для установки пружин. Усилие, приложенное к пружине, указывает стрелка на круглой шкале прибора. Величину осадки читают на шкале, установленной на приспособлении.

Для проверки пружин на усилие используются весы МИП-10 и МИП-100−2.

Пружины ответственного назначения подвергают динамическим испытаниям на копре, который состоит из двух параллельных стоек высотой до 10 м, по которым перемещается баба. Подъемный механизм поднимает и устанавливает бабу на определенной высоте, с которой механизм освобождает бабу и происходит ее свободное падение. Бабы копров для испытания пружин имеют массу от 8 до 80 кг.

К динамическим испытаниям относится метод многократно переменных сжатий или растяжений. На рисунке 3.4 показан прибор для испытания пружин многократно переменным сжатием. Прибор состоит из следующих частей: станины 1, трех стоек И, нижнего угольника 3, верхнего угольника 4, шпинделя 10, нижнего диска 9, стержней 5, направляющих 6, верхнего диска 8 и редуктора 2. На нижнем диске 9 запрессованы стержни 5 и две направляющие 6. Диск-прижим (верхний) 8 имеет отверстия для свободного перемещения стержней, на которых устанавливают пружины для испытаний.

На стержни 5, прижимая пружины, устанавливают прижим 8, который закрепляют на шпинделе 10.

Шпиндель соединен в нижней части прибора с кулачковым валом, который при вращении передает колебания шпинделя. Возвратное движение шпинделю обеспечивают испытуемые пружины и пружины, установленные на направляющих колонках.

Рисунок 3.4 — Прибор для испытания пружин на многократно переменные сжатия или растяжения Для испытания пружин кручения применяется прибор торсиометр (рисунок 3.5). Прибор имеет основание 8 и две стойки 3 и 5. Стойка 5 перемещается по направляющим основания и закрепляется ручкой 9. Пиноль 6, установленная в стойке 5, закрепляется на ней винтом 4. Вращением ручки 7 червячный винт выдвигает оправку и центрирует пружину на приспособлении. Ус пружины закрепляется на оправке, скользящей во втулке неподвижной стойки. Оправка имеет горизонтальную консоль-планку 2, на которой подвешивается площадка 1 для установки мерных грузов. Консоль создает момент вращения за счет тяжести грузов. Торсиометр позволяет измерять усилия до 10 кгс/см

Рисунок 3.5 — Прибор (торсиометр) для испытания пружин кручения

3.4 Методика испытаний изделия

Контроль качества пружин организуется по следующей принципиальной схеме, приведенной в Таблице 3.1.

Таблица 3.1

Схема контроля качества пружин

Испытание и контроль качества пружин являются заключительными операциями в технологической цепи их изготовления. Все пружины подвергаются наружному осмотру для выявления дефектов поверхности. Поверхность пружин не должна иметь рисок, царапин и следов ржавчины. У пружин, поверхность которых покрыта защитным слоем, недопустимы отслаивание, шелушение и пористость защитного покрытия. Неравномерная толщина слоя покрытия недопустима, пружину бракуют при разрушении этого слоя в результате проведенных испытаний.

После термической обработки пружины подвергают внешнему осмотру на выявление возможных рисок, закалочных трещин, волосовин и других внешних дефектов. Трещины, волосовины, закаты и другие пороки металла пружин выявляют с помощью магнитного дефектоскопа. Предварительно намагниченные пружины погружают в суспензию из порошка окиси железа и масла. Под действием магнитного поля пружины частицы порошка оседают вдоль трещин, волосовин и других пороков, благодаря чему они становятся видимыми невооруженным глазом. После контроля пружины размагничивают.

Для обнаружения поверхностных дефектов применяют метод люминесцентной дефектоскопии. Сущность метода заключается в способности некоторых веществ ярко светиться при облучении их ультрафиолетовыми лучами. Пружины, подлежащие контролю, погружают в ванну со смачивающей жидкостью, содержащей люминесцентный состав., Смоченные пружины извлекают из ванны и тщательно промывают водой. Затем насухо протертые пружины устанавливают на столик прибора и освещают ртутно-кварцевой лампой. Люминесцентный состав, оставшийся в трещинах и микротрещинах, начинает светиться в затемненном помещении, вследствие этого дефекты становятся видимыми.

Размер пружины контролируют по свободной высоте, наружному или внутреннему диаметру, кроме этого определяют число витков, проверяют, равномерен ли шаг, перпендикулярны ли опорные плоскости оси пружины у пружин сжатия, а также размеры крепежных колец у пружин растяжения.

Рисунок 3.6 — Приспособление для замера свободной высоты пружин Свободную высоту крупных и средних винтовых пружин измеряют после их установки на плите специальной линейкой с угольником. Свободную высоту мелких пружин замеряют в приспособлении (рисунок 3.6) по установленной риске на стержне, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру пружины.

В серийном производстве наружный и внутренний диаметры пружины замеряют специальными предельными калибрами.

