22.1. Формулы для определения геометрических параметров

Максимальное напряжение в сечении пружины:

Моменты сопротивления для прямоугольного и круглого сечений:

Перемещение свободного конца:

Из этих соотношений получаем ширину b, толщину h и жесткость k плоской пружины:

Для обеспечения правильной функциональности плоской пружины соотношение величин надо выбирать следующее:

При b/h < 3…5 пружина чувствительна к поперечным нагрузкам;

При b/h > 30…50 пружина чувствительна к смещению линии приложения нагрузки;

При l/b < 1…2 (пружина короткая и широкая) оказывают влияние местные деформации в закреплении;

при l/b> 30…50 - слишком большой габарит.

Процесс проектирования плоской пружины – перебор сочетания размеров l/b

и b/h из условий прочности и жесткости. При этом задается ряд значений l/h

и путем перебора этих значений определяются другие параметры.

22.2. Термобиметаллические пружины

22.2.1. Основные определения

Термобиметаллические пружины состоят их 2 слоев: активного и пассивного, соединенных сваркой, пайкой, клейкой, клепкой. Слой, состящий из материала с большим коэффициентом линейного расширения - активный, с меньшим – пассивный. При нагреве пружина изгибается в сторону пассивного слоя, при охлаждении – наоборот.

Если деформация ТБ пружины затруднена, то пружина начинает давить на препятствия. Способность создавать усилия при изменении температуры используется в приборах.

ТБ пружины бывают плоские, винтовые и спиральные. Их применяют для компенсации температурного воздействия в измерительных приборах, в виде простейших реле для защиты электрических цепей от перегрузок в сети.

Достоинства: простота конструкции, высокая надежность, низкая стоимость.

Недостатки: инерционность, разброс термомеханических характеристик, сложность настройки.

Применяют в простых или вспомогательных устройствах.

22.2.2. Характеристики тб пружин

1) Чувствительность S

где Δt – диапазон изменения [^о С].

Для получения лучшей чувствительности (S) пассивный слой изготавливают из сплава инвар (α ≈ 0); активный слой - из латуни, хромо-никелевых сталей (α - намного выше).

2) Жесткость K

ТБ пружины имеют жесткость выше, чем простые плоские, поэтому меньше сказывается влияние сил сопротивления (трения);

3) Температурный коэффициент электрического сопротивления материала ρ [Ом∙м];

4) Допустимая температура нагрева t [°С];

5) Удельный изгиб А [1/°C]

Удельный изгиб рассчитывается по результатам измерения перемещения конца пружины λ, закрепленной консольно, длиной l, толщиной h при нагреве Δt.

22.3. Маркировка пружин

Обозначение включает 3 параметра: A, ρ, t

Например: ТБ-1254

A – точное значение величины

В примере: A=12 [1/°C]

ρ и t – баллы (5-балльная шкала)

В примере: ρ = 0,09 ~ 0,14 Ом∙м; t = 140 °C