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发表于 2010-2-3 22:21:38
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来自： 中国山东青岛
15.3 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算0 m+ _6 A2 N# E/ x/ R) ]) b& L
# [! y n# l: e; f（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计
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( g6 i" C) U# E ]2 c9 e; ?* w/ t 弹簧的静载荷是指载荷不随时间变化，或虽有变化但变化平稳，且总的重复次数不超过次的交变载荷或脉动载荷而言。在这些情况下，弹簧是按静载强度来设计的。 8 _9 U4 \7 v4 T. U7 A
, k* X6 g, W6 C8 k在设计时，通常是根据弹簧的最大载荷、最大变形、以及结构要求(例如安装空间对弹簧尺寸的限制)等来决定弹簧丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧的螺旋升角和长度等。
: _6 q- b7 h0 P6 K, r6 U1 U9 \
; c |' w$ H: ]% d具体设计方法和步骤如下:
( `, k: r* ^4 P h( M- s' \2 e( f* _) H$ I3 {
1) 根据工作情况及具体条件选定材料，并查取其机械性能数据。 8 G) J! R6 R6 p6 d z. n
9 @: `( u* w; a" U H7 G6 l9 W3 R! D2) 选择旋绕比C，通常可取C≈5～8(极限状态时不小于4或超过16)，并算出补偿系数 K值。 1 `) h3 c' _0 v; i
; c% R/ t. c$ e- p$ O9 H3) 根据安装空间初设弹簧中径D2，乃根据C值估取弹簧丝直径d，并查取弹簧丝的许用应力。 0 \) |. _. _+ ?$ g
/ Q! e( C' M# u7 T
4) 试算弹簧丝直径d ' # c7 }. s7 l+ q0 g( a: o0 e- n8 Q! S
8 _! Q1 C. D" g# m$ O& f必须注意，钢丝的许用应力决定于其σB，而σB是随着钢丝的直径变化的,又因[τ]是按估取的d值查得σB的H计算得来的，所以此时试算所得的d '值，必须与原来估取的d值相比较，如果两者相等或很接近，即可按标准圆整为邻近的标准弹簧钢丝直径d，并按D2=Cd 以求出 ；如果两者相差较大，则应参考计算结果重估d值，再查其而计算[τ]，代入上式进行试算，直至满意后才能计算D2.计算出的D2，值也要按表<普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列>进行圆整。
, a! L1 t7 [0 @/ u% U# L# ^9 G3 l! l8 U @" }3 @) l
5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： 6 y% I p% T" L
0 b. k+ ]" N m2 h对于有预应力的拉伸弹簧 " e% G4 ^, A2 A5 M0 ?! R
( g0 @1 w" e0 U4 r) H2 p9 g
对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 7 r( D4 l E/ o; d. V- D5 n9 h$ K! k
3 G# B, n3 r0 |6 S, q# h
6) 求出弹簧的尺寸D、D1、H0,并检查其是否符合安装要求等。如不符合，则应改选有关参数(例如C值)重新设计。 " d k; w% r( U) e" ^% S# H
Y* }; _7 |- F7 B$ ~$ q6 B) K 7) 验算稳定性。对于压缩弹簧，如其长度较大时，则受力后容易失去稳定性(如下图a)，这在工作中是不允许的。为了便于制造及避免失稳现象，建议一般压缩弹簧的长细比b=H0/D2按下列情况选取：
, u- t% y7 R; h o6 C3 h, e* O8 c. u& y7 m/ q
当两端固定时，取b<5.3；
9 `8 _6 J) e4 A1 \8 y, W) C9 R& G* e1 Z
当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7； 1 u* o5 ?' U9 M c6 F- E
& |! {! q* {- t. P" R! G) Z
当两端自由转动时，取b<2.6。
; ~6 n. j% V& r6 f% d
4 k& r, C) S- C% l, }- n( a - z' m' W0 y4 U6 x; t4 g& }) O
' W! _/ |2 Z$ H+ {+ {
压缩弹簧失稳及对策
# l6 {) o8 b3 D+ m4 c' G
6 k9 O6 m# F S7 \% R7 B, C- U当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足
3 M6 _3 Q- w) Z8 c; `$ y+ o3 z4 x6 P7 h- ~7 z: F
Fc=CukpH0>Fmax
: S n8 |8 j% u7 o8 n1 r- L! M4 J, q/ V
式中：Fc——稳定时的临界载荷；
" `; U W( Q P2 [) _& w; y/ W* b/ B- f8 _6 M5 O1 Z$ m& B
Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得；
: I5 ]6 L/ o' @6 A4 J5 W1 g# @& c3 i. ~5 i* B/ }& d
Fmax——弹簧的最大工作载荷。
: Q4 y3 z0 K2 Q. D+ E- R% z/ U& Y- r& U7 V, A
如 Fmax>Fc时，要重新选取参数，改变b值，提高Fc值，使其大于Fmax值，以保证弹簧的稳定性。如条件受到限制而不能改变参数时，则应加装导杆(如上图b)或导套(如上图c)。导杆(导套)与弹簧间的间隙c值(直径差)按下表(导杆（导套）与弹簧间的间隙表)的规定选取。
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* ]. l- H' G2 D: B2 W/ `
; L' U' }# P' _( L5 A: H' [$ m: P: g! [
不稳定系数线图 3 u: v, k3 z, i
" \& Q! j+ _2 I- W! D导杆（导套）与弹簧间的间隙
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中径D2/(mm) ≤5 >5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150 0 f8 e1 _' w9 V
间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7
$ ~5 D$ m0 u# I* d2 Y4 T0 B
4 c4 e, f, ?, E+ K8 U3 S1 K 8) 进行弹簧的结构设计。如对拉伸弹簧确定其钩环类型等，并按表<普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸（mm）计算公式>计算出全部有关尺寸。 & C$ |6 s. m: h1 ?
5 x' u4 }& y9 @- P6 Y: B; |4 | 9) 绘制弹簧工作图。 |
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发表于 2012-11-7 10:34:25