圆柱螺旋拉伸弹簧设计示例(北理工)
- 格式:doc
- 大小:64.01 KB
- 文档页数:2
圆柱螺旋压缩弹簧计算示例圆柱螺旋压缩弹簧计算示例之一项目单位公式及数据原始条件最小工作载荷P1N P1=60最大工作载荷PnN Pn=240工作行程hmm h=36±1弹簧外径D2mm D2≤45弹簧类别N=103~106次端部结构端部并紧、磨平,支承圈数为1圈弹簧材料碳素弹簧钢丝C级参数计算初算弹簧刚度P/N/mm工作极限载荷PjN因是II类载荷:Pj≥1.25Pn顾Pj=1.25×210=300弹簧材料直径d及弹簧中径D与有关参数根据Pj与D条件从表11-2-19得:d D Pj fj Pd/3.5 38 306.97 11.37 27有效圈数n圈按照表11-2-10取标准值n=5.5总圈数n1圈n1=n+2=5.5+2=7.5弹簧刚度P/N /mm工作极限载荷下的变形量FjmmFj=nfj=5.5×11.37=14.95节距tm m自由高度H0mmH0=nt+1.5d=5.5×14.95+1.5×3.5=87.47取标准值H0=90弹簧外径D2mmD2=D+d=38+3.5=41.5弹簧内经D1mmD1=D-d=38-3.5=34.5螺旋角a(°)展开长度L mm最小载荷时高度H1m m最大载荷时高度Hnm m极限载荷时高度Hjm m实际工作行程hmmh=H1-Hn=77.76-41.02=36.74≈36±1工作区范围高度比bb<2.6不必进行稳定性验算技术要求:1.总圈数n1=7.52.旋向为右旋3.展开长度L=902mm4.硬度HRC45~50。
圆柱螺旋拉伸弹簧的设计计算首先,我们需要确定弹簧的使用条件和要求。
这包括弹簧所受的最大载荷、最小载荷、工作环境温度、可接受的变形范围等。
接下来,我们需要确定弹簧的材料。
选取合适的弹簧材料是确保弹簧性能和寿命的关键。
常用的弹簧材料有碳钢、不锈钢、合金钢等。
根据使用条件和要求,选择合适的材料。
然后,我们需要计算弹簧的刚度。
刚度是弹簧对受力的反应能力,用于计算弹簧的变形量。
刚度的计算可以通过胡克定律来实现,即应力与应变成正比。
刚度的计算公式为:k=Gd^4/(8D^3n)其中,k为弹簧的刚度,G为弹簧材料的剪切模量,d为弹簧线径,D 为弹簧的平均直径,n为弹簧的总匝数。
在计算刚度之后,我们可以进一步计算弹簧的自由长度。
自由长度是弹簧未施加载荷时的长度。
自由长度的计算公式为:Lf=L+F/k其中,Lf为弹簧的自由长度,L为弹簧未施加载荷时的实际长度,F 为弹簧施加的载荷,k为弹簧的刚度。
接下来,我们需要计算弹簧的最大变形量。
最大变形量是指弹簧从自由状态到最大受力状态时的变形量。
最大变形量的计算公式为:ΔL = (Fmax - Fmin) / k其中,ΔL为弹簧的最大变形量,Fmax为弹簧所受的最大载荷,Fmin 为弹簧所受的最小载荷,k为弹簧的刚度。
最后,我们需要检查弹簧的安全性。
在设计弹簧时,必须确保它能够承受所施加的载荷,并且不会发生破裂或变形。
为了确保弹簧的安全性,我们需要计算弹簧的应力,并与弹簧材料的抗拉强度进行比较。
如果应力超过了材料的强度,就需要重新设计弹簧或者更换更强的材料。
综上所述,圆柱螺旋拉伸弹簧的设计计算包括弹簧使用条件和要求的确定、弹簧材料的选择、刚度的计算、自由长度的计算、最大变形量的计算以及弹簧的安全性检查。
通过这些计算,我们能够设计出合适的圆柱螺旋拉伸弹簧,满足各种机械装置的要求。
圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算(一)几何参数计算普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有:外径D、中径D2、内径D1、节距p、螺旋升角α及弹簧丝直径d。
由下图圆柱螺旋弹簧的几何尺寸参数图可知,它们的关系为:式中弹簧的螺旋升角α,对圆柱螺旋压缩弹簧一般应在5°~9°范围内选取。
弹簧的旋向可以是右旋或左旋,但无特殊要求时,一般都用右旋。
圆柱螺旋弹簧的几何尺寸参数普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸计算公式见表([color=#0000ff 普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸(mm)计算公式)。
普通圆柱螺旋压缩及拉伸弹簧的结构尺寸(mm)计算公式质量m sm s=γ为材料的密度,对各种钢,γ=7700kg/;对铍青•(二)特性曲线弹簧应具有经久不变的弹性,且不允许产生永久变形。
因此在设计弹簧时,务必使其工作应力在弹性极限范围内。
在这个范围内工作的压缩弹簧,当承受轴向载荷P时,弹簧将产生相应的弹性变形,如右图a所示。
为了表示弹簧的载荷与变形的关系,取纵坐标表示弹簧承受的载荷,横坐标表示弹簧的变形,通常载荷和变形成直线关系(右图b)。
这种表示载荷与变形的关系的曲线称为弹簧的特性曲线。
对拉伸弹簧,如图<圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线>所示,图b为无预应力的拉伸弹簧的特性曲线;图c为有预应力的拉伸弹簧的特性曲线。
右图a中的H0是压缩弹簧在没有承受外力时的自由长度。
弹簧在安装时,通常预加一个压力F min,使它可靠地稳定在安装位置上。
F min称为弹簧的最小载荷(安装载荷)。
在它的作用下,弹簧的长度被压缩到H1其压缩变形量为λmin。
F max为弹簧承受的最大工作载荷。
在F max作用下,弹簧长度减到H2,其压缩变形量增到λmax。
λmax与λmin的差即为弹簧的工作行程圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线h,h=λmax-λmin。
F lim为弹簧的极限载荷。
在该力的作用下,弹簧丝内的应力达到了材料的弹性极限。
圆柱螺旋压缩弹簧计算示例弹簧设计和计算主要包括5个步骤:确定工作要求、选择弹簧材料、确定工作状态、计算参数、验算和修改。
首先,我们需要明确工作要求,包括弹簧的负载、行程以及工作环境等。
以一些机械设备为例,我们假设需要设计一个圆柱螺旋压缩弹簧用于支撑一个重物,重量为200N,弹簧的行程为100mm。
接下来,我们要选择合适的弹簧材料。
弹簧常用的材料有优质碳钢、合金钢等。
根据弹簧的使用环境和要求,我们选择了优质碳钢。
假设选择了SWOSC-V(石油淬火碳钢)材料。
然后,我们需要确定工作状态。
在设计弹簧时,一般有两种工作状态,即静态状态和动态状态。
静态状态是指弹簧处于固定位置不变形的状态,动态状态是指弹簧在加载和卸载过程中发生的变形。
根据设备的使用情况,我们假设弹簧在动态状态下工作。
接下来,我们计算弹簧的参数。
首先,需要计算弹簧的刚度系数(也称为弹性系数)。
刚度系数可以用于计算弹簧的变形量和弹簧的伸缩力。
刚度系数的计算公式为:k=(Gd^4)/(8D^3N)其中,k表示刚度系数,G表示弹簧材料的剪切模量,d表示弹簧线径,D表示弹簧的平均直径,N表示弹簧的圈数。
弹簧的线径和圈数需要根据设计要求和实际情况进行选择。
