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拉簧、 壓簧的設計方法
來源:admin 點擊:次  發布時間:2012-03-23 15:33

 

彈簧設計的任務是要確定彈簧絲直徑d、工作圈數n以及其它幾何尺寸,使得能滿足強度約束、剛度約束及穩定性約束條件,進一步地還要求相應的設計指標(如體積、重量、振動穩定性等)達到最好。.......
彈簧設計的任務是要確定彈簧絲直徑d、工作圈數n以及其它幾何尺寸,使得能滿足強度約束、剛度約束及穩定性約束條件,進一步地還要求相應的設計指標(如體積、重量、振動穩定性等)達到最好。  
具體設計步驟為:先根據工作條件、要求等,試選彈簧材料、彈簧指數C。由于sb與d有關,所以往往還要事先假定彈簧絲的直徑d。接下來計算d、n的值及相應的其它幾何尺寸,如果所得結果與設計條件不符合,以上過程要重復進行。直到求得滿足所有約束條件的解即為本問題的一個可行方案。實際問題中,可行方案是不唯一的,往往需要從多個可行方案中求得較優解。  
例12-1設計一圓柱形螺旋壓縮彈簧,簧絲剖面為圓形。已知最小載荷Fmin=200N,最大載荷Fmax=500N,工作行程h=10mm,彈簧Ⅱ類工作,要求彈簧外徑不超過28mm,端部并緊磨平。  
解:  
試算(一):  
(1)選擇彈簧材料和許用應力。 選用C級碳素彈簧鋼絲。  
根據外徑要求,初選C=7,由C=D2/d=(D-d)/d得d=3.5mm,由表1查得sb=1570MPa,由表2知:[t]=0.41sb=644MPa。  
(2) 計算彈簧絲直徑d  
由式 得K=1.21  
由式 得d≥4.1mm  
由此可知,d=3.5mm的初算值不滿足強度約束條件,應重新計算。  
試算(二):  
(1) 選擇彈簧材料同上。為取得較大的I>d值,選C=5.3。  
仍由C=(D-d)/d,得d=4.4mm。  
查表1得sb=1520MPa,由表2知[t]=0.41sb=623MPa。  
(2) 計算彈簧絲直徑d  
由式  得K=1.29  
由式  得d≥3.7mm。  
可知:I>d=4.4mm滿足強度約束條件。  
(3) 計算有效工作圈數n  
由圖1確定變形量λmax:λmax=16.7mm。  
查表2,G=79000N/mm2,  
由式  得n=9.75  
取n=10,考慮兩端各并緊一圈, 則總圈數n1=n+2=12。至此,得到了一個滿足強度與剛度約束條件的可行方案,但考慮進一步減少彈簧外形尺寸與重量,再次進行試算。  
試算(三):  
(1)仍選以上彈簧材料,取C=6,求得K=1.253,d=4mm,查表1,得sb=1520MPa,[t]=0.41sb=623MPa。 
(2) 計算彈簧絲直徑。得d≥3.91mm。知d=4mm滿足強度條件。  
(3)計算有效工作圈數n。由試算(二)知,λmax=16.7mm,G=79000N/mm2  
由式  得n=6.11  
取n=6.5圈,仍參考兩端各并緊一圈,n1=n+2=8.5。  
這一計算結果即滿足強度與剛度約束條件,從外形尺寸和重量來看,又是一個較優的解,可將這個解初步確定下來,以下再計算其它尺寸并作穩定性校核。  
(4) 確定變形量λmax、λmin、λlim和實際最小載荷Fmin  
彈簧的極限載荷為:  
  因為工作圈數由6.11改為6.5,故彈簧的變形量和最小載荷也相應有所變化。  
由式 得:  
    λmin=λmax-h=(17.77-10)mm=7.77mm 
  (5) 求彈簧的節距p、自由高度H0、螺旋升角γ和簧絲展開長度L  
在Fmax作用下相鄰兩圈的間距δ≥0.1d=0.4mm,取δ=0.5mm,則無載荷作用下彈簧的節距為  
p=d+λmax/n+δ1 =(4+17.77/6.5+0.5)mm=7.23mm  
p基本符合在(1/2~1/3)D2的規定范圍。  
端面并緊磨平的彈簧自由高度為  
  取標準值H0=52mm。  
無載荷作用下彈簧的螺旋升角為  
  基本滿足γ=5°~9°的范圍。  
彈簧簧絲的展開長度  
  (6) 穩定性計算  
b=H0/D2=52/24=2.17  
采用兩端固定支座,b=2.17<5.3,故不會失穩。  
(7) 繪制彈簧特性線和零件工作圖。

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