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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 * R+ a& _% o) i8 w- g: B! Y# {
( F! c" O+ F0 x4 Z' a 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。 2 `) |! u+ z1 d1 v+ h9 l: ~
2 H- }6 `% S: c+ Z' \; q+ C$ G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。
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2 X' P) K7 u! c具体设计方法和步骤如下:
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/ Q! k W/ l/ ]! [* P1) 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。
5 P6 o% c8 N; I: B
8 d% n3 z% `0 h2) 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。 9 X7 D1 ^9 p% Y6 O9 Q
0 f4 l0 i: |3 O3 S; T F5 a) \. K3) 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。 2 o( h4 M9 n; ]' U# r
e N$ ?- i$ X/ X
4) 试算弹簧丝直径d '
) B2 V0 G+ M5 `+ \6 T% g! t8 \# e, [. h/ m) h5 Q# x& J, u
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。
5 Q4 q j6 H$ \# X( `* q1 j
' E( j% Z4 g- b* m. {! K9 M 5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： 0 a4 W4 i: X2 Z l+ `
+ j9 i8 z6 p0 M7 u5 S1 w对于有预应力的拉伸弹簧
3 y& r- A4 @% F( t0 B
2 u+ x" d7 i3 I7 o9 Z5 }对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧
: ]2 C$ k' E/ B) G( \ }: m' D q9 X* L0 N9 d5 s
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。
1 _ {3 [3 ` o) D/ l6 f5 o; _
+ Y0 d' `7 d6 D# R 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：
7 y/ W$ l* v5 {3 M9 K0 B( u! ?$ E1 J
当两端固定时，取b<5.3；
# U! l" M) a$ e- Z3 E5 I' F8 Z; g4 l
当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7； ' P6 v* Y' |/ @# K* m
( r! j3 X6 u. L
当两端自由转动时，取b<2.6。
+ q* ?$ L8 W- Q9 |3 ~; P/ F8 }
5 D& R' x, {( l3 z6 }% {9 y ( ?- z% }( i: V9 c) H" s
) H- _. y7 P8 p" }" z2 j压缩弹簧失稳及对策 - [; x8 E- @5 O
2 `+ ^, d! z8 v4 D) J3 W% O
当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足 6 Z6 j- l5 ^3 _2 `- N! k
; C' k! o3 B4 U/ t Fc=CukpH0>Fmax - \9 e, H3 S9 L1 Z- q
% _0 o$ M) b5 R9 C/ P
式中：Fc——稳定时的临界载荷；
# r( z9 P; ?; s5 E p3 b1 L. R# k4 Q3 e3 B3 H3 O+ a/ j8 v" c) r1 `
Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得； 7 H }7 T" b! H1 _# U, ]
; s4 v3 ?, [7 f' @* p
Fmax——弹簧的最大工作载荷。 / K2 m/ i7 ~! o* K$ [( o, V
0 J v6 K* P8 I
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。
( v4 f$ W/ P! A& G9 `
0 B5 _+ k8 f+ U' g) p# X4 E 8 M# U9 t# Z/ m3 ?7 x5 D
3 I8 Y1 r$ f! |* u& i不稳定系数线图 8 n1 |& G% y8 Z8 S7 Q2 Y) f( m5 n
3 V' u1 U! n z7 b( O0 ^3 m导杆（导套）与弹簧间的间隙# `8 H, D. L p7 y! x
9 Y5 d1 ?7 J4 c+ ^, f中径D2/(mm) ≤5 >5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150 : @( K. b* S* ?
间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7 9 ~) L1 B1 S7 ]
% y& S, y/ j9 [0 f% @ 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。 3 {& l* `/ V t" D7 w, O6 m0 e
; M2 X6 v3 M6 f9 n- [. G 9) 绘制弹簧工作图。 |
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发表于 2012-11-7 10:34:25