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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4 E% z+ ]$ ]6 B0 h }1 T0 v7 y
6 k7 E; j' \/ y+ T（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计
9 X u. m4 h. F/ ~# h0 l% T/ t
7 F3 b1 N. g0 z* ? 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。
* d6 h9 K: I4 [0 h9 v% l. r+ }7 | U3 T- J+ I
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。 * `+ R$ O4 w: Y& s: ? \7 K2 |+ {4 C2 `- O
, R7 J! g+ I" L6 [; W8 g! T
具体设计方法和步骤如下: # j! A8 k/ ^* B' L( T, O9 j
: _& G) u0 G$ D1) 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。
$ c8 M/ H% }$ q0 P# f$ U# V, I d& p; h; a$ T
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。
9 _3 N+ v* n5 K
9 {/ H4 }4 _+ T6 z& z; [7 m4 g3) 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。 6 F* z- Z% M% d: }8 I! z
7 O) u8 n, a- u
4) 试算弹簧丝直径d ' 1 C1 L8 P6 {- h {8 v
* o1 k% p5 D' [- b5 x/ }7 ~
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。
) _# l5 a9 M) E, g% z6 A% g8 B: X/ d) Z
5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： 7 \/ S7 N X& o( W1 Y' y! L" V
7 g! E9 X( L' F+ }
对于有预应力的拉伸弹簧 2 A) `( T1 |) S, ?
$ [3 x" H5 v3 |6 |# L; U对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 6 P5 G9 F7 x; [! H6 `+ K% q
) ?: ~- j. u' h1 E. g: w1 d 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。
: n' b {6 W5 P8 v
+ J# _9 W0 W6 g% y. K 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：
) r% f8 q+ q- j; U5 E- q2 w+ a6 ]$ E1 P0 }2 _ v( X8 ~
当两端固定时，取b<5.3；
: F, ~5 |& N: l ~3 I
* E0 Q2 T3 G9 ~当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7；
4 y7 ?' o; y! M+ V
M3 M ]$ O1 T: ?0 C S当两端自由转动时，取b<2.6。
5 J. h3 r/ d4 Y! v1 ~1 e+ x. w% o! x+ Q, p8 F- K
* w" b. u! N( H: l9 Q- S
9 M- q4 [4 u# |: p3 I0 ?
压缩弹簧失稳及对策
$ w: g/ s+ G. C" \6 Q7 H5 C! _7 D2 t% Y1 X" }2 Q2 x/ d# Y* {6 V
当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足
8 H6 t# H* C% q* i; a; w
* P9 n; ^& s- b% K+ O" F/ G. ` Fc=CukpH0>Fmax ( n) ?1 }" R+ u2 p6 K
0 m$ x9 Z$ o+ V' v# n式中：Fc——稳定时的临界载荷；
1 Z$ K$ |( F c& @ B2 f7 Z- p0 S( j
+ p& j4 W M' _: E5 a9 X3 c; \ Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得；
4 M: x, f d0 d7 o8 q- Q$ r) I
8 Y7 R) l( l0 V/ c Fmax——弹簧的最大工作载荷。
7 Q* I. B, d9 b' \5 i- f+ S0 G1 P6 B' N/ g: |
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。
2 d' b) v/ h) ^' ]% s5 W
2 f/ I8 ^& |2 r1 S6 |! F* e 8 r" ^5 {% C1 [5 s
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不稳定系数线图
7 b$ g+ j; z0 w% c) e/ R; ~( x, v _2 L: C0 c
导杆（导套）与弹簧间的间隙5 S9 t) G8 G6 W J! U* b1 u
# ~/ h- R+ h" _" l* O) U+ U, \ N中径D2/(mm) ≤5 >5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150
! C0 B, q9 M. e间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7
/ v; ]. s7 }. P$ s/ R3 R- o/ ~- w4 C! ^' n2 [
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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6 S W7 j' C& F0 d9 Q 9) 绘制弹簧工作图。 |
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发表于 2012-11-7 10:34:25