Что такое класс и разряд пружины
ПРУЖИНЫ ВИНТОВЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СЖАТИЯ И РАСТЯЖЕНИЯ ИЗ СТАЛИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ
Cylindrical helical compression (tension) springs made of round steel. Classification
Дата введения 1988-07-01
Б.А.Станкевич (руководитель темы); О.H.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 N 4007
3. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 5616-86
5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
Номер пункта, приложения
6. Ограничение срока действия снято по протоколу N 7-95 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-95)
7. ИЗДАНИЕ (январь 2007 г.) с Изменением N 1, утвержденным в ноябре 1988 г. (ИУС 2-89)
Настоящий стандарт распространяется на пружины, предназначенные для работы в неагрессивных средах при температуре от минус 60 °С до плюс 120 °С.
1. Пружины разделяются на классы, виды и разряды в соответствии с указанными в табл.1 и 2.
Винтовые цилиндрические пружины сжатия и растяжения
При определении размеров пружин необходимо учитывать, что при v max > v k, помимо касательных напряжений кручения, возникают контактные напряжения от соударения витков, движущихся по инерции после замедления и остановок сопрягаемых с пружинами деталей.
Отсутствие соударения витков у пружин сжатия определяется условием v max/v k ≤ 1, где
v max — наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или при разгрузке, м/с;
v k — критическая скорость пружин сжатия, м/с (соответствует возникновению соударения витков пружины от сил инерции)
Соударение витков отсутствует — лучшую выносливость имеют пружины с низким напряжением τ 3, т.е. пружины I класса, промежуточную — циклические пружины II класса и худшую — пружины III класса
Интенсивное соударение витков — выносливость располагается в обратном порядке, т.е. повышается с ростом τ 3. В таком же порядке располагается и стойкость, т.е. уменьшение остаточных деформаций или осадок пружин в процессе работы
Классы пружин
| Класс пружин |
Вид пружин | Нагружение | Выносливость N F установленная безотказная наработка, циклы |
Инерционное соударение витков |
|---|---|---|---|---|
| I | Сжатия и растяжения |
Циклическое | 1 10 7 | Отсутствует |
| II | Сжатия и растяжения |
Циклическое и статическое |
1 10 5 | Отсутствует |
| III | Сжатия | Циклическое | 2 10 3 | Допускается |
Разряды пружин
Одножильные сжатия и растяжения
Для повышения циклической стойкости рекомендуется упрочнение дробью
| Класс пружин |
Разряд пружин |
Сила пружины при макси- мальной деформации F3, Н |
Диаметр прово- локи (прутка) d, мм |
Материал Марка стали |
Стандарт на заготовку |
HRC после термо- обработки |
Макси- мальное касательное напряжение при кручении τ3, МПа |
Стандарт на основные параметры витков пружин |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I | 1 | 1,00-850 | 0,2-5,0 | ГОСТ 1050 ГОСТ 1435 |
Проволока класса 1 по ГОСТ 9389 |
— | 0,3 Rm | ГОСТ 13766 |
| I | 2 | 1,00-800 | 0,2-5,0 | ГОСТ 1050 ГОСТ 1435 |
Проволока класса 2; 2А по ГОСТ 9389 |
— | 0,3 Rm | ГОСТ 13767 |
| I | 2 | 22,4-800 | 1,2-5,0 | 51 ХФА по ГОСТ 14959 |
Проволока по ГОСТ 1071 |
— | 0,32 Rm | ГОСТ 13767 |
| I | 3 | 140-6000 | 3,0-12,0 | 60С2А; 65С2ВА; 70С3А по ГОСТ 14959 |
Проволока по ГОСТ 14963 |
47,5-53,5 | 560 | ГОСТ 13768 |
| I | 3 | 140-6000 | 3,0-12,0 | 51ХФА по ГОСТ 14959 |
Проволока по ГОСТ 14963 |
45,5-51,5 | 560 | ГОСТ 13768 |
| I | 4 | 2800-180000 | 14-70 | 60С2А; 65С2ВА; 70С3А; 60С2; 60С2ХА; 60С2ХФА; 51ХФА по ГОСТ 14959 |
Сталь горячекатанная круглая по ГОСТ 2590 |
44,0-51,5 | 480 | ГОСТ 13769 |
| II | 1 | 1,50-1400 | 0,2-5,0 | ГОСТ 1050 ГОСТ 1435 |
Проволока класса1 по ГОСТ 9389 |
