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您當前的位置是：五金沖壓件 >> 行業動態拉縮彈簧及壓縮彈簧的設計方法
發布時間：2019-08-26 15:22:07
拉縮彈簧及壓縮彈簧的設計方法,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。已知小載荷Fmin=200N，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
(6)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
(7) p基本符合在(1/2～1/3)D2的規定范圍。
(8)端面并緊磨平的彈簧自由高度為
(9) 取標準值H0=52mm。
(10)本滿足γ=5°～9°的范圍。
(11) 彈簧簧絲的展開長度
(12)6)穩定性計算 b=H0/D2=52/24=2.17
(13) 采用兩端固定支座，b=2.17<5.3，故不會失穩。
(14) (7)繪制彈簧特性線和零件工作圖。
例12-1設計一圓柱形螺旋壓縮彈簧，簧絲剖面為圓形。已知小載荷Fmin=200N，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
(6)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
(7) p基本符合在(1/2～1/3)D2的規定范圍。
(8)端面并緊磨平的彈簧自由高度為
(9) 取標準值H0=52mm。
(10)本滿足γ=5°～9°的范圍。
(11) 彈簧簧絲的展開長度
(12)6)穩定性計算 b=H0/D2=52/24=2.17
(13) 采用兩端固定支座，b=2.17<5.3，故不會失穩。
(14) (7)繪制彈簧特性線和零件工作圖。
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