圆柱弹簧的设计计算docx

  (一)几何参数计算 圆柱弹簧的设计计算 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，但无特别的条件时，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(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 计算公式 计算公式 参数名称及代号 压缩弹簧 拉伸弹簧 备注 中 径 D2 D2=Cd 按普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列表取 标准值 内 径 D1 外 径D 旋绕比C D1=D2-d D=D2+d C=D2/d 压缩弹簧长细比 压缩弹簧长细比 b b=H0/D2 b 在 1～5.3 的范围内选取 H0≈pn+(1.5～2)d 自由高度或长度 （两端并紧，磨平） H0 H0≈pn+(3～3.5)d H0=nd+钩环轴 向长度 （两端并紧，不磨平） 工作高度或长度 Hn=H0-λn Hn=H0+λn λn--工作变形量 H1,H2,…,Hn 有效圈数n 总圈数 n1 根据要求变形量按式（16-11）计算 n1=n+(2～2.5)（冷卷） n1=n+(1.5～2) （YII n1=n 型热卷） n≥2 拉伸弹簧 n1 尾数为 1/4,1/2,3/4 整圈。推荐用 1/2 圈 节 距p 轴向间距δ p=(0.28～0.5)D2 δ=p-d p=d 展开长度L L=πD2n1/cosα L≈πD2n+钩环展 开长度 螺旋角α α=arctg(p/πD2) 对压缩螺旋弹簧，推荐 α=5°～9° (二)特性曲线 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) 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 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 Fmin，使它可靠地稳定在安装位置上。Fmin 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。Fmax 为弹簧承受的最大工作载荷。在 Fmax 作用下，弹簧长度减到 H2， 其压缩变形量增到 λmax。 λmax 与 λmin 的差即为弹簧的圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线工作行程 h,h=λmax-λmin。 Flim 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。与Flim 对应的弹簧长度为 H3，压缩变形量为 λlim。 等节距的圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线为一直线，亦即 等节距的圆柱螺旋压缩弹 簧的特性曲线为一直线，亦即 压缩弹簧的最小工作载荷 通 常 取 为 Fmin=(0.1～ 0.5)Fmax；但对有预应力的 拉伸弹簧(图圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线 为使只有预应力的拉伸弹簧开始变形时所需的初拉力。弹簧的最大工作载荷 Fmax，由弹簧在机构中的工作条件决 定。但不应到达它的极限载荷， 通常应保持 Fmax≤0.8Flim。 弹簧的特性曲线应绘在弹 簧工作图中，作为检验和试验时的依据之一。此外，在设计  圆柱螺旋拉伸弹簧的特性曲线 (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 的情况做分析。 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、轴向力由图圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析a( 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= Tcosα。 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 d(mm) d(mm) C=D2/d 0.2～0.4 0.45～1 1.1～2.2 2.5～6 7～16 18～42 7～14 5～12 5～10 4～9 4～8 4～6 为了简化计算，通常在上式中取1+2C≈2C(因为当 C=4～16 时，2Cl，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： 的公式求得:圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧受载后的轴向变形量λ 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。如以 Pmax 代 替 P 则  最大轴向变形量为： 1) 1) 对于压缩弹簧和无预应力的拉伸弹簧： 2）对于有预应力的拉伸弹簧：拉伸弹簧的初拉力(或初应力) 2）对于有预应力的拉伸弹簧： 用不需淬火的弹簧钢丝制成的拉伸弹簧，均有一定的初拉力。如不需要初拉力时，各圈间应有间隙。经淬火的弹簧，没有初拉力。当选取初拉力时，推荐初应力τ0值在下图的阴影区内选取。 初拉力按下式计算：使弹簧产生单位变形所需的载荷 初拉力按下式计算： 使弹簧产生单位变形所需的载荷kp 称为弹簧刚 度，即 弹簧刚度是表征弹簧性能的主要参数之一。它表示使弹簧产生单位变形时所需的力，刚度愈大，需要的力愈大，则弹簧的弹力就愈大。但影响弹簧刚度的因素很多，由于kp 与C 的三次方成反比，即C 值对 kp 的影响很大。所以，合理地选择C 值就能控制弹簧的弹力。 另外，kp 还和 G、d、n 有关。在调整弹簧刚度时，应考虑这一些因素的影响。 （四) 承受静载荷的圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计 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。在这一些状况下，弹簧是按静载强度来设计的。 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 在设计时，通常是根据弹簧的最大载荷、最大变形、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。 具体设计方法和步骤如下: 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。 选择旋绕比C，通常可取 C≈5～8(界限状态时不小于 4 或超过 16)，并算出补偿系数 K 值。 4) 试算弹簧丝直径d 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 4) 试算弹簧丝直径d 一定要注意，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。 对于有预应力的拉伸弹簧根据变形条件求出弹簧工作圈数： 对于有预应力的拉伸弹簧 对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧求出弹簧的尺寸D、D1、H0,并检查其是不是满足安装要求等。如不符合，则应改选有关参数(例如C 值)重新设计。 对于压缩弹簧或无预应力的拉伸弹簧 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 按以下情况选取： 当两端固定时，取 b5.3； 当一端固定，另一端自由转动时，取b3.7； 当两端自由转动时，取 b2.6。 压缩弹簧失稳及对策 当b 大于上述数值时，要进行稳定性验算，并应满足 Fc=CukpH0Fmax 式中：Fc——稳定时的临界载荷； Cu——不稳定系数，从下图不稳定系数线图中查得； Fmax——弹簧的最大工作载荷。 如 FmaxFc 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。 不稳定系数线图 导杆（导套）与弹簧间的间隙 中径 中径 D2/(mm) ≤5 5～10 10～18 18～30 30～50 50～80 80～120 120～150 间隙 c/(mm) 0.6 1 2 3 4 5 6 7 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。 绘制弹簧工作图。 例题 设计一普通圆柱螺旋拉伸弹簧。已知该弹簧在-定载荷条件下工作，并要求中径 D2≈18mm， 外径 D≤22mm。当弹簧拉伸变形量 λ1=7.5mm 时，拉力 P1=180N，拉伸变形量 λ2=17mm 时， 拉力 P2=340N。 [解] 根据工作条件选择材料并确定其许用应力 因弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第Ⅲ类弹簧考虑。现选用Ⅲ组碳素弹簧钢丝。并根据D-D2≤22-18 mm=4 mm，估取

  2、成为VIP后，下载本文档将扣除1次下载权益。下载后，不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们。

  3、成为VIP后，您将拥有八大权益，权益包括：VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。

  4、VIP文档为合作方或网友上传，每下载1次， 网站将按照每个用户上传文档的质量评分、类型等，对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档

  2024年保险职业学院马克思主义基础原理概论期末考试题带答案.docx

  2024年信阳师范大学马克思主义基础原理概论期末考试题含答案.docx

  2024年佳木斯职业学院马克思主义基础原理概论期末考试题最新.docx

  2024年佳木斯职业学院马克思主义基础原理概论期末考试题汇编.docx

  2024年保险职业学院马克思主义基础原理概论期末考试题附答案.docx

  广州博纳信息技术有限公司-决策支持系统维护项目-报价投标文件_项目方案_强电项目投标书_doc可编辑.docx

  原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者