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拉簧、 压簧的设计方法

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拉簧、 压簧的设计方法

发布日期:2018-08-25 作者: 点击:

 拉簧、 压簧的设计方法

 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)达到上佳 。 

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sb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,可行方案是不一致的,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。已知较小载荷Fmin=200N,较大载荷Fmax=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。 

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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sb=1570MPa,由表2知:[t]=0。41sb=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sb=1520MPa,由表2知[t]=0。41sb=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=79000N2, 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,有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。 

试算(三): 

(1)仍选以上弹簧材料,取C=6,求得K=1。253,d=4mm,查表1,得sb=1520MPa,[t]=0。41sb=623MPa。 

(2) 计算弹簧丝直径。得d≥3.91mm。知d=4mm满足强度条件。 

(3)计算有效工作圈数n。由试算(二)知,λmax=16。7mm,G=79000N2 

由式 得n=.11 

取n=6。5圈,仍参考两端各并紧一圈,n1=n+2=8。5。 

这一计算结果即满足强度与刚度约束条件,从外形尺寸和重量来看,又是一个较优的解,可将这个解初步确定下来,以下再计算其它尺寸并作稳定性校核。 

(4) 确定变形量λmax、λmin、λlim和实际较小载荷Fmin 

弹簧的极限载荷为: 

因为工作圈数由6.11改为6.5,故弹簧的变形量和较小载荷也相应有所变化。 

由式 得: 

λmin=λmax-h=(17。77-10)mm=7。77mm 

(5) 求弹簧的节距p、自由高度H0、螺旋升角γ和簧丝展开长度L 在Fmax作用下相邻两圈的间距δ≥0.1d=0.4mm,取δ=0.5mm,则无载荷作用下弹簧的节距为 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的规定范围。 

端面并紧磨平的弹簧自由高度为 取标准值H0=52mm。 

无载荷作用下弹簧的螺旋升角为 基本满足γ=5°~9°的范围。

 弹簧簧丝的展开长度 

(6) 稳定性计算 

b=H0/D2=52/24=2。17 

采用两端固定支座,b=2.17<5.3,故不会失稳。 

(7) 绘制弹簧特性线和零件工作图。 上海弹簧厂


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