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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5 I6 f; U$ m! p0 L
, l6 @; f' z7 T（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计
6 Y- L) U+ G8 e) T6 f- l1 A! X. V- k; v. A/ i: v1 t( [$ O$ O
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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6 m& U) u9 _ k+ }8 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。
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r' Q$ R4 [+ T! O- |' t" k具体设计方法和步骤如下: 9 s5 u+ n& i+ d; y8 |3 q
1 n/ y! ]7 S$ r$ y1) 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。
2 Z0 f$ y& D4 q4 F9 L5 `, R1 w6 W
* q& ~ L- i+ i- N9 f) Y2) 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。 2 M) ^; d7 }" |0 z' q, O
& a3 c# [! v& f% L& j# r* N5 }5 T
3) 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。
! R, J8 s0 k% T# f9 a. U* e2 d- g7 B: B0 Z# X1 Y) _. N2 V
4) 试算弹簧丝直径d ' . q9 B$ z- v) U& l
2 [2 J# }' e& ~" ~, J8 j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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6 i' c. j) d4 [" J% k% c 5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： ( I$ I) u; N1 V0 ] t3 A
4 c6 ]9 `3 }, w- U8 X6 }
对于有预应力的拉伸弹簧 8 k, g1 s3 I P) R2 q. O
1 y4 C' q) P2 z* n8 ~对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 2 w& H1 |$ z* X% y7 g
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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。 : C3 C# b: o/ p
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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： 4 Y/ e" O, e4 N( t! ~
% Y. x% K4 `7 ~1 ?* d+ i
当两端固定时，取b<5.3；
% {( C' q0 B( U5 j3 B
* V, z$ G* g8 Z! j当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7；
; Z2 ]2 n5 c5 J9 O
5 H% i9 r0 L* ]当两端自由转动时，取b<2.6。
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$ s4 I( p3 E$ m4 Q0 _2 \2 ^7 e8 ~% ^
- G6 H6 G$ ~2 R0 O* g压缩弹簧失稳及对策
1 Q' j1 a9 N' ]# }% c3 X: d
, B0 x( P/ F# V4 t- u) h% g当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足
* T7 {- N9 x0 X/ k% z5 g1 A0 {. D+ T& t( k4 @4 Q
Fc=CukpH0>Fmax 1 n0 a% U9 j/ m( ]- V6 S
}) p# h% w) t% b式中：Fc——稳定时的临界载荷； 0 x$ G6 [: e2 ?1 L G1 Q, Z
5 D/ R# w$ F) ?9 t" a% E Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得； + y& h$ M- q% k$ ^, o8 M
9 @& X" ?6 G: F8 c
Fmax——弹簧的最大工作载荷。 . Q$ _( L# Z$ D f5 V8 |
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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。 ' _- a( Y' T9 {: x. m& c N# f2 z/ c" G
; @# G* n5 E: q! Y& V
6 c' o# |' m0 d- Z8 X1 `
) r9 o8 n" D6 u4 i不稳定系数线图
) f( t+ e* d6 ~% R$ x" V% X6 G; i. {2 R) D; H0 x3 G
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
% O j% k/ f6 C; [$ h间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7
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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。 7 J {: s& ?+ @4 n; s- k) v3 u, _
1 F/ ?2 g/ }$ L# N! [5 t4 i+ |; | 9) 绘制弹簧工作图。 |
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发表于 2012-11-7 10:34:25