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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; I% n$ Y+ H, T3 u: ^- \& ~% J7 J
. j% G8 I! |* ]' `5 H3 f& ?
（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计 4 J- b; p1 `5 |
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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。
, d. g- u+ g7 [9 T1 ^# T# T) e1 E% ]6 V
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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" J4 W, [6 q! M6 K# E: }具体设计方法和步骤如下: ~7 c, s* g1 e" m2 M
- e9 L9 C/ p2 H; O
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 d, W$ z4 m
! L$ U. C! y0 x O- s+ \! N
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。 / L3 V1 ~- o3 N z. {
* y4 E( }& P9 a, o1 q# ~. ?" D
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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$ T( {/ s9 t* m# P4 x& O- P4) 试算弹簧丝直径d '
- E/ t& b: r. `* F" R) M$ _" L2 }4 Z: I1 K/ l0 ~# N
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。 6 u5 W6 h% u, H/ J) M* c; i2 x
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5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数： / f8 t( \9 P8 ^
( ]+ z# l: X9 `7 [8 b: A
对于有预应力的拉伸弹簧 5 @3 Y3 O/ L$ a3 z% l
+ q+ \; Z( C$ d
对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 4 ]2 i2 e5 j2 Z4 I6 }; A
9 f& B# ?4 ?+ z, h X) M
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。
: W. ?+ M3 g' A' x D0 e2 @/ @% o3 p+ N3 ]/ w- K7 u
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：
4 \. ]9 Q3 H7 ^* P% B2 B( G1 k3 ]1 X8 f6 w2 R
当两端固定时，取b<5.3； % T% k& f4 x" v% Y" n4 }8 r# S% L
6 H/ R& h! s$ L# }' e
当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7；
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" a J9 ^' E! S. g$ \, Y当两端自由转动时，取b<2.6。
: P& P9 X: _" r- i4 b: ]- o) t5 q$ ]* E* o' @
6 r4 n8 P" R8 m4 B
- G0 o/ _ `& ~% i# w* m" `7 E压缩弹簧失稳及对策 : `$ P% M' \2 @4 D. @5 c8 q
& g* Y! c P+ o) r* _当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足 7 K' m- `% Z: [: v
4 C: C* y6 F& Z& Q ~/ B! ? Fc=CukpH0>Fmax
6 Z; f( L5 d/ h2 W/ L' t S
4 W4 O1 ^; n1 A; F式中：Fc——稳定时的临界载荷； 8 H4 K5 ^9 M4 S! a5 Q
0 G1 n4 }8 i; D+ Y8 F! ~
Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得；
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4 e Q& F4 l" T( U Fmax——弹簧的最大工作载荷。 ) l& s4 a3 \$ R1 F) k1 }6 ^3 z
3 j% \0 m+ I7 b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。 9 z* Y* b5 d' |1 ]% V
" Z+ K, e4 T4 h2 `* V9 z
# O, U* \" C/ G& C: j4 k1 G. ?0 W% o9 }6 E6 @7 D
不稳定系数线图 ( H- |) S3 m/ S2 x4 D
7 q* s+ g8 ^$ }% z8 O导杆（导套）与弹簧间的间隙
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0 C- _4 }( G! G+ c) A8 W7 D6 t中径D2/(mm) ≤5 >5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150 ) y/ x- Y# K- B7 c/ T; w
间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7 & t4 o8 c3 r/ i0 z4 u% q
+ j0 Z9 g- u6 X, 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。 0 i+ ^ `( k' Z+ L, O' A
; i) g9 P a. O. f( m3 O 9) 绘制弹簧工作图。 |
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发表于 2012-11-7 10:34:25