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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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( Y1 s4 {; A. G(四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计
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9 s$ Q2 Q2 \# o" H! K 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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5 l! e: N8 Q) Y9 n/ {) Q8 _" m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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1 T) D$ x$ K! `4 O, N* \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。 ! i( J6 V4 R7 d6 ]
u% M+ z' E# J3 g2) 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。
* z. I! V* ? m V% A. V4 B' x1 y( E5 J2 `7 X1 f
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。 $ |3 x- ~* }( i& P6 h$ D
6 o9 F% v8 R. O$ b {0 j. c4 J8 T4) 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。 ( `$ d3 V, x0 J# @2 u) h; }0 Y
1 E; i4 Z2 i. N& Y4 j 5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数: & L' _- p5 V$ t3 Z9 ~
/ ?; T C. I; g: } `& G! u对于有预应力的拉伸弹簧 & S* H9 r3 Q3 R% b; ^
8 b8 x' V! g5 s! x$ K) f% J对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧
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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:
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) I; U; |7 l2 n! `( Q当两端固定时,取b<5.3;
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* [; h3 q) M. U6 V/ c9 f% {当一端固定,另一端自由转动时,取b<3.7; % _4 w2 L% Y5 M& ^1 P" U
" P6 `, b( J3 v/ W) _7 W; p当两端自由转动时,取b<2.6。 & x3 e1 G6 C( |) D7 `
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+ ^6 V1 a$ s5 j1 i+ V2 ]2 D
( R3 D- }/ L* v9 V" @+ n压缩弹簧失稳及对策
. Y f7 J. A2 }) [+ |# E0 z3 N4 Q7 f0 K1 Q# v7 n
当b大于上述数值时,要进行稳定性验算,并应满足
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Fc=CukpH0>Fmax
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/ Z l% u) X x3 K. r' F式中:Fc——稳定时的临界载荷;
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7 ~7 E/ \! {7 j' k+ Z Cu——不稳定系数,从下图<不稳定系数线图>中查得;
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Fmax——弹簧的最大工作载荷。
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, {, N5 r6 ?! A# s# h$ v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。
0 r$ A: S I; D1 ~" q! H U0 |: |/ ?% y, E1 _# J4 O1 b/ ^
* {( H1 b1 }( L# }- R6 c* x( R
, D8 V. {& V# g不稳定系数线图 3 S! h( B' N- f: J
' h* |" @$ g' A6 p导杆(导套)与弹簧间的间隙, k6 o6 B7 n6 I
3 a! q1 S4 F, p# J中径D2/(mm) ≤5 >5~10 >10~18 >18~30 >30~50 >50~80 >80~120 >120~150 ) @/ j0 ]+ ~7 g0 I7 w
间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7 4 R5 q3 ^. ^: i
* ?. D/ n6 R/ y; g5 u3 G1 s
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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