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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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2 C* n7 |6 p4 C5 a' c（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计
, f/ N) I, u0 `; k+ Y( j% W: c" S8 B7 F
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。
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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。 7 m+ D6 L3 e5 `: D, ]
9 {" I( ^' v- x$ h h! L a
具体设计方法和步骤如下: ( m8 X9 l6 V5 S; U
3 [7 b6 [' Y- L9 `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。 + Y6 r7 [+ g% A1 s+ o. z2 g$ p3 W
) \5 R" j2 s1 u( p
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。 * |* ?0 }6 P' v
3 {7 v* k% U$ p3) 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。 + v6 `' L. R$ G1 z7 a% g4 ^
( \& ]3 c$ ?* D; Q1 _* d
4) 试算弹簧丝直径d '
! x/ v: ` v$ U" u+ B, [+ u/ T
- _+ m0 b9 }, a/ B' `: ]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。 0 ~2 L8 i7 W v- ? r/ _+ v5 @* |3 j
: {8 Z9 s, P( x6 ?9 x- \/ N 5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： 1 H" `3 |2 t. I' F- A! s% H% a
4 S' b0 V/ }0 H5 I1 \ W& S D对于有预应力的拉伸弹簧
0 L" b# w# o3 p. N, s( Q4 m+ f% z& G; B3 z0 S! D9 e
对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 % F" A, A5 n5 |# b( H
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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。 9 a4 F! e! H2 I1 r- r/ o
2 @! Z; K8 f9 E/ g( p 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 h Y( z) l0 y0 P+ T
! ], d2 } y1 D当两端固定时，取b<5.3；
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4 {0 Z% O/ Z$ x2 H2 ?4 T# t当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7；
) g, t* _& d2 p# v4 @8 k) X6 l7 T
. i1 b) J/ U8 K7 R当两端自由转动时，取b<2.6。 4 U7 S ?" a' D+ k$ b& E
p" o3 T( Z9 O
3 {/ X: Y! {: N1 Q% B# f% P C6 x2 u1 q! a% p: Q: I' v
压缩弹簧失稳及对策 7 J/ P" C, I5 @3 y) \! `
1 \1 x4 g4 L3 s o4 y2 y6 S当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足
- S& X4 v/ r6 V) c% q p
6 I& U/ W! j/ d2 @; X3 Q, n h Fc=CukpH0>Fmax
1 T, S7 c: S# x9 \) m7 m0 ?. W" f1 F9 P5 c4 A* I
式中：Fc——稳定时的临界载荷；
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Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得；
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, Z4 c3 z& x* Q0 @9 M Fmax——弹簧的最大工作载荷。 6 o9 S. U2 [7 `/ K; ^, m
9 g! \; {' }7 M0 p5 X1 \! e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。 " L8 a; Q+ d, Z
/ M& y5 Z3 v1 G% w$ N* B
% F- F- k. H' b
$ [/ A5 Z o; ^& m
不稳定系数线图
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9 R: C: `( H5 f ?) R3 m8 s! r# L) B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
; _8 Z: H4 B5 T& U间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7 3 }6 K0 |) z( y0 n$ C
# M; I( e; I# w# k R1 n' 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。
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' A; j* ]+ ^8 C$ k k4 X 9) 绘制弹簧工作图。 |
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发表于 2012-11-7 10:34:25