Для проверки внутреннего диаметра пружины применяют гладкие пробковые калибры с минимальным и максимальным размерами, т. е. с проходной и непроходной сторонами. Размеры пробок соответствуют допускаемым предельным размерам на внутренний диаметр пружины. Внутренний диаметр пружины проверяют свободным пропуском проходного калибра через всю ее длину.

Для проверки наружного диаметра пружины используют два предельных калибра. Один из них — непроходной— изготовлен в виде скобы. Другим калибром-проходным — является калиброванная втулка, высота которой равна или больше величины тройного шага пружины (рисунок 3.7). При проверке диаметра пружин не проходным калибром скоба не должна проходить ПО диаметру пружины. При проверке проходным калиброванная втулка должна свободно проходить через всю длину навитой пружины. Нередко для замера внутреннего или наружного диаметра пружины используют какой-нибудь один из проходных калибров — внутренний или наружный. При измерении размеров пружин неответственного назначения можно применять универсальный измерительный инструмент — масштабную линейку или штангенциркуль.

Рисунок 3.7 — Контроль наружного диаметра пружины калиброванной втулкой Количество витков пружин определяется их счетом. Равномерность шага определяется измерением расстояния между витками пружины масштабной линейкой или универсальным штангенциркулем. Шаг проверяют у крупных и средних пружин.

Рисунок 3.8 — Проверка перпендикулярности опорной плоскости пружины и ее оси с помощью калиброванных плиты и стойки Перпендикулярность опорных плоскостей оси пружины сжатия с шлифованными нерабочими витками проверяют установкой ее на калиброванную стойку с плитой (рисунок 3.8). При неперпендикулярности опорной плоскости оси пружины образующийся зазор между основанием приспособления и шлифованным витком можно замерить щупом.

Простейшим способом проверки перпендикулярности опорных плоскостей пружины является проверка угольником и контрольной плитой (рисунок 3.9). В этом случае определяют отклонение цилиндрической части пружины от стойки.

Для испытания пружин в заводских условиях применяют гидравлические и механические прессы, установленные в механических лабораториях. В лаборатории испытывают пружины на полное сжатие или максимальное растяжение. При испытании определяют усилие и величину сжатия пружины. После трехкратного обжатия и снятия нагрузки с пружины определяют величину осадки пружины. Если высота пружины больше трех ее диаметров, то при испытании во избежание прогиба пружины применяют подставку с гладким цилиндрическим штоком, обеспечивающим свободное перемещение витков при сжатии.

Рисунок 3.9 — Проверка перпендикулярности опорной плоскости пружины и ее оси контрольной плитой и угольником Одним из видов динамических испытаний пружин является их испытание на копре. После испытаний на копре пружины осматривают, замеряют свободную высоту и величину осадки пружины.

Пружины, прошедшие все стадии испытаний и контроля, должны строго соответствовать техническим условиям и требованиям чертежа.

3.5 Обработка результатов испытаний

Стандарт устанавливает три группы точности пружин:

1. первая группапружины с допускаемыми отклонениями на контролируемые силы или деформации ± 5;

2. вторая группа — пружины с допускаемыми отклонениями ± 10%;

3. третья группа — пружины с допускаемыми отклонениями ± 20%

Для предельных отклонений на параметры пружин установлены следующие условные обозначения:

ѕ предельное отклонение наружного диаметра пружины — ?D

ѕ предельное отклонение внутреннего диаметра пружины — ?D1

ѕ предельное отклонение диаметра проволоки (прутка) — ?d

ѕ предельное отклонение высоты пружины сжатия в свободном состоянии — ?Н0

ѕ предельное отклонение высоты пружины сжатия в свободном состоянии на один рабочий виток — ?Н0/n

ѕ предельное отклонение высоты пружины растяжения в свободном состоянии — ?Н0

ѕ предельное отклонение длины зацепа — ?l

ѕ предельное отклонение полного числа витков — ?п1

ѕ предельное отклонение от перпендикулярности торцовых плоскостей к образующей пружины:

ѕ в долях высоты H0 — e1

ѕ в долях диаметра D — е2

ѕ неравномерность шага пружины в свободном состоянии — e3.

Сочетание по одной и той же группе точности предельных отклонений на силы или деформации с предельными отклонениями на геометрические параметры, не является обязательным. При этом, если на силы или деформации назначена первая группа точности, то предельные отклонения на геометрические параметры допускается назначать по второй группе точности; если на силы или деформации назначена вторая группа точности, то предельные отклонения на геометрические параметры допускается назначать по третьей группе точности. В технически обоснованных случаях предельные отклонения на геометрические параметры по согласованию с предприятием-изготовителем допускается назначать по более высоким группам точности, чем отвечающие назначенной группе точности по силам или деформациям.

Для пружин с неконтролируемыми силами или деформациями все предельные отклонения геометрических параметров назначают по одной из трех установленных групп точности.

В зависимости от назначенной группы точности по силам или деформациям материал выбирают с таким расчетом, чтобы предусмотренные в соответствующих стандартах суммарные предельные отклонения диаметра проволок или прутка не превышали величин, указанных в таблице стандарта.