在本示例中,我们假设线径为10mm,圈数为10。
根据所选材料表中的数据,我们可以得到弹簧材料的剪切模量G为80GPa。
将以上参数代入计算公式,我们可以得到刚度系数k的数值。
接下来,我们需要计算弹簧的变形量。
在动态状态下,弹簧在被加载和卸载过程中会发生变形。
变形量的计算公式为:δ=(Pd^3)/(8ND^3G)其中,δ表示变形量,P表示弹簧的工作负载。
将以上参数代入计算公式,我们可以得到弹簧的变形量。
最后,我们需要进行验算和修改。
根据设计的计算结果,我们可以对弹簧的参数进行验算,包括弹簧的弹性系数和变形量。
如果计算结果不符合要求,需要进行相应的修改,如增大线径或圈数来增加刚度系数,或者选择材料的不同等。
圆钢丝圆柱螺旋弹簧设计计算例题三、设计计算结果汇总:1、设计计算数据见表1表1 设计计算参数汇总表2、弹簧工作图样图1弹簧工作图技术要求a.弹簧端部形式:YI冷卷压缩弹簧;b.总圈数:n1 = 6.0圈;c.有效圈数:n = 4.0圈;d.旋向:右旋;e.强化处理:喷丸和立定处理;f.喷丸强度0.3 A ~ 0.45A,表面覆盖率大于90%;g.表面处理:清洗上防锈油;h.制造技术条件:其余按GB/T 1239.2二级精度。
2) 圆钢丝圆柱螺旋拉伸弹簧设计计算例题例2 :设计一拉伸弹簧,循环次数N =1.0×105次。
工作负荷F =160N,工作负荷下变形量为22mm,采用LⅢ圆钩环,外径D2=21mm。
一、题解分析:a)此拉伸弹簧要求循环次数N = 1.0×107次,由此说明弹簧是按有限寿命设计;b)题设给出了最大工作负荷及对应变形量:c)端部结构采用LⅢ圆钩环,即为圆勾环扭中心;d)弹簧外径D2 = 21mm。
二、解题方法:由以上分析可知,本题中未给出自由高度,说明自由高度可在满足其它条件下按实际计算而定,显然,本题是按表1中第一个设计计算条件及要求给出的。
方法1:严格设计法1)材料选取,根据弹簧使用的疲劳寿命要求,我们可选重要用途的碳素弹簧钢丝E 组别的钢丝,根据弹簧手册P345表10-16查得材料抗拉强度d b ln 3582072-=σ即本讲公式(2)中的 a = 2072;b = -358 从分析可知本弹簧按有限寿命使用,即由表3查得试验切应力的强度系 数为0.5×0.8 = 0.40即:b S στ4.0=;许用切应力系数36.08.045.0=⨯=κ即:b κστ=][ 2) 把题中给定的D = 21mm;F = 160N 及以上所选取的材料所查找的有关强度许用应力系数a = 2072;b = -358; 及36.0=κ代入本讲公式(2):0)2)(ln ()08.054.64(2322222≤-+-+-d d D d b a d d D D F πκ化简得:05644808.439486.25)ln 35.849897.49185()ln 37.80938.4684(234≤+-+---d d d d d d解得:d >2.43 mm 取:d = 2.5mm ;此时,材料抗拉强度)5.2ln(3582072-=b σ=1744Mpa 而查标准附录7—表7.1得b σ= 1680Mpa ; 由此可见相对误差不到3.9%完全满足GB/5311标准的范围,因为标准给出的值按最低值给出。
圆柱螺旋压缩弹簧计算示例假设我们要设计一个圆柱螺旋压缩弹簧,用于悬挂汽车底盘的悬挂系统。
首先,我们需要确定弹簧的材料。
常用的弹簧材料有碳钢、合金钢、不锈钢等。
在这个示例中,我们选择使用碳钢材料,其具有良好的机械性能和耐磨性。
接下来,我们需要确定弹簧的几何尺寸和刚度。
弹簧的外径、内径、线径、圈数等参数都会影响其刚度和负载能力。
为了简化计算,我们假设弹簧材料为线弹簧,并且线径为0.5厘米,圈数为10。
在计算弹簧刚度时,我们可以使用胡克定律。
胡克定律表示弹簧的位移与受力之间的线性关系。
根据胡克定律,弹簧刚度(K)等于弹簧受力(F)与位移(x)之比。
在这个示例中,我们假设弹簧的刚度为100牛顿/米。
接下来,我们需要计算弹簧的自由长度。
弹簧的自由长度是指在未受外力作用时,弹簧处于松弛状态的长度。
我们可以使用公式Lf=(D+d)*n,其中Lf表示自由长度,D表示弹簧的外径,d表示弹簧的线径,n表示圈数。
在这个示例中,我们假设D为10厘米,d为0.5厘米,n为10,则弹簧的自由长度为100厘米。
接下来,我们需要计算弹簧的变形和负载能力。
弹簧的变形可以使用胡克定律来计算。
根据胡克定律,弹簧的变形等于外力除以刚度。
在这个示例中,我们假设外力为500牛顿,则弹簧的变形为500/100=5厘米。
最后,我们需要进行弹簧的可变速率计算。
可变速率是指弹簧在受力变化过程中的刚度变化程度。
为了简化计算,我们可以使用一个可变速率系数(Kv)来表示弹簧的可变速率。
在这个示例中,我们假设可变速率系数为1、则弹簧在受力变化过程中的刚度不变。
以上是一个圆柱螺旋压缩弹簧计算的示例。
实际应用中,需要考虑更多的因素,如材料的疲劳性能、应力分布等,以确保弹簧的安全可靠性。
圆柱拉、压螺旋弹簧的设计方法与实例弹簧设计的任务是要确定弹簧丝直径d、工作圈数n以及其它几何尺寸,使得能满足强度约束、刚度约束及稳定性约束条件,进一步地还要求相应的设计指标(如体积、重量、振动稳定性等)达到最好。
具体设计步骤为:先根据工作条件、要求等,试选弹簧材料、弹簧指数C。
由于σb与d有关,所以往往还要事先假定弹簧丝的直径d。
接下来计算d、n的值及相应的其它几何尺寸,如果所得结果与设计条件不符合,以上过程要重复进行。
直到求得满足所有约束条件的解即为本问题的一个可行方案。
实际问题中,可行方案是不唯一的,往往需要从多个可行方案中求得较优解。
例12-1设计一圆柱形螺旋压缩弹簧,簧丝剖面为圆形。
已知最小载荷F min=200N,最大载荷F max=500N,工作行程h=10mm,弹簧Ⅱ类工作,要求弹簧外径不超过28mm,端部并紧磨平。
解:试算(一):(1)选择弹簧材料和许用应力。
选用C级碳素弹簧钢丝。
根据外径要求,初选C=7,由C=D2/d=(D-d)/d得d=3.5mm,由表1查得σb=1570MPa,由表2知:[τ]=0.41σb=644MPa。
(2) 计算弹簧丝直径d由式得K=1.21由式得d≥4.1mm由此可知,d=3.5mm的初算值不满足强度约束条件,应重新计算。
试算(二):(1) 选择弹簧材料同上。
为取得较大的I>d值,选C=5.3。
仍由C=(D-d)/d,得d=4.4mm。
查表1得σb=1520MPa,由表2知[τ]=0.41σb=623MPa。
(2) 计算弹簧丝直径d由式得K=1.29由式得d≥3.7mm。
可知:I>d=4.4mm满足强度约束条件。
(3) 计算有效工作圈数n由图1确定变形量λmax:λmax=16.7mm。
查表2,G=79000N/,由式得n=9.75取n=10,考虑两端各并紧一圈,则总圈数n1=n+2=12。
至此,得到了一个满足强度与刚度约束条件的可行方案,但考虑进一步减少弹簧外形尺寸与重量,再次进行试算。
弹簧的标注:圆柱螺旋弹簧的尺寸标注之老阳三干创作
时间:二O二一年七月二十九日
一、概略
圆柱螺旋弹簧主要分压簧,拉簧和扭簧,资料截面形状有园形、矩形、梯形等.