— | 0,5 Rm | ГОСТ 13770 |
| II | 2 | 1,25-1250 | 0,2-5,0 | ГОСТ 1050 ГОСТ 1435 |
Проволока классов 2; 2А по ГОСТ 9389 |
— | 0,5 Rm | ГОСТ 13771 |
| II | 2 | 37,5-1250 | 1,2-5,0 | 51ХФА по ГОСТ 14959 |
Проволока по ГОСТ 1071 |
— | 0,52 Rm | ГОСТ 13771 |
| II | 3 | 236-10000 | 3,0-12,0 | 60С2А; 65С2ВА по ГОСТ 14959 |
Проволока по ГОСТ 14963 |
47,5-53,5 | 960 | ГОСТ 13772 |
| II | 3 | 236-10000 | 3,0-12,0 | 65Г по ГОСТ 1050 |
Проволока по ГОСТ 2771-80 |
47,5-53,5 | 960 | ГОСТ 13772 |
| II | 3 | 236-10000 | 3,0-12,0 | 51ХФА по по ГОСТ 14959 |
Проволока по ГОСТ 14963 |
45,5-51,5 | 960 | ГОСТ 13772 |
| II | 4 | 4500-280000 | 14-70 | 60С2А; 60С2; 65С2ВА; 70С3А; 51ХФА; 65Г; 60С2ХФА; 60С2ХА по ГОСТ 14959 |
Сталь горячекатаная круглая по ГОСТ 2590 |
44,0-51,5 | 800 | ГОСТ 13773 |
Трехжильные сжатия
| Класс пружин |
Разряд пружин |
Сила пружины при макси- мальной деформации F3, Н |
Диаметр прово- локи (прутка) d, мм |
Материал Марка стали |
Стандарт на заготовку |
HRC после термо- обработки |
Макси- мальное касательное напряжение при кручении τ3, МПа |
Стандарт на основные параметры витков пружин |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| III | 1 | 12,5-1000 | 0,2-2,8 | ГОСТ 1050 ГОСТ 1435 |
Проволока | — | 0,6 Rm | ГОСТ 13774 |
Одножильные сжатия
Обязательно упрочнение дробью
| Класс пружин |
Разряд пружин |
Сила пружины при макси- мальной деформации F3, Н |
Диаметр прово- локи (прутка) d, мм |
Материал Марка стали |
Стандарт на заготовку |
HRC после термо- обработки |
Макси- мальное касательное напряжение при кручении τ3, МПа |
Стандарт на основные параметры витков пружин |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| III | 2 | 315-14000 | 3,0-12,0 | 60С2А; 65С2ВА; 70С3А по ГОСТ 14959 |
Проволока по ГОСТ 14963 |
54,5-58,0 | 1350 | ГОСТ 13775 |
| III | 3 | 6000-20000 | 14-25 | 60С2А; 65С2ВА; 70С3А по ГОСТ 14959 |
Сталь горячекатаная круглая по ГОСТ 2590 |
51,5-56,0 | 1050 | ГОСТ 13776 |
Примечания
Максимальное касательное напряжение при кручении приведено с учетом кривизны витков
Rm — предел прочности пружинных материалов
2. Классы и разряды пружин
Ниже рассматриваются винтовые цилиндрические пружины сжатия и растяжения из стали круглого сечения с индексами i = D/d от 4 до 12.
ГОСТ 13764-86 (в ред. 1990г.) распространяется на пружины из стали круглого сечения для работы при температурах от -60 до +120°С в неагрессивных средах. Пружины разделяют на классы, виды и разряды (табл. 1 и 2).
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.
Отсутствие соударения витков у пружин сжатия определяется условием
где vmax — наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или при разгрузке, м/с; vк — критическая скорость пружин сжатия, м/с (соответствует возникновению соударения витков пружины от сил инерции).
Выносливость и стойкость пружин. 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. Е
сли соударение витков отсутствует, то лучшую выносливость имеют пружины с низкими напряжениями т3, т.е. пружины класса Iпо
табл. 1, промежуточную — циклические пружины класса II и худшую—пружины класса III.
При наличии интенсивного соударения витков выносливость располагается в обратном порядке, т.е. повышается не с понижением, а с ростом τ3. В таком же порядке располагается и стойкость, т.е. уменьшение остаточных деформаций или осадок пружин в процессе работы.
1. Классы и виды пружин (ГОСТ 13764-86 в ред. 1990г.)
Класс пружин
Вид пружин
Нагружение
Выносливость NF
(установленная безотказная наработка), циклы, не менее
Инерционное соударение витков
Сжатия и растяжения
Циклическое и статическое
Примечание. Указанная выносливость не распространяется на зацепы пружин растяжения.