Предельные отклонения наружного или внутреннего диаметров пружины в свободном состоянии не должны превышать величин, указанных в таблице стандарта. Одновременное назначение предельных отклонений на наружный и внутренний диаметры пружин не допускается. Предельные отклонения на внутренний диаметр назначают только в технически обоснованных случаях.

При использовании проволоки с двусторонними отклонениями (±?d) предельные отклонения диаметров пружин (±?D или ±?D1) назначают в каждую сторону пропорционально допускам на проволоку, при этом суммарное значение поля допуска на диаметр пружины не должно превышать величин, указанных в таблице стандарта. При одностороннем отклонении (-?d или +?d) предельные отклонения диаметров пружин назначают со знаком отклонения проволоки (-?D или +?D).

Если в чертеже указывается контроль наружного диаметра пружины контрольной гильзой D внутреннего диаметра контрольным стержнем Dс, или одновременно оба вида контроля, то предельные размеры гильзы или стержня устанавливают с учетом предельных отклонений наружного и внутреннего диаметров пружины, указанных в таблице стандарта. При этом внутренний диаметр гильзы Dг должен на 2% превышать максимальный наружный диаметр пружины в свободном состоянии, а диаметр стержня Dс на 1% ниже минимального внутреннего диаметра пружины.

Предельные отклонения полного числа витков устанавливают в соответствии с таблице стандарта, при этом для пружин III класса (параметры витков по ГОСТ 13 774–86-ГОСТ 13 776−86) отклонения на полное число витков назначают только со знаком минус.

Предельные отклонения высоты пружины сжатия в свободном состоянии определяют по формуле (3.1)

?Н₀ = n, (3.1)

где ?H₀ — предельное отклонение высоты пружины сжатия в свободном состоянии;

?Н0/n — предельное отклонение высоты пружины сжатия в свободном состоянии на один рабочий виток.

Величину предельного отклонения высоты пружины на один рабочий виток выбирают по таблице стандарта со знаком, противоположным установленному на предельное отклонение диаметра проволоки (плюс, если? d со знаком минус, и, наоборот, минус, если Dd со знаком плюс).

В случае использования проволоки с двусторонними отклонениями (±?d) предельные отклонения с учетом указанного выше правила знаков устанавливаются в каждую сторону пропорционально допускам на проволоку, при этом суммарное значение поля допуска не должно превышать величин, указанных в таблице стандарта.

В тех случаях, когда допускаемые отклонения назначены на две и более силы или деформации, высота пружины в свободном состоянии является справочным размером и контролю не подлежит.

Предельные отклонения высоты (длины) пружины растяжения в свободном состоянии? Н₀ определяют по формуле (3.2)

?H₀ = ?n₁(d+?d)+(n₁+1) ?d+?l, (3.2)

где ?n1 выбирают по таблице стандарта.

Предельные отклонения длины зацепа? l устанавливаются в зависимости от конструкции зацепа и предъявляемых требований к точности пружин.

Максимальное значение высоты пружины, сжатой до соприкосновения витков, определяют по формуле (3.3)

(H₃)_max=[n₁+?n₁+1-(n₃-и)](d+?d), (3.3)

где n3 — число зашлифованных витков;

и = 0,1 — для пружин холодной навивки;

и = 0,2 — для пружин горячей навивки.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы была разработана программа испытаний пружин.

Для этого выполнялись следующие действия:

ѕ выбранный объект был охарактеризован;

ѕ определена цель испытаний;

ѕ определены условия и место проведения испытаний, испытательные режимы;

ѕ установлены контролируемые параметры (их значения и допустимые пределы изменений);

ѕ установлена продолжительность проведения каждого вида испытаний и общая продолжительность испытаний;

ѕ определен способ проведения испытаний;

ѕ установлено количество испытуемых изделий (выборка) для каждого испытания;

ѕ определена периодичность проведения испытаний;

ѕ выбраны средства испытаний, средства измерений;

ѕ определены требования к метрологическому обеспечению процесса испытаний;

ѕ разработан состав правил техники безопасности и производственной санитарии при проведении испытаний.

При разработке программы и методики испытаний использовалась соответствующая нормативно-техническая документация.

Таким образом, задачи курсовой работы были выполнены, цели достигнуты.

Список использованных источников:

1. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Испытания, контроль и безопасность продукции» для студентов КазНТУ имени Сатпаева по специальности 50 732 — Стандартизация, метрология и сертификация. Составители — Сергазин Т. Ш. Алматы: Изд-во КазНТУ, 2007.

2. Клюев В. В. Испытательная техника: Справочник. В2-х кн. — М.: Машиностроение, 1982 — Кн. 2. 1982 [122−130].

3. Радчик А. С., Буртковский И. И. Пружины и рессоры. — К.: Техника, 1973 [70−84].

4. ГОСТ 16 118–70 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения.

5. ГОСТ 18 793–80 Пружины сжатия. Конструкция и размеры.

6. ГОСТ 2.401−68 Правила выполнения чертежей пружин. ЕСКД.

7. ГОСТ 25.502 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов.