T-FLEX Пружины – Библиотека параметрических пружин со встроенными расчетами для T-FLEX CAD

Пружины относятся к классу упругих элементов, основным рабочим свойством которых является способность существенно деформироваться под нагрузкой. Как правило, эти деформации упругие, и после снятия нагрузки элемент восстанавливает свои размеры.

Основными рабочими характеристиками пружин являются те, которые определяют их способность деформироваться под действием нагрузки. К ним относятся упругая характеристика (зависимость между перемещением определенной точки упругого элемента и приложенной нагрузкой) и жесткость.

В зависимости от вида нагрузки пружины подразделяются на пружины сжатия, растяжения, кручения и изгиба. По форме конструкции пружины подразделяются на винтовые, тарельчатые, спиральные и пластинчатые.

T-FLEX Пружины представляет из себя набор библиотечных элементов типовых конструкций пружин, интегрированных в библиотеку стандартных изделий, разработанных штатными средствами параметризации системы T-FLEX CAD (рис. 1). На данный момент в библиотеке представлены следующие типы пружин:

1. Винтовые цилиндрические пружины сжатия;

2. Винтовые цилиндрические пружины растяжения;

3. Винтовые цилиндрические пружины кручения;

4. Винтовые конические пружины сжатия;

5. Тарельчатые пружины.

Рис.1. Библиотека пружин с расчетами в Меню документов

Основное назначение библиотеки заключается в автоматизации расчета параметров типовых конструкций пружин и подготовке конструкторской документации в соответствии с правилами ЕСКД.

Основной целью расчета является определение геометрических параметров пружины, соответствующих заданным нагрузкам и условиям работы. В результате расчета система предлагает ряд решений, удовлетворяющих исходным данным, среди которых пользователь может выбрать оптимальное по одному или нескольким критериям. При проектировании пружин используется отечественная база сортамента пружинных проволок и материалов пружинных сталей, типовая классификация которых изложена в ГОСТ 13764-86.

В ходе выполнения расчета система проводит проверку по допускаемым напряжениям в заданном материале при максимальных нагрузках.

На основе выбранного решения формируется 3D модель, которая затем может непосредственно использоваться при создании трехмерных моделей сборочных конструкций.

Одним из преимуществ является возможность управления конфигурацией 3D модели, что позволяет выставить пружину в сборке в рабочем или промежуточном состоянии.

Наряду с 3D моделью формируется параметрический чертеж пружины, предназначенный для оформления в соответствии с правилами ЕСКД либо для использования в качестве 2D фрагмента при создании сборочных чертежей.

Винтовые цилиндрические пружины сжатия

Рис. 2. Пружина сжатия – 3D модель и чертеж

Исходными данными для проектирования пружин сжатия являются нагрузки при предварительной и рабочей деформации, а также рабочий ход пружины.

Винтовые цилиндрические пружины растяжения

Рис. 3. Пружина растяжения – 3D модель и чертеж

Помимо нагрузок и рабочего хода для пружин растяжения в качестве исходного параметра допускается задавать силу предварительного напряжения, увеличивающую несущую способность пружины вследствие более плотного прилегания витков.

Винтовые цилиндрические пружины кручения

Рис. 4. Пружина кручения – 3D модель и чертеж

Исходными данными для данного типа пружин являются крутящие моменты при предварительной и рабочей деформации и рабочий угол закручивания. В случае если не задан крутящий момент при предварительной деформации, вместо рабочего угла закручивания необходимо задать угол рабочей деформации.

Конические винтовые пружины

Рис. 5. Коническая пружина – 3D модель и чертеж

Данный библиотечный элемент предусматривает возможность проектирования конических пружин с постоянным шагом, проекция которых в плане имеет вид архимедовой спирали, либо с постоянным углом наклона витков, проекция которых в плане имеет вид логарифмической спирали.

Таким образом, исходными данными для данного типа пружин являются наружные диаметры крайних витков, нагрузки при предварительной и рабочей деформации, а также рабочий ход пружины. К особенностям также относится возможность задания погрешности фактического рабочего хода пружины, получаемого в процессе расчета.

Тарельчатые пружины

Рис. 6 Тарельчатая пружина – 3D модель и чертеж

Исходными данными для данного типа пружин является нагрузка при рабочей деформации и рабочий ход. Отличительной особенностью данного библиотечного элемента является возможность проектирования не только одинарной тарельчатой пружины, но и целого пакета пружин, образующего составной упругий элемент.

При последовательной компоновке пакета нагрузочная способность эквивалентна нагрузочной способности одной пружины, а рабочий ход пропорционален количеству пружин в пакете. При параллельной компоновке пакета возникает обратный эффект – рабочий ход эквивалентен рабочему ходу одной пружины, а нагрузочная способность возрастает пропорционально количеству пружин в пакете.

Использование элементов библиотеки пружин

Рассмотрим общий порядок работы с элементами библиотеки пружин на примере цилиндрической пружины кручения. При вставке элемента как 3D фрагмента из библиотеки напрямую в сборку появляется типовой диалог расчета пружины (рис. 7).

Рис. 7. Диалог расчета пружины

После ввода исходных данных необходимо обратиться к параметру «Выбор основных параметров пружины» и в появившемся диалоге выбрать оптимальное решение по одному или нескольким критериям, предлагаемым системой (рис. 8).

Рис. 8. Выбор основных параметров пружины

Следующим этапом проектирования является определение конструктивных особенностей пружины – направление навивки, а также выбор типов и размеров крайних витков (рис. 9).

Рис. 9. Определение конструктивных особенностей пружины

Инструменты оформления чертежа, а также параметры выбора конфигурации 3D модели представлены в отдельном диалоге «Отрисовка» (рис. 10).

Рис. 10. Параметры оформления чертежа и выбора конфигурации 3D модели

Блок параметров «Отрисовка чертежа» содержит набор переключателей между различными компоновками чертежа пружины:

• Компоновка «Без размеров» предназначена для использования в качестве 2D фрагмента в сборочных чертежах;
• Компоновка «С размерами» представляет собой чертеж с геометрическими размерами спроектированной пружины, оформленный в соответствии с правилами ЕСКД (применяется для внутренних нужд предприятия);
• Компоновка «С диаграммой» представляет собой чертеж с диаграммой нагружения, техническими требованиями и геометрическими параметрами, оформленный в соответствии с правилами ЕСКД. Является основным сопроводительным конструкторским документом.

Блок параметров «3D» представляет собой набор переключателей конфигураций 3D модели.

Результаты расчета пружины сведены в одноименном диалоговом окне (рис. 11).

Рис. 11. Результаты расчета пружины

Рис. 12. Определение промежуточного положения пружины

Рис. 13. Использования пружины кручения в сборке

Рис. 14. Использования тарельчатых пружин в сборке

Стоит отметить, что описываемое решение по расчету пружин является бесплатным и доступно как пользователям коммерческой версии T-FLEX CAD и T-FLEX CAD 2D+, так и пользователям Учебной версии.