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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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0 E0 m) K* I: `1 ~（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计 $ z: D9 @3 T$ o- m/ [
5 B- f: V$ Z! _) @ 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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) J# B7 N; _9 @ Y$ ^5 _9 q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。 4 d+ |/ K2 w: N8 D& }+ v
; ]( H; g* t7 P* ], Q: V! |具体设计方法和步骤如下: 2 ?& D2 H: s( n! m/ k/ y/ v
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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。 ; @5 G8 z: A( V2 _
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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。 & M' y" N/ a6 K. u3 F ~/ X) O! I
# y( D% H4 J, g2 n! _7 }* z4 {& d, J4) 试算弹簧丝直径d ' ! R; n- h7 H- _1 A$ U9 k
, H' i- n5 m# L4 V0 x9 V' i& 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。 ; g6 a9 _ F6 T {1 n
, `4 ?3 x, d% W1 ^4 s0 f0 M& K7 e 5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数：
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) R' r7 b) a" W! [对于有预应力的拉伸弹簧 " w# b8 p& v2 {6 K3 R8 L- q
/ T* g, w: d# O# C a5 w
对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 % B+ I& ]; m9 s4 s& u
9 e" F6 U. Y* U- ^0 a 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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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：
$ U1 t0 U2 S2 g
- x: n) Z W3 @/ o当两端固定时，取b<5.3； ( j4 ^/ v8 @/ a! |; d- |" F ?
7 W5 g" p$ ? Z, O- ]' n- [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。
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; @: k7 N6 @5 B- d+ d% N1 P6 S9 C压缩弹簧失稳及对策 . v4 ?+ u2 O1 Y' |1 N
, o" T! f$ I- G' f. @# t当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足 ' T, L0 K( N. k& ?: h6 v9 U) C0 L4 B
) U9 `; T; b1 X, e2 G4 ?
Fc=CukpH0>Fmax ! o( a" b* m$ [, f- r- |
6 d1 I. u) G3 _1 J& b, N4 g p8 S式中：Fc——稳定时的临界载荷； 9 H$ F# {( ]$ w5 S3 y
# v# Z4 Z* P3 U' J; a' C5 a1 b Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得；
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$ O7 I) g7 {; L% v Fmax——弹簧的最大工作载荷。 " M7 u0 l, a+ t' P5 N" ]
" T) h' l, M( k0 {6 e/ h2 x
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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8 [+ x! E5 R* y2 H2 C, _, D3 p + F' e$ \2 ~) D" l# [3 A n# ]
& d) B* v! r4 o% V _不稳定系数线图 ) @5 K) p. @3 I# I6 o$ y! M
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导杆（导套）与弹簧间的间隙7 ~9 M2 O$ S% u$ }( O% [( u8 k
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中径D2/(mm) ≤5 >5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150 $ i8 `: _$ ]- a8 w ?6 a7 }
间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7 ) w% z* E+ u3 \3 l
/ D/ S6 Y0 b. t' V# } 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