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 τ3 и касательным напряжением при рабочей деформации τ2.
Возрастания разности τ3 — τ2 обусловливают увеличение выносливости и стойкости циклических пружин всех классов при одновременном возрастании размеров узлов. Уменьшение разности τ3 — τ2 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 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 τ3 — τ2 и τ2 — τ1, где τ1 — касательное напряжение при предварительной деформации).
Циклические пружины II класса при vmax/ vк ≤ 1 в зависимости от расположения и размера рабочих участков могут быть поставлены в условия как неограниченной, так и ограниченной выносливости.
Циклические пружины III класса при всех отношениях vmax / vк и относительном инерционном зазоре пружин δ не более 0,4 характеризуются ограниченной выносливостью, поскольку они рассчитаны на предельно высокие касательные напряжения кручения, к которым при vmax/vк>1 добавляются контактные напряжения от соударения витков.
Все статические пружины, длительно пребывающие в деформированном состоянии и периодически нагружаемые со скоростью vmax < vк, относятся ко II классу. Вводимые ограничения расчетных напряжений и свойств проволоки (см. табл. 2) обеспечивают неограниченную стойкость статических пружин при остаточных деформациях не более 15% 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.
ГОСТ 13764-86 Пружины винтовые цилиндрические сжатия и растяжения из стали круглого сечения. Классификация.
Настоящий стандарт распространяется на пружины, предназначенные для работы в неагрессивных средах при температуре от минус 60 °С до плюс 120 °С.
1. Пружины разделяются на классы, виды и разряды в соответствии с указанными в табл.1 и 2.
Инерционное соударение витков
Сжатия и растяжения
Сжатия и растяжения
Циклическое и статическое
1. Отсутствие соударения витков у пружин сжатия определяется условием:
2. Значения выносливости не распространяются на зацепы пружин растяжения.
3. Критериями отказа в условиях эксплуатации является невыполнение требований ГОСТ 16118.
Сила пружины при макси-
дость после термо-
жение при кручении
Стандарт на основные пара-
метры витков пружин
ные сжатия и растя-
По ГОСТ 1050 и ГОСТ 1435
Проволока класса I по ГОСТ 9389
ческой стойкости рекомен-
Проволока классов II и IIA
51ХФА-Ш по ГОСТ 14959
60С2А; 65С2ВА; 70С3А по ГОСТ 14959
51ХФА по ГОСТ 14959
Проволока по ГОСТ 14963
60С2А; 65С2ВА; 70С3А; 60С2; 60С2ХА; 60С2ХФА; 51ХФА по ГОСТ 14959
катаная круглая по ГОСТ 2590*
ные сжатия и растя-
По ГОСТ 1050 и ГОСТ 1435
Проволока класса I по ГОСТ 9389
Проволока классов II и IIА по ГОСТ 9389
51ХФА-Ш по ГОСТ 14959
Проволока по ГОСТ 1071
60С2А; 65С2ВА по ГОСТ 14959
Проволока по ГОСТ 14963
65Г по ГОСТ 14959
Проволока по ГОСТ 2771
51ХФА по ГОСТ 14959
Проволока по ГОСТ 14963
60С2А; 60С2; 65С2ВА; 70С3А; 51ХФА; 65Г; 60С2ХФА; 60С2ХА по ГОСТ 14959
катаная круглая по ГОСТ 2590
По ГОСТ 1050 и ГОСТ 1435
Проволока класса I по ГОСТ 9389
60С2А; 65С2ВА; 70С3А по ГОСТ 14959
Проволока по ГОСТ 14963
60С2А; 65С2ВА; 70С3А по ГОСТ 14959
катаная круглая по ГОСТ 2590
2. Допускается использование основных параметров витков по ГОСТ 13766, ГОСТ 13767, ГОСТ 13770, ГОСТ 13771 для пружин растяжения с предварительным напряжением.
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. N 1).
2. В стандарт включены дополнительные требования, которые приведены в приложениях 1-3.
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫНОСЛИВОСТИ И СТОЙКОСТИ ЦИКЛИЧЕСКИХ И СТАТИЧЕСКИХ ПРУЖИН
Технологические средства регулирования выносливости и стойкости пружин определяются документацией на технические условия.
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О МАТЕРИАЛАХ
Имеющиеся в промышленности марки пружинной стали характеризуются следующими свойствами и условиями применения.
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 IIA 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 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.
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. N 1).
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О НАЗНАЧЕНИИ ВЫСОКОЙ ТВЕРДОСТИ ДЛЯ ПРУЖИН III КЛАССА
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.
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.