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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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$ k2 h8 H) V5 w# v+ L（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计
) U- ~2 @0 G8 x6 R! N% F2 ^
; U9 y+ W. i+ r! B6 M, b 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: : R, i7 ]5 W; c$ h
& V$ C" _' p# `& i4 [0 K1) 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。 ' S1 a1 s1 m. x
) {. }3 r6 x7 [- i. e- A
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。
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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。
) n, j2 I( _+ ]# R1 I0 _7 ^) A- j- V
4) 试算弹簧丝直径d ' 8 s/ B2 [5 h v6 r- U: e {) m
, P/ I" p* ^3 Q
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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F' V m; {1 ] 5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数：
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6 a8 ^8 Y% a& @1 j$ [4 P对于有预应力的拉伸弹簧 & C o3 v- r0 Q# z* ]3 n
( M D8 A: f) ~3 _对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 ; ?, u% \, x$ c! `
0 U- e$ n- M0 u2 F& o, S 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。 & y" d( G* F0 I# V- A" c
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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： d% M" `7 ], p9 |8 ~% u7 p
8 D; g2 ?" p4 p, P" f9 X$ x
当两端固定时，取b<5.3；
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当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7；
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当两端自由转动时，取b<2.6。
( j: U7 ~ l4 b7 G
$ e& Q/ T0 i, k/ ^! K( \ * f( R% }3 E/ i3 p$ k
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压缩弹簧失稳及对策
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当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足 . l4 k) u" A) N0 \
8 W% G$ m0 E/ o Fc=CukpH0>Fmax 9 T/ t" h& s8 F+ A7 L" S8 X' g! G
' q7 |5 g$ z/ b) ^9 h式中：Fc——稳定时的临界载荷；
& ^: S( Q/ A! h4 E9 g1 P" t6 E
5 @: { D3 U0 w6 p: G Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得； ! H+ m( B; v1 P# D* Q5 {9 c
1 C0 x7 O# e# ]. a( G% Y2 p Fmax——弹簧的最大工作载荷。 4 K/ ?) A3 Z5 j' @8 d) f
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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。 2 _1 @% P" E) Q: W- t5 J% Z
. R4 ]* j4 ~: v/ t; B$ w' S
$ \8 L, \& D( ^" E- N4 Q7 [
1 T6 D4 Y+ j% m5 C7 z( u- K$ h$ W不稳定系数线图
. V) f+ q$ |* ]/ f* X
" s/ Q( q. `* I* L2 m: P1 p! d导杆（导套）与弹簧间的间隙
+ I* n9 g! `# Q1 x, S. G j
! C s% M: m% Z. C0 _1 b; L2 e3 l中径D2/(mm) ≤5 >5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150 $ a: n( q2 a: B' ?# y% `% c
间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7
: B" z8 |( b3 D7 a- F9 Y9 d( A
$ d/ S0 h3 a/ C2 E 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。
0 E: M5 i+ }+ |) j2 N B `3 V
) V3 C" Z, h' W" c4 b) Z; F 9) 绘制弹簧工作图。 |
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发表于 2012-11-7 10:34:25