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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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/ h8 Q' g2 B7 c |- \（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计 $ V+ Y7 t P" K) B [ j$ e
' q1 R' P6 w/ A' X& X& g' \; c' G 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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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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具体设计方法和步骤如下:
5 m# D% t+ k5 k) x4 y6 H2 m; a- q& B0 H; h* l4 d- z9 A1 h
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。 1 q6 a. w; T" w' ~; q- d. C
; A* D" N# ^& I' a$ G" O! ]% _
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。 ; ?' _1 S( m* D8 o$ Y6 r% Z4 _
' A8 Z+ v* b& {. [3 O
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。
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% C! B& w( z! w9 d, I5 \2 _4) 试算弹簧丝直径d '
) @+ O/ T- M; K( o0 Q( R% a/ L3 w
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。
. _: A" B v) E8 o) u( R7 B4 r: l' D; D& j, E/ ~8 a0 M g, _
5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： ' L' Y+ u) b6 p9 S p+ Y
0 i, V, J5 |7 d9 ?+ a% d2 j对于有预应力的拉伸弹簧
. G3 H! g/ @( j4 A$ P ?% K. E7 W; j( C" {4 n9 p/ J% c" b
对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 ; L$ e. Q/ K ^! p. j& E: O; O
; Z6 O! @. w1 l 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。 9 j3 ~6 P* P7 V3 Y% M3 B0 J @# F' E
: p9 B6 O& o' ^5 u" f& 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：
& u) Y/ g: h( h6 }# p8 V0 ?6 p0 w* f3 `5 i. a9 r6 M9 `& C( f
当两端固定时，取b<5.3；
6 K- ~3 T7 _. u
7 b6 Y" S- e4 I' I9 T) r( G当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7； & Q) v4 O. d, r' P3 {
- ]7 l3 o' R% C/ r( H& M a! |当两端自由转动时，取b<2.6。 : @6 f( k+ q4 |7 {. N4 d( Q' b7 b% b6 j3 P
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' T/ t& Z v9 |4 j8 |! W0 `# E2 k
压缩弹簧失稳及对策
0 Y) m6 z) x0 \# B( T
7 s& F H, T3 `, @# m& o当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足 ( P& k# b7 g: ]: R5 F/ A
* h! }! M! ^! {* X# d* h Fc=CukpH0>Fmax
2 a: b) O4 G: Z; v/ J( d2 z' a4 k0 i, M
式中：Fc——稳定时的临界载荷； w" B4 U, I _
: q- C% e6 S' l' _& M5 m: ^4 O& @ Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得； ! z G9 O8 L l0 p
3 m; z6 U( H: K: E+ W. h9 a1 ?& q
Fmax——弹簧的最大工作载荷。
) E. C, K8 N- j; ?# }* g4 ^# i$ p8 H# u1 a1 P. T: k. m" 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。 \. x; |' [% F$ _5 u
% v. C. v( }, S& p
- \$ p7 C. c( X# u" X" N3 m/ z0 `
不稳定系数线图
- @; O1 L4 [; b+ I
9 `& Y. I) W7 p导杆（导套）与弹簧间的间隙
' s& [5 L5 I7 R) {; O4 H" W3 o( N: v. H I: s, b7 d
中径D2/(mm) ≤5 >5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150
4 C' B4 Y- ~ W% V( E% T: e( h/ w间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7
6 G( Y9 g. y. v5 S. a2 |6 [ D) S& S/ g- s: K/ g. T
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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发表于 2012-11-7 10:34:25