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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8 m+ s& X% b8 O, j, J
K: Q9 V1 I7 I, `) M$ c
（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计 # L5 n N* ~ {8 X
2 S7 i/ B4 G% T" J 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。 . Q& B+ x; I% {4 z6 o z! [
2 V" g+ z8 C* W5 i" a9 p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。
+ j$ }3 E8 m" K N* o/ b7 Z4 i3 V
具体设计方法和步骤如下:
0 ? C, O2 q7 e4 h% ] [# }5 b
) r. y& t7 c! I, M1 ]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。 ' O* U( p3 d7 T$ q' \; v0 d
) f; _' S1 s7 N7 S) j7 b5 w# U2) 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。
- Y# j9 B4 q: V M& L
) P/ A) t8 n$ P4 {5 w% u3) 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。 # ~5 K* G) W# X! ~; A7 u
- K& _5 Y* C( v9 u# J9 ?- d# G4) 试算弹簧丝直径d ' / D; d8 ]5 F/ Z0 t% g. m, _! y
& W( O8 ?$ Y: j3 G4 E
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。 ; S. F) h3 g( Y: H$ A6 L/ M; W
2 _7 V5 D9 D2 S
5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： + Q2 M0 X+ H/ E2 }" j6 _
7 R4 S5 ?' X6 I对于有预应力的拉伸弹簧 0 O6 G+ ^: s8 B! S/ [$ y- `( }
; c( x: k9 V4 |- X2 e- e对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧
- e5 D- L: Y* M' X) m3 l3 w. X- w3 C7 x6 M! `9 B+ U, L) g
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。 5 _- f. o/ t2 w
* }5 N, B: \. C( m' ~2 M
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： 4 N0 J" z" M3 f8 Z6 I
4 a: s2 h: P2 T- M5 q当两端固定时，取b<5.3；
$ m6 m" T8 ?: H e; A
2 T. p' Z: j* ?0 q当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7； $ J' G6 A. G1 s" Y
" t) u5 o" y7 h! w& A1 G) u! r
当两端自由转动时，取b<2.6。
- Z) k9 |* b3 O! Y& H( }) m$ }" m" T5 d, \9 V
& `2 t% m! `4 x, g1 H
# Y. p: L' e# @% `* [压缩弹簧失稳及对策
, h( _) ^- j+ }5 U* t [% G1 s
& s1 J2 t7 y* l6 h当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足
( e- d. J3 q) ?
& I. E a8 g/ A& M2 o& t Fc=CukpH0>Fmax
3 b5 H' S* B1 x5 _: F7 j/ R e- x) L0 i; R6 x$ ~8 A
式中：Fc——稳定时的临界载荷； 7 F* S N0 {3 S2 j: v$ t" d; B @
0 \( v ^6 ~5 l4 Z$ g) T( \ Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得； E E* r2 j2 c2 [! F! E+ Y
J2 [' n/ G& r) n" z& Y
Fmax——弹簧的最大工作载荷。 # E5 W) D6 J; |0 S
, b$ p) |% F% E+ u' O* _" c如 Fmax>Fc时，要重新选取参数，改变b值，提高Fc值，使其大于Fmax值，以保证弹簧的稳定性。如条件受到限制而不能改变参数时，则应加装导杆(如上图b)或导套(如上图c)。导杆(导套)与弹簧间的间隙c值(直径差)按下表(导杆（导套）与弹簧间的间隙表)的规定选取。
& j5 L' M( x( B9 f: l' s) r/ g5 F2 |& S+ v8 X1 L- q5 y0 f3 _
3 U1 \! \) Y" A$ G z3 |
; A7 l* ~; L0 Q% K不稳定系数线图 , T) w% P& y# ?$ y7 Z
0 N# T7 V0 c6 w# f J1 t
导杆（导套）与弹簧间的间隙
# }' g! }! R% g" F, e6 U$ H
$ [6 e/ ~9 i( ]& I; O9 L中径D2/(mm) ≤5 >5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150
% y. @7 e7 H4 m( U# n间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7 * v; c/ h) z% @& ^4 w& k* h" i( f
9 b# X+ U1 @0 w& u, v0 c
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。 ( S7 a, J4 X9 @8 d
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9) 绘制弹簧工作图。 |
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发表于 2012-11-7 10:34:25