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[!--downpath--]线径d
(毫米)
介质直径D(mm)有效圈数n材质G/(Kg/mm)许用剪切挠度[τ](Mpa)最大许用压力Ps(Kg.f).368弹簧丝半径d
(mm) 0.2~0.40.5~11.1~2.22.5~67~1618~40C7~145~125~104~104~84~6 压缩弹簧参数估算
锥形螺旋压缩弹簧和拉伸弹簧的设计
如图所示,锥形弹簧的主要规格有:弹簧丝半径d、弹簧圈直径D、弹簧圈外径D1、弹簧圈直径D2、螺距t、螺旋角a、自由宽度H0等。
1 锥形弹簧参数及几何规格
1、弹簧的主要规格(见下图)
C=D2/d,弹簧指数越小,挠度越大,弹簧越硬,弹簧两侧挠度差值越大,材料利用率越低; 否则,弹簧越软。 常用弹簧指标的选择见表。
2. 弹簧参数的估计
在弹簧设计中压簧的弹力计算公式,卷绕比(或弹簧指数)C是最重要的参数之一。
弹簧节距t通常按下式取:
(对于压缩弹簧);
弹簧的总圈数与其工作圈数的关系为:
弹簧丝宽度:
δ=td;
弹簧自由宽度:
H=n·δ+(n0-0.5)d(两端磨紧在一起);
t=d(对于拉力弹簧);
式中:λmax——弹簧的最大变形量;
Δ——最大变形时相邻两根弹簧丝之间的最小距离,通常不大于0.1d。
H=n·δ+(n0+1)d(两端紧,但不平滑)。
弹簧螺旋角:
弹簧钢丝材质粗细:
(对于压缩弹簧);
,一般α取5-90。
2 弹簧硬度估算
1、弹簧的力(见下图)
(对于拉伸弹簧);
其中l是钩环规格。
当拉伸弹簧承受轴向拉力F时,弹簧槽截面上所受的应力与压缩弹簧相同,只是力矩T和切向力Q方向相反。 因此,以上两种弹簧的估计方法可以放在一起描述。
2、弹簧的硬度
图中所示的压缩弹簧,当弹簧承受轴向压力F时,将作用在弹簧丝的任意截面上:力矩T=FRcosα,剪切力M=FRsinα,切向力Q=Fcosα,法向力N= Fsinα(其中 R 是弹簧的平均直径)。 由于弹簧螺旋角α的值不大(压缩弹簧为6°~90°),因此剪切力M和法向力N可以忽略不计。 因此,对弹簧丝起主要作用的外力将是力矩T和切向力Q。当α值较小时,cosα≈1,T=FR和Q=F是可取的。 这个系数Ks可以理解为切向力作用时扭转挠度的修正系数。 进一步考虑弹簧丝曲率的影响,由受力分析可知,弹簧所受的挠度主要是力矩和纵向力引起的剪切挠度。 ,对于矩形弹簧丝3压簧的弹力计算公式,弹簧的挠度公式K为曲率系数。 考虑了弹簧钢丝曲率和切向力对扭转挠度的影响。一定条件下的钢丝半径
其中 n
是弹簧的有效圈数; G 是弹簧材料的剪切泊松比。
这样,弹簧的圈数和挠度分别是锥形弹簧受载后的轴向变形量。
4. 稳定性估计
当压缩弹簧宽度较大时,加载后易出现图a)所示的失稳现象,因此还应进行稳定性校核。 对于拉伸弹簧,当n1>20时,通常四舍五入为整圈数n1
为了便于制造和防止不稳定,一般建议弹簧的长径比b=H0/D2取如下:当弹簧两端为旋转端时,b≤2.6;
当弹簧两端均为固定端时,b≤5.3;
当弹簧一端固定,另一端转动时,b≤3.7。
Fcr=CBkH0
式中,CB为不稳定系数,由右图求得。
如果b小于上述值,则必须估计稳定性,并且必须将弹簧载荷F限制为大于不稳定时的临界载荷Fcr。 通常取F=Fcr/(2~2.5),其中临界载荷可按下式估算:
如果F>Fcr,则应重新选择相关参数,改变b的值,增大Fcr的大小,使其小于Fmax的值,以保证弹簧的稳定性。 如果由于结构限制无法更改参数,则应修改图b)和c)
如图所示的导杆或衬套以避免子弹
弹簧常数K (Kg/mm)
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图a 图b 图c