1.对园柱螺旋弹簧,需要注明:资料的直径(d)
,外径
(D),自由高度(H0),总圈(n1),任务圈数(n)、节距(t),有负荷要求注上负荷(p1p2…pj)和对应值(H1H2…Hj)或(F1F2…Fj),如下图:
图一图二
2、拉伸弹簧,需要注明:资料的直径(d),外径(D),总长(H0),任务圈数(n),耳饰的位置及形状,负荷(p1p2…pj)和对应值(H1H2…Hj).如图(三)所示,若有初拉力则需注上p0如(图四):
图三图四
3、扭转弹簧,需要注明:资料直径(d),外径(D),扭臂长(I),自由高度(H0)以及其它几何尺寸,如扭矩(T1T2…Tj)和对应扭转角度(φ1φ2…φj),如图五:
图五
时间:二O二一年七月二十九日。
圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算首先,我们需要确定圆柱螺旋压缩弹簧的几何参数,包括弹簧线径d、弹簧直径D、弹簧长度L以及螺旋数n等。
这些参数决定了弹簧的刚度和
载荷能力。
接下来,我们需要确定弹簧的材料,并获取弹簧材料的力学性
能参数,如弹性模量E、屈服强度σy以及拉伸强度σt等。
在设计计算中,我们首先需要根据工作要求来确定所需的刚度系数k,即弹簧在受到单位长度变形时的力。
刚度系数k可以通过以下公式得到:k=(Gd^4)/(8nD^3)
其中,G为材料的剪切模量。
接下来,我们需要根据弹簧的刚度系数k和工作要求来确定所需的弹
簧力F。
弹簧力F可以通过以下公式计算得到:
F=kL
然后,我们可以根据所需的弹簧力F和弹簧材料的屈服强度σy来确
定所需的弹簧线径d。
弹簧线径d可以通过以下公式计算得到:d=((4F)/(πσy))^(1/2)
接下来,我们需要根据弹簧线径d和螺旋数n来确定所需的弹簧直径D。
弹簧直径D可以通过以下公式计算得到:
最后,我们可以根据所需的弹簧长度L和螺旋数n来确定弹簧的有效
圈数N。
弹簧的有效圈数N可以通过以下公式计算得到:
N=L/(πD)
以上是一种常见的圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算方法。
不同的工作要求和应用场景可能需要考虑更多的因素,如弹簧的材料疲劳寿命、弹簧的自振频率等。
因此,在实际设计中,需要根据具体情况进行进一步的计算和分析。
15.3 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算(三) 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧受载时的应力及变形圆柱螺旋弹簧受压或受拉时,弹簧丝的受力情况是完全一样的。
现就下图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析>所示的圆形截面弹簧丝的压缩弹簧承受轴向载荷P的情况进行分析。
由图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析a>(图中弹簧下部断去,末示出)可知,由于弹簧丝具有升角α,故在通过弹簧轴线的截面上,弹簧丝的截面A-A呈椭圆形,该截面上作用着力F及扭矩。
因而在弹簧丝的法向截面B-B上则作用有横向力Fcosα、轴向力Fsinα、弯矩M=Tsinα及扭矩Tˊ= T cosα。
由于弹簧的螺旋升角一般取为α=5°~9°,故sinα≈0;cosα≈1(下图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析b>),则截面B-B上的应力(下图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析c>)可近似地取为式中C=D2/d称为旋绕比(或弹簧指数)。
为了使弹簧本身较为稳定,不致颤动和过软,C值不能太大;但为避免卷绕时弹簧丝受到强烈弯曲,C值又不应太小。
C值的范围为4~16(表<常用旋绕比C值>), 常用值为5~8。
圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析常用旋绕比C值为了简化计算,通常在上式中取1+2C≈2C(因为当C=4~16时,2C>>l,实质上即为略去了τp),由于弹簧丝升角和曲率的影响,弹簧丝截面中的应力分布将如图<圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析>c中的粗实线所示。
由图可知,最大应力产生在弹簧丝截面内侧的m点。
实践证明,弹簧的破坏也大多由这点开始。
为了考虑弹簧丝的升角和曲率对弹簧丝中应力的影响,现引进一个补偿系数K(或称曲度系数),则弹簧丝内侧的最大应力及强度条件可表示为式中补偿系数K,对于圆截面弹簧丝可按下式计算: 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧受载后的轴向变形量λ可根据材料力学关于圆柱螺旋弹簧变形量的公式求得:式中:n—弹簧的有效圈数;G—弹簧材料的切变模量,见前一节表<弹簧常用材料及其许用应力>。
设计弹簧时,除选择材料及规定热处理要求外,主要是根据最大工作载荷、最大变形以及结构要求等来确定弹簧的钢丝直径d 、中径D 、工作圈数n 、节距t 或螺旋升角α和高度H 等,通常取弹簧钢丝直径d 、中径D 、工作圈数n 为最优化设计的设计变量,即123x d X x D n x ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ (1) 目标函数可根据弹簧的工作特点和对它的专门要求来建立。
例如,由于因工作特点极易导致疲劳损坏的弹簧,则应以疲劳安全系数最大作为最优化设计的目标;对于受到高速运转机构变载作用的弹簧,则应以其一阶自振频率最大或最小作为最优化设计的目标,使自振频率值远离载荷变化频率值,以避免共振;对于安装空间很紧、要求尽量减少轮廓尺寸的弹簧,则应以其外径或高度最小,从而得到最小安装尺寸作为最优化设计的目标;当价格成为主要问题时,也可以以弹簧的成本最小作为目标;还有按满应力原则建立目标函数的。
对于一般弹簧,通常以质量或钢丝的体积最小作为最优化设计的目标,这时目标函数可表达为:22()4f X d Dn πρ= (2)式中,ρ为弹簧钢丝材料的密度,67.6410ρ-=⨯kg/mm 3将ρ值及式(1)代入式(2),得以弹簧工作部分(除支撑圈外)的质量为目标的函数表达式:42123()0.1885110f X x x x -=⨯ (3)约束条件可根据对弹簧功能的要求和结构限制列出:(1)根据对弹簧刚度的要求范围:min max k k k ≤≤(438Gd k D n=),得约束条件 411min 323()08Gx g X k x x =-≤ (4) 412max 323()08Gx g X k x x =-≤ (5) 式中G 为弹簧材料的剪切弹性模量。
(2)根据弹簧钢丝的产品尺寸规格,给出弹簧钢丝直径d 的限制范围:min max d d d ≤≤,从而得约束条件3min 1()0g X d x =-≤ (6)41max ()0g X x d =-≤ (7)(3)根据弹簧安装空间对其中径D 的限制而有5min 2()0g X D x =-≤ (8)62max ()0g X x D =-≤ (9)(4)根据对工作圈数n 的规定范围:min max n n n ≤≤而有7min 3()0g X n x =-≤ (10)83max ()0g X x n =-≤ (11)(5)根据旋绕比(弹簧指数)D C d =的范围:418D d≤≤,得 291()40x g X x =-≤ (12) 2101()180x g X x =-≤ (13) (6)根据弹簧在最大载荷下不碰圈的要求:0max b H H δ-≥式中,0H ——弹簧自由高度,当支撑圈数22n =且弹簧两端磨平时0 1.5H nt d =+; t ——节距,(0.280.5)t D ≈-,计算时可取0.4t D =;max δ——弹簧在最大工作载荷max F 下的变形量,3max max 48F D n Gd δ= b H ——弹簧并紧高度,当支撑圈数22n =且弹簧两端磨平时,( 1.5)b H n d ≈+得约束条件:3max 23111323418()0.40F x x g X x x x x Gx =+-≤ (14) (7)根据弹簧的强度条件:[]max max 38F D K d ττπ=≤ (15) 式中,max τ——在最大工作载荷max F 作用下或在压并状态下钢丝截面内侧所产生的最大扭转应力;K ——曲度系数:0.16410.615 1.66()44C d K C C D-=+≈- []τ——许用扭转应力,视弹簧材料及受载情况而定。
