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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
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（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计 7 s1 G2 V* z# K# Q% M& j$ q
/ X/ S/ S" m, _1 \5 {1 J+ r 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。 " o. J! Z; a; a/ z* F4 n
; b" o) E4 V- W- L) n
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。 4 v- H8 M! [% n$ l. A
/ M) Z" J5 z$ N
具体设计方法和步骤如下:
/ S0 w8 A8 ~& f z/ ?; [. ], q0 z
: z% g" K6 Y' {; C; w% \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。 3 {+ N: ^$ R% p
$ Z9 S/ C( `! C$ Q# K r. x- [3 o! D
2) 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。 * T! c% j: g) Y" M8 F
1 R; g/ B) n1 M$ o3) 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。
[9 B5 ~% d1 W
/ q7 c0 H) q+ P8 l, ]! Q, D4) 试算弹簧丝直径d '
6 a, t- H( \$ @' k- ?+ S6 ~& L( l! [6 [5 G' X! w- a- ~- j7 ~) _ l
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。
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! N+ V7 D! ^4 U/ ^5 U 5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： 9 ]$ Z U* y* f! Y
" v3 T/ H {2 `$ J( H) N& z对于有预应力的拉伸弹簧
# ?% ~4 a5 S- `
% |- c6 [) e0 P9 N7 @, C9 l& [5 b& v5 c对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧
$ I' ^7 M$ A6 _& G B! O1 I5 ]- k7 o6 [
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。 8 m+ K# _8 Y& v/ K' {2 j
L; @' h: k9 y( S; ^ n 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：
8 m! j4 f4 _. r* {. T1 q. a' w2 a+ W$ M7 A
当两端固定时，取b<5.3； & ^, x+ [6 O5 c) w/ J" S& ?$ E. F
# U. k) r1 ?2 h' r) V+ _4 F
当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7；
* s/ u' K, k% R; a X9 m0 s8 y1 U+ T1 e ?+ O8 B# }7 x5 {+ H
当两端自由转动时，取b<2.6。 : F+ `9 [0 Q7 `8 p, f
7 u0 ~: \/ P& c+ o; [. H % {( H' C- @$ z
$ k; V+ i7 l& i% k0 x. ^
压缩弹簧失稳及对策 + [3 V' h6 ~! B- p" X# H; G, E
$ s+ q/ @5 R; Q5 {1 J# l9 P8 U+ o
当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足 8 j; ]( j/ m% M$ h
3 l2 d8 c5 _" C0 j( k- D @ Fc=CukpH0>Fmax , Y& [% R# r+ J4 ^2 c2 V
. ^! H( ]" I- N" M; r) {8 m式中：Fc——稳定时的临界载荷； / I; Z& r" U( D* w/ S* O% O% a
3 v8 y- S1 M0 p! v" x+ h5 f/ w
Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得；
7 E# ~: r0 l/ T6 P- D; ]6 ~; r& s* N' X# L# ^
Fmax——弹簧的最大工作载荷。
4 i: V! q0 ?' d" ~! e9 w/ o7 C/ ^; x6 d7 G+ J" S* N7 d! H
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。
7 h" D' a2 W$ E6 J7 i4 ~3 U5 H" V1 O+ ]( h
4 C$ Y/ [8 z; P0 i6 K X
& b ]: R% F% E4 {6 d" \
不稳定系数线图 $ S0 W; _! x( e8 @' G$ ^6 z5 |2 S
, H1 N: ~3 C: Z2 k
导杆（导套）与弹簧间的间隙
" A3 Q8 E9 ?) m$ H4 _7 f2 N( t
" m7 }+ V5 V: o中径D2/(mm) ≤5 >5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150
7 P S( B4 y3 A1 S9 g间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7 + p9 `) D) O9 M) D J; U4 g
) s# L% W& m* S- R+ h- X
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。 - j. h/ n* N- x# A F; h
0 h, G- u4 r9 ~% }5 f3 O5 c" S 9) 绘制弹簧工作图。 |
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发表于 2012-11-7 10:34:25