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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6 H6 V& c4 x$ q7 Q4 ^5 k3 g
5 ~1 u" k7 `9 [! A- R0 L(四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计 / f, A8 T: j5 V. q7 e& `3 d& l5 D
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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。 z6 R# ^0 Q6 e/ k, P) o
- t' x* A, h0 B' m" d S1 _, z) r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。 9 C" U; W, D/ O# P
! P8 n/ o' ], [3 n& N) b具体设计方法和步骤如下:
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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。
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# Y* s2 |4 ~, h" e8 V6 S' F2) 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。
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6 i) B; Y8 i* k: @( {5 X3) 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。 ( a" N! `6 X: ^- m3 T
6 v2 }( Y! a- ^2 M/ i4 g4) 试算弹簧丝直径d '
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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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5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数: 7 p7 ?0 d' K: v' A9 P% a J1 g
1 V5 l( K0 e8 v6 C& E5 w8 K对于有预应力的拉伸弹簧 U3 X! V& }5 e+ P p0 L8 o' ]
1 E% Z, c: T4 Z& ~8 p* [, A% w+ N5 Z对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 # }8 G. B g9 ~& p: N! X
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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。
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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: % f# W; n. d4 @1 [4 |$ n
, k$ V# e: c& z
当两端固定时,取b<5.3; , R$ h* ~; } X# v
2 L7 K; w; L. S. i) e4 v
当一端固定,另一端自由转动时,取b<3.7; 2 e+ ^" R( e) J
2 U6 j% v; u: X% ^3 ^
当两端自由转动时,取b<2.6。
' o$ E C- `7 T$ p& I: d( w: Q* m$ T; D! }4 s& R: a3 \
7 s& W/ Z, j# b; e
7 a7 E5 W t) C% B% p" E, o9 b" \
压缩弹簧失稳及对策 - d9 ?- y# P% G: `; g! H
2 u ]1 L* J( Y$ w7 d
当b大于上述数值时,要进行稳定性验算,并应满足 3 O1 A `0 b' U
( D8 P& b2 Y/ n4 [2 i: l3 s
Fc=CukpH0>Fmax 6 [( W; Y6 o3 G" z: g
: s7 U1 W% {! z3 k! Q* _, x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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1 A3 f p+ S: g( z& u Fmax——弹簧的最大工作载荷。
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2 a2 X" Q, d3 g; G% _5 o N! M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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1 c# }$ y$ \6 B( o7 Y+ b
$ B1 ~1 P# G) j9 e( q6 F7 _5 N9 b2 c9 E& a6 d; ]7 J+ ~/ ~
不稳定系数线图 * O' z/ n' W- Y8 X8 _! Z! v) C
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导杆(导套)与弹簧间的间隙
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& @- |" l, T7 c9 G. a, a( D; { v中径D2/(mm) ≤5 >5~10 >10~18 >18~30 >30~50 >50~80 >80~120 >120~150
0 Z0 C) d* {/ Y. W$ ~& p Q间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7
( B! D, X: n2 }$ z/ f/ x6 n# W) t7 W) |! F2 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。
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9) 绘制弹簧工作图。 |
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