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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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6 Z: p r1 S0 j9 r& U9 C& _, S) p（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计 . J ?( m$ j3 }. L
/ G9 S) x& |' ^ 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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7 _5 M, t/ j; y, w. 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。 0 M2 ]5 S0 I" x. F2 V2 l
- L/ [; T" T( M& ^; S1 Z
具体设计方法和步骤如下:
K; @% `6 l3 F8 [: R8 T5 W; H7 H: X# y1 P2 c7 i* Z: C
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。 4 R- V7 W4 t* a; E, B
6 J8 ?1 T% i2 @3 c- l& g3 Z2) 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 {; y |1 @. }4 O- B1 v& q7 a; B7 E" x& Z$ x5 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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4) 试算弹簧丝直径d ' 7 f W' c6 H, \8 `" U$ I" _
# d; `$ K' r; ~- [+ M. u; \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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5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数：
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对于有预应力的拉伸弹簧
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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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' {# K4 f9 {0 I" A% }" 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：
3 r8 C8 F& N( q9 {" m
7 c, m% g% `5 P" {7 Z* O当两端固定时，取b<5.3； + J, d+ |: u* X
: h9 T4 O" F( v5 d/ l# ?3 Z
当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7； 3 z7 Z( r# d) a8 {' c; r( j
# f4 A; j: E' l& z2 E l! n
当两端自由转动时，取b<2.6。
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5 J. a0 ^( Z R" F3 |3 V. _- ]) A( S( S" f, `4 Z1 j" Z
压缩弹簧失稳及对策
2 N, h1 c& F# g! K5 W, J$ ~$ B, _: E9 z8 ~% E5 k
当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足 / T6 u/ _: E" i" V4 i) f9 @- j
9 C: q6 D, G( N3 C8 P {0 b Fc=CukpH0>Fmax
; n3 N! A# ?, }3 m, |1 F) o& j/ ~, ^1 A/ M* a8 H; f! L z$ M
式中：Fc——稳定时的临界载荷；
" q- V( T8 R' Q$ i/ k: F9 O5 M$ \' R9 P0 w& O7 Q O5 j
Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得；
4 U5 a0 R: X. R `4 a0 s' a7 i* ^$ Y' ^8 P( G
Fmax——弹簧的最大工作载荷。 # Z$ p; H* W( G8 o
# ~; u1 E& T! q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。
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7 N$ c C- ^ b$ \0 c% M9 O 7 y! G& I7 v6 s* d: ]
+ E3 k" s% b0 I* z% E: V9 R不稳定系数线图 ! B; k# G! l' j& ]! H: ]8 w
' @ y6 h' M7 I. h9 o* F6 Q/ `- p
导杆（导套）与弹簧间的间隙
3 t5 u, e% [3 s5 P
7 W4 s2 n; G! r7 k( U中径D2/(mm) ≤5 >5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150 ' `' m+ e' z+ H7 f, ~
间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7
, I0 }; I' s1 }
) J I: j- u7 H2 {0 f 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。
; @9 D% ?2 ~( @! A6 N( t' {' C4 {$ R6 j9 c. V
9) 绘制弹簧工作图。 |
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发表于 2012-11-7 10:34:25