Wpływ ukształtowania zwojów końcowych sprężyny śrubowej naciskowej na jej wybrane właściwości eksploatacyjne

Abstract

W rozprawie opisano wpływ zwojów końcowych sprężyny śrubowej naciskowej na jej sztywność osiową i poprzeczną, wartość i kąt reakcji poprzecznej pochodzącej od osiowego ściskania, stabilność w warunkach pracy poprzecznej oraz na rozkład naprężeń i nacisków w sprężynie. Dokonano przeglądu literatury, określając główne problemy w projektowaniu i eksploatacji sprężyn. Opisano algorytm generowania wirtualnych modeli sprężyn naciskowych, umożliwiający kontrolę ich geometrii w tym zakresu przejściowego między zwojami biernymi a aktywnymi o stałym skoku. Przeprowadzono eksperymentalną i numeryczną analizę wpływu zwojów końcowych sprężyny na jej sztywność osiową oraz wartości i kierunki reakcji poprzecznych. Opracowano zależności opisujące te parametry. Wykazano istotny wpływ długość styku zwojów biernych na kąt reakcji oraz długości zakresu przejściowego zwojów na sztywność osiową i reakcję poprzeczną. Udowodniono, że geometria zwojów końcowych ma istotny wpływ na rozkłady sztywności poprzecznych. Zaproponowano nową zależność dla określania stabilności sprężyny w warunkach pracy poprzecznej. Wykazano, że zarówno długość styku jak i długość strefy przejściowej zwojów mają istotny wpływ na wartość naprężeń maksymalnych w sprężynie. W podsumowaniu omówiono wszystkie najważniejsze rezultaty pracy. The thesis describes the influence of the compression spring end coils on its axial and transverse stiffness, the value and angle of the transverse reaction resulting from axial compression, stability under transverse conditions and the stresses and pressures distribution in the spring. A literature review was made to identify problems in the spring design and operation. An algorithm for creating virtual models of compression spring was described, enabling control of its geometry in the transition range between passive and constant pitch active coils. An experimental and numerical analysis of the impact of the spring end coils on its axial stiffness and the values and directions of transverse reactions was carried out. Equations describing these parameters were developed. An impact of the contact length of passive coils on the reaction angle and the length of the transition part of coils on axial stiffness and transverse reaction was shown. It was proven that the geometry of the end coils has a crucial impact on the lateral stiffness distributions. A new relationship was proposed for determining the stability of the spring under lateral loading conditions. It was proved that the contact length and the length of the transition zone of the coils have a crucial impact on the value of maximum stresses in the spring. The summary discusses all the most important results of the work.