Класс пружин характеризует режим нагружения и
выносливости, а также определяет основные требования к материалам и технологии
изготовления.
Разряды пружин отражают сведения о диапазонах сил,
марках применяемых пружинных сталей, а также нормативах по допускаемым
напряжениям.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
2. В стандарт включены дополнительные требования,
которые приведены в приложениях 1 - 3.
Справочное
При определении размеров пружин необходимо учитывать,
что при vmax > vк, помимо касательных напряжений кручения, возникают
контактные напряжения от соударения витков, движущихся по инерции после
замедления и остановок сопрягаемых с пружинами деталей. Если соударение витков
отсутствует, то лучшую выносливость имеют пружины с низкими напряжениями t3, т.е.
пружины I класса, промежуточную - циклические пружины II
класса и худшую - пружины III класса.
При наличии интенсивного соударения витков
выносливость располагается в обратном порядке, т.е. повышается не с понижением,
а с ростом t3. В таком
же порядке располагается и стойкость, т.е. уменьшение остаточных деформаций или
осадок пружин в процессе работы.
Средствами регулирования выносливости и стойкости
циклических пружин в рамках каждого класса при неизменных заданных значениях
рабочего хода служат изменения разности между максимальным касательным
напряжением при кручении t3 и касательным
напряжением при рабочей деформации t2.
Возрастание разности t3 - t2 обусловливает увеличение выносливости и стойкости
циклических пружин всех классов при одновременном возрастании размеров узлов.
Уменьшение разности t3 - t2 сопровождается
обратными изменениями служебных качеств и размеров пространств в механизмах для
размещения пружин.
Для пружин I класса расчетные напряжения и
свойства металла регламентированы так, что при vmax/vк £ 1 обусловленная стандартом выносливость пружин при
действии силы F1 (сила пружины при предварительной деформации)
обеспечивается при всех осуществимых расположениях и величинах рабочих участков
на силовых диаграммах (разности напряжений t3 - t2 и t2 - t1, где t1 - касательное напряжение при предварительной
деформации).
Циклические пружины II класса при vmax/vк £ 1 в зависимости от расположения и величин рабочих
участков могут быть поставлены в условия как неограниченной, так и ограниченной
выносливости.
Циклические пружины III класса при
всех отношениях vmax/vк и
величинах относительного инерционного зазора пружин d не более 0,4 [формула (1) ГОСТ
13765] характеризуются ограниченной выносливостью, поскольку они рассчитаны
на предельно высокие касательные напряжения кручения, к которым при vmax/vк >
1 добавляются контактные напряжения от соударения витков.
Статические пружины, длительно пребывающие в
деформированном состоянии и периодически нагружаемые со скоростью vmax менее vк, относятся ко II
классу. Вводимые стандартом ограничения расчетных напряжений и свойств
проволоки (ГОСТ 13764, табл. 2)
обеспечивают неограниченную стойкость статических пружин при остаточных
деформациях не более 15 % величины максимальной деформации s3.
Допустимые остаточные деформации статических пружин
регламентируются координацией сил пружины при рабочей деформации s3 на силовых
диаграммах, причем увеличение разности F3 - F2 способствует
уменьшению остаточных деформаций.
Технологические средства регулирования выносливости и
стойкости пружин определяются документацией на технические условия.
Справочное
Имеющиеся в промышленности марки пружинной стали
характеризуются следующими свойствами и условиями применения.
Проволока класса I по ГОСТ
9389. Высокая разрывная
прочность. Наличие больших остаточных напряжений первого рода (от волочения и
навивки) обусловливает появление остаточных деформаций пружин при напряжениях t3 >
0,32Rm. При vmax > vк остаточные деформации высоки независимо от применения
операции заневоливания. В связи с указанным проволока класса I по ГОСТ
9389 назначается для пружин III класса в виде трехжильных тросов.
Проволока классов II и IIА по ГОСТ
9389. Отличается от проволоки
класса I уменьшенной прочностью при разрыве и повышенной
пластичностью. Применяется для изделий, работающих при низких температурах, а
также для пружин растяжения со сложными конструкциями зацепов. Проволока класса
IIА отличается от проволоки класса II
более высокой точностью размеров, уменьшением вредных примесей в металле и
дальнейшим повышением пластичности.