圆柱螺旋扭转弹簧设计计算目前,广泛应用的弹簧应力和变形的计算公式是根据材料力学推导出来的。
若无一定的实际经验,很难设计和制造出高精度的弹簧,随着设计应力的提高,以往的很多经验不再适用。
例如,弹簧的设计应力提高后,螺旋角加大,会使弹簧的疲劳源由簧圈的内侧转移到外侧,所有的计算也只是给我们一个大的方向从而减少研发成本。
下面我给大家介绍下大至的计算方法。
(见图一)圆线弹黄64 • 180 ∙Af ∙ // ∙ D12∙180∙Λ∕∙∏∙Z)1 2∙ 180-螺旋线圈构成的圆柱形弹簧,工作线圈间为恒定间距,能够承受垂直于环绕轴沿着卷绕方向和反方向的扭力。
线径大于16mm的弹簧通常为冷卷。
热成型弹簧用于强负载的直径大于IOnIm的较大尺寸弹簧。
备注:该计算设计用于线圈卷绕方向的扭转负载,不计入弹簧内部或外部导向零件的支撑效果。
也不计入出现的摩擦效果。
线圈之间的可能的摩擦也不计入在内。
适合中低负载、线性工作特性、相关低弹簧系数、低费用。
扭簧按两种基本设计制造:紧和松(线圈间隙)。
如果是静态负载,紧凑的线圈为推荐选项。
但是,工作线圈之间出现摩擦,这将导致弹簧寿命减少。
另外,线圈的过于接近的间隙阻止弹簧完美喷丸。
备注:承载负载过程中,在卷绕方向上的负载弹簧长度增加。
热成型弹簧通常一定在线圈之间会有间隙。
C二弹簧指数(c=D∕d; c=D∕t)[-]b二线宽[单位:mm, in]d二线径[单位:mm, in]D二中心弹簧直径[单位:mm, in]M二弹簧负载[Nmπι, Ib in]E=拉伸弹性模量[MPa, psi]k二扭转弹簧率[Nmm∕° , Ib in∕° ]Kb=曲线修正因数[-]LK=卷绕部分的长度[单位:mm, in]n=工作线圈数[-]P二线圈间距[单位:mm, in]廿线厚度[单位:mm, in]a=角度偏移[° ]dθ=自由弹簧的角度[。
]S=弹簧材料的弯曲应力[MPa, psi]曲线修正因数、修正因数显示弹簧来自曲线的额外应力、弹簧功能尺寸。
例10—4 设计一圆柱螺旋拉伸弹簧。
已知弹簧在一般载荷作用下工作,要求弹簧中径D =18mm ,外径2D ≤22mm 。
当弹簧所受最大工作载荷2F =340N 时,弹簧拉伸变形量2λ=24.3mm 。
解 (1)选择材料确定许用应力
因弹簧在一般载荷作用下工作,故可按第Ⅱ类弹簧考虑,选用碳素弹簧钢丝。
根据2d D D =-≤22—18=4mm ,暂取d =3.5mm 。
由表10—22得b σ=1550MPa ,根据表10—21可知,且考虑到该弹簧为拉伸弹簧,所以[]b 0.4τσ=×80%=0.4×1550×80%MPa =496MPa 。
(2)选择旋绕比
根据表10—24取旋绕比C =5,由表10—23查得弹簧的曲度系数为K =1.3l 。
(3)计算弹簧丝的直径d
由式(10—38)得
3.39d ==≥mm 因此原取的d 值3.5mm 符合强度要求。
弹簧中径 D Cd ==5×3.5=17.5mm
弹簧外径 2D D d =+=17.5十3.5=2l mm
符合于该题目中的限制条件,合适。
(4)计算弹簧工作圈数n
弹簧的刚度 2
23401424.3
F F
k λλ==== N /mm 由于弹簧材料为碳钢,故其切变模量为G =80000MPa ,由式(10—41)
3380000 3.52088145
Gd n kC ⨯===⨯⨯ 由表10—25可知,弹簧实际总圈数即为1n =20圈。
(5)结构设计
选定两端挂钩形式为LI 型。
(6)计算弹簧尺寸
弹簧内径 1D D d =-=17.5—3.5=14mm 自由高度(对LI 型) 02H nd D =+= (20×3.5十21)mm =91mm 其它尺寸计算忽略。
(7)绘制弹簧工作图。
(略)。