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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
Q2 a3 @$ V9 r q- w0 }* a6 D9 b2 L
+ i/ R* y5 d" S2 ]（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计 : ]" p0 B, P P0 S
, c! o% M4 W& o' @9 n$ 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。
% F( C& W; D/ }5 }% @& z+ f% |4 Y/ G. A& N* o; ]
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。 8 g a/ D% \8 T/ |5 Z- W
, {" l' w. |5 b2 D/ s- s/ P+ M3 ]. [具体设计方法和步骤如下: 5 \9 u3 A; `3 ~4 L! P1 c
1 f- Y1 f% }0 W* s& I1) 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。 ! t- T! B. @ ]; t+ ?. g4 M$ B
5 B: e1 o3 U9 d
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。 ; H* L$ R" C+ c* X3 R0 ~
0 l4 d9 @5 J! t3) 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。
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6 j. g( w! M* a0 i/ e& G+ x# E4) 试算弹簧丝直径d ' 6 H* ~! j' |: j4 P
) a8 L4 ]1 y2 }: W" o4 |0 @; c
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。 ; `" n, V9 o+ k5 [ t
, c- _/ [' F. @( ^( F 5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： 1 y' |2 G# Q' {' |1 P
. e9 `1 `4 [; d对于有预应力的拉伸弹簧
' Y4 Z4 x" x" y. B
, e+ B4 c4 N$ O% _对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 ! t% I# ?* C5 {3 U& h4 ? c
& A1 s* u9 | x$ D' e' ^
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 p+ {. ]0 R4 y8 G6 |% d
* Z9 N4 E+ v) j- z: S6 ]
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：
1 j# w, [. y8 F& k0 C+ R& Z/ L) s! w+ i- t
当两端固定时，取b<5.3； ! I. P# i+ p0 V+ b
5 F3 p& d5 ^. ]$ B当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7； * E; v: D! t" c6 ]) x/ c
1 Z6 _! v8 W: ?& L& d! M: E, e当两端自由转动时，取b<2.6。 ) b+ Q [ f" I9 V1 Z, z
1 |4 o& A7 f! P, Y4 ~1 u
" R3 }# ^4 u/ N0 P5 x1 o% W
# H! N6 y1 P, Y u, A y压缩弹簧失稳及对策 " ~: q0 U6 y: ], `/ g
) Y( {1 D; a: \" O% l9 F% `当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足 # q/ t* X4 e( E) {4 _& n9 x: ~' I# S, o
( v3 R2 K1 K4 U4 w' u
Fc=CukpH0>Fmax
, j1 I0 T9 V% A+ C5 I4 ?, l
. G$ I) i% J/ {式中：Fc——稳定时的临界载荷； 0 k K9 O) [4 N# O' }$ ], W1 E2 K
3 c* e' c2 n0 w) R Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得；
2 K0 B2 K P% `4 ]& H. L3 M% a7 t+ ^% K
& w5 v9 Z# z. _$ b4 ~ Fmax——弹簧的最大工作载荷。
& x/ ` I- ?- `! I( i% h: ~+ X* i( B
8 p7 ?) v( j' v0 Y2 B) j1 C/ S* r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。
! D* s! C3 P! {, _ L, o w3 |: f
$ [5 h: r% `6 j3 S * y' ^+ R* q6 a5 E$ d% r8 y1 p5 X
( p- A5 m6 d J8 Q) r h不稳定系数线图 9 |. J* m; `3 l8 S4 v, C' C T
" L5 ~7 [0 [$ ]5 [4 [
导杆（导套）与弹簧间的间隙
# x: H m+ Y6 `' ?/ w" |9 f1 c( r. {6 G g3 _
中径D2/(mm) ≤5 >5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150
, @2 ?+ T* G# O. C" z间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7 , z5 K. X2 L% e0 ~# l+ a
! T* i5 q& M: n+ P: [ 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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+ _& d* u1 c6 Y* `6 j 9) 绘制弹簧工作图。 |
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发表于 2012-11-7 10:34:25