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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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/ R4 V' z1 \, f @（四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计 / c4 K% g6 _; ^! |4 b2 x/ S& i- A
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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。
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/ j+ } O* J, m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: 8 P6 d1 ^! M& t0 W! d# ]$ U T
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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。
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6 \, W# n2 g% F2) 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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% ~# ]2 ]& o4 }- k3 s3) 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+ I- C6 O4) 试算弹簧丝直径d ' - B- s( A o8 o
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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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% ?9 F6 }* m i( K, } 5) 根据变形条件求出弹簧工作圈数：
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- l6 ]; M4 F5 M4 ]: d对于有预应力的拉伸弹簧 " c& i/ n. V* a$ Q! c8 i5 Y
; n: V) P" u5 w& v, o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。 & y0 v" H" K( T- \& f
+ _) c! K- `9 U0 t# c 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： ' p5 a8 D3 q8 `* D: ]* s6 u
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当两端固定时，取b<5.3；
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% E4 B7 e/ r( r% V当一端固定，另一端自由转动时，取b<3.7； 6 m' Y3 }3 v& @+ p
0 a3 [7 p4 Y8 U" d: {当两端自由转动时，取b<2.6。
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压缩弹簧失稳及对策
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8 _) A! f6 Z2 y当b大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足
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; D# u' [+ g- P1 b' W. h+ D Fc=CukpH0>Fmax
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式中：Fc——稳定时的临界载荷；
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Cu——不稳定系数，从下图<不稳定系数线图>中查得；
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) m1 j, {/ D" ~2 L3 \5 [ Fmax——弹簧的最大工作载荷。 * ~2 J! Z: t4 Y4 q/ Z2 A
( i8 X N. o4 v4 C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。 5 Q! e& Q+ \. N$ Z* U1 ?9 v+ D7 ]
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不稳定系数线图
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导杆（导套）与弹簧间的间隙" D/ X1 n- A* B0 b0 `
/ V6 {" ~- |) ?$ ~4 `中径D2/(mm) ≤5 >5～10 >10～18 >18～30 >30～50 >50～80 >80～120 >120～150 1 f, T- K- P& w. ~3 ~% W( S9 d( |
间隙c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7
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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