Сталь марки 65Г. Повышенная склонность к образованию закалочных трещин. Применяется с
целью удешевления продукции для изделий массового производства в случаях, когда
поломки пружин не вызывают нарушения функционирования деталей механизмов и не
связаны с трудоемкими заменами.
Сталь марки 51ХФА. Повышенная теплоустойчивость. Закаливается на твердость не более 53,5 HRCэ. В результате высоких упругих и вязких свойств служит
лучшим материалом для пружин I класса.
Сталь марок 60С2А, 60С2. Высокие упругие и вязкие свойства. Повышенная
склонность к графитизации и недостаточная прокаливаемость при сечениях d >
20 мм. Широкая применимость для пружин I и II
классов. Для пружин III класса назначается при vmax £ 6 м/с.
Сталь 60С2ХФА. Высокая
прокаливаемость, малая склонность к росту зерна и обезуглероживанию при нагреве
(по сравнению со сталью 60С2А), повышенные вязкость, жаропрочность и
хладостойкость, хорошая циклическая прочность и релаксационная стойкость в
широком диапазоне циклических изменений температур. Предпочтительное применение
в сечениях проволоки от 30 мм и выше.
Сталь марки 65С2ВА. Высокие упругие свойства и вязкость. Повышенная прокаливаемость. Служит
лучшим материалом для пружин III класса. Применяется при vmax
> 6 м/с.
Сталь марки 70С3А. Повышенная прокаливаемость. Обладает склонностью к графитизации.
Преимущественное применение при диаметрах проволоки d ³ 20 мм. Заменителем служит
сталь 60С2Н2А.
Примечание. Преимущественное практическое использование пружин из
стали марки 51ХФА определяется интервалом температур от минус 180 до плюс 250
°С, из стали марки 60С2ХФА от минус 100 до плюс 250 °С, из проволоки класса IIА по ГОСТ
9389 от минус 180 до плюс 120 °С,
из стали марок 65Г, 70С3А, 60С2А, 65С2ВА и из проволоки класса I по ГОСТ
9389 от минус 60 до плюс 120 °С. В
случаях использования пружин при более высоких температурах рекомендуется
учитывать температурные изменения модуля.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
Справочное
Установлено, что пружины сжатия, работающие в режиме
интенсивного соударения витков, преждевременно выходят из строя, главным
образом, по причине поломок опорных витков, а также по причине быстрой потери
сил в результате остаточных деформаций.
Назначение высокой твердости способствует возрастанию
упругих свойств и предела прочности Rm
пружинных материалов, в результате чего остаточные деформации резко уменьшаются
и благодаря этому пружины более продолжительное время работают без поломок и
без недопустимых потерь сил.
У применяемых марок стали безопасным для
работоспособности пружин III класса является интервал твердости HRCэ 53,5 ... 58,0, однако условием для этого служит
обязательное применение дробеструйной обработки независимо от требуемых норм
выносливости. Важной предпосылкой назначения высокой твердости служит также
всемерное сокращение периодов нагрева для закалки и установление
продолжительности отпуска на заданную твердость не менее 45 мин при нагреве в
жидких ваннах и не менее 1 ч при нагреве в воздушной среде.
Все пружины, закаливаемые на высокую твердость, в
зависимости от уровня требований к стабильности размеров и сил, а также с целью
контроля дефектов металла рекомендуется подвергать заневоливанию до
соприкосновения витков, также копровой или стендовой отбивке.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТЧИКИ
Б.А.
Станкевич (руководитель темы); О.Н.
Магницкий, д-р. техн. наук; А.А. Косилов; Б.Н. Крюков; Е.А. Караштин,
канд. техн. наук
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН
В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 19.12.86
№ 4007
3.
Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 5616-86
4. ВЗАМЕН ГОСТ 13764-68
5.
ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
6. Ограничение срока действия снято по протоколу № 7-95
Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС
11-95)
7. ИЗДАНИЕ (январь 2007 г.) с Изменением № 1,
утвержденным в ноябре 1988 г. (ИУС 2-89)
СОДЕРЖАНИЕ
