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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
) T, E H% B( S- h: u, U+ \# X" H7 u5 `' Z5 t
（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计
7 O# t4 l7 }' l4 K$ X& _" i, K8 K' H" p5 B+ v
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。 * C/ G) Q; m- N: ?+ W+ t
) }/ K3 @1 M7 N& M3 S2 t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 W, H q6 V) V4 b0 H4 {2 B
. s) c. f& d# ^+ j2 _4 ~
具体设计方法和步骤如下: 8 c* E& Z* G# w8 p( a, L
2 y j/ L. e8 q+ Y C: x
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。
) ~ r0 M" s& [% R' C3 r7 C% z( ~- g _
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。 ( c4 d( q7 U" g2 B0 t9 m
+ g" P' u7 P% t0 b Z$ ?' \7 j
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。 1 A' t; z$ J( S) ?/ X' d& Y& J
, F& j& B- v+ W' }4) 试算弹簧丝直径d '
' D% |! i7 ^( ?, S( H5 m7 s- T6 [1 H* |9 N6 s
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。
- l' m* A. P# b6 t: M K. N; q" ?/ @& M- k Z: _ u
5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： 0 e: |( N- J1 X- ~ l
: b, D- d) @; y9 B/ h. ?对于有预应力的拉伸弹簧
1 b e2 |4 R- P
: }' ?6 g% p% p# f. F对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 # F, S, g8 A+ o- A! T2 n5 T
! F: L; U) k) K L- K: v2 C
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。 7 o; Q1 |2 g9 Q1 s) m
1 h [+ Q3 ]& Y& |3 }7 ~9 A5 b# i
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：
7 v ^& m; U0 E8 w/ V( y# d/ W! F" }" n( r
当两端固定时，取b<5.3； 8 s' G; ?8 t6 v9 y% A+ s
) q: T( I5 w* ]& P
当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7；
0 ?; R; B# t3 ^8 M" E* S5 ]
6 x1 Z) g4 Q) o" k5 t! T, R当两端自由转动时，取b<2.6。 9 q6 C! [, s+ B- f
) n3 _* h, q8 q7 g& W2 s: N; i0 z
2 V8 a" _2 i' [
6 A x( ?+ U# R( \压缩弹簧失稳及对策
- s: O0 e! y1 @* W3 s& ?
. y% z8 W U! L3 n$ i7 @当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足 & a. D& H2 L- {3 |0 _4 l2 p$ e2 c
1 V- s2 ]8 V1 c+ ]! l+ E Fc=CukpH0>Fmax
: X, v1 V q+ ]7 |, q: _+ V4 M) m* N: f4 t4 r) M# }0 c7 G3 u4 P/ Y
式中：Fc——稳定时的临界载荷；
5 Y Q q9 @2 O. E" Q. Y( e# O, P; x
Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得； : |) C1 B; _1 U( i! r6 Q- e5 L6 d
/ k5 x3 U: q8 t1 `* {0 o Fmax——弹簧的最大工作载荷。
- `0 y w2 x C9 ]" k9 U- k2 l \4 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。 6 ]! H/ C+ n' G$ H( V- i+ V9 m* r
q5 v3 v, `; { H) s6 B+ \, G
2 [0 C9 ]6 O. i/ m( y
不稳定系数线图
$ i* E6 O8 K6 D7 P: j g/ l
1 Y# i) i) z# V, f; ~2 b: ~导杆（导套）与弹簧间的间隙+ C4 A) L) D& O; ]! v( r
* ?# c0 X2 X. b4 u. K
中径D2/(mm) ≤5 >5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150
5 l3 i3 i' u. b% z间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7 % p4 V* }. `' C3 i s
5 s0 z3 V" D% F( B
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。 , d, l+ x) l& v5 o4 O& y0 B
, @ k& t2 ?4 h 9) 绘制弹簧工作图。 |
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发表于 2012-11-7 10:34:25