4. Экспериментальное определение нагрузочных характеристик ирисовых пружин.

Эксперименты проводились на ирисовых пружинах сейсмоприёмника CВ-5, имеющих ярко выраженную нелинейную нагрузочную характеристику. На рисунке 1.6 дан эскиз с основными размерами этой пружины. Материал - сплав "Камелон".

На рисунке 1.7 представлена установка для снятия характеристик, состоящая из электронных весов ВЛЭ-134 (поз.1), индикатора-микрометра часового типа 2, штатива 3, оправки, имитирующей жёсткую заделку для ирисовой пружины 4. Оправка состоит из колец 5, 6, 7, 8, между которыми посредством винтовых пар 9 зажимаются опорные кольца ирисовой пружины 10. Вращая винт 11 на индикаторе-микрометре 2, создаётся нагрузка на ирисовую пружину. Показания электронных весов и индикатора-микрометра определяют зависимость нагрузки Р на ирисовую пружину от ее осевого перемещения X. Заневоливание пружин производилось осевым смещением наружного и внутреннего опорных колец друг относительно друга, их жёстким защемлением и выдержкой при температуре 530⁰ С в течении 1 ч 45 мин. У получаемых таким образом заневоленных ирисовых пружин в исходном состоянии опорные кольца смещены друг относительно друга на величину Х_с.

На рисунке 1.8 представлены нагрузочные характеристики ирисовых пружин, выполненных из заготовок одинаковой геометрии со значением толщины h=0.115^+0.001 мм ; X_c = 4.5^+0.3 мм.

Несмотря на то, что высота смещения опорных колец при заневоливании выдерживалась точно 5 ± 0,001 мм, поле изменения высоты заневоливания составило 0,3 мм. Жёсткость ирисовой пружины, определяемая значением производной

а)

б)

Рисунок 1.6 - Эскиз ирисовой пружины сейсмоприемника СВ-5: а- исходное состояние заготовки ирисовой пружины; б- ирисовая пружина после залеволивания

Рис. 1.7Установка для снятия нагрузочных характеристик ирисовых пружин.

( 1. 2 )

(тангенс угла наклона касательной к нагрузочной характеристике), в плоском состоянии ирисовой пружины составила значения: С = 0, 21 · 10^-2 ± 0,067 ·10^-2 Н/мм.

Таким образом, даже малый допуск в 1 км на толщину листа, из которого изготавливается ирисовая пружина, даёт значительные отклонения, ≈30 % жёсткости. Это можно объяснить большим полем отклонения деформаций ползучести, которые имеют место в процессе термообработки и остаточными напряжениями.

Полученные результаты позволяют сделать выводы о неточности расчётного прогнозирования нагрузочных характеристик при больших величинах заневоливания и необходимости экспериментального подбора ирисовых пружин.

Рисунок 1.8 - Нагрузочные характеристики ирисовых пружин сейсмоприемника СВ-5.

Размеры и жесткость соответствуют кривым:

1 – h = 0.118 мм; X_c = 4.55 мм; с = 0,14*10^-2 Н/мм;

2 – h = 0.116 мм; X_c = 4.8 мм; с = 0,22*10^-2 Н/мм;

3 – h =0.116мм; Х_с = 4,5 мм; с = 0,28*10^-2 Н/мм

Для выяснения влияния фактора толщины листа ирисовых пружин на нагрузочные характеристики были заневолены пружины с изменением h в пределах: 0,116 ÷ 0,132 мм. Нагрузочные характеристики (рисунок 1. 9) показали значения жёсткости в плоском состоянии, изменяющиеся соответственно в пределах :

0,14 · 10^-2 ÷ 1,08 · 10^-2 Н /мм.

Полученные изменения жёсткости не пропорциональны кубической зависимости от толщины упругих элементов. Это значит, что жёсткость упругих элементов не определяется обычной изгибной и крутильной жестокостями бруса. Большое влияние оказывает на осевую жёсткость также жёсткость упругих элементов в радиальном направлении. Следующим фактором влияния на нагрузочную характеристику является величина заневоливания X_c. Исследование было проведено на ирисовых пружинах с изменением Х_с в пределах 3,25 - 6 мм. Нагрузочные характеристики представлены на рисунок 1.10. Из графиков следует, что с увеличением Х_с жёсткость в плоском состоянии ирисовых пружин снижается и достигает отрицательных величин (участки спада).

Рисунок 1.9 - Нагрузочные характеристики ирисовых пружин при изменении толщины листа h в пределах 0,116…0,132.

Размеры и жесткость соответствуют кривым :

1 – h = 0.116 мм; X_c = 4.55 мм; с = 0,14*10^-2 Н/мм;

2 – h = 0.124 мм; X_c = 4.5 мм; с = 0,82*10^-2 Н/мм;

3 – h =0.132мм; Х_с = 4,7 мм; с = 1,08*10^-2 Н/мм

Проведённые эксперименты показали, что при задании размеров толщины h и величины осевого смещения Х_с при термообработке ирисовых пружин с точностью до 1 мк параметры нагрузочных характеристик имеют большой разброс данных. В то же время имеющиеся поставки листового материала номинальной толщины 0,1 мм имеют допуск до 30 мк.

Рисунок 1.10 - Нагрузочные характеристики ирисовых пружин при изменении величины заневоливания Х_с в пределах от 3,25 мм (кривая 1) до 6 мм (кривая 4)