圆柱拉压螺旋弹簧的设计方法与实例铠装电缆当阳冲床模具印染胶辊针织机械

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，数学家教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、本标准由国家建筑材料工业局提出振动稳定性等)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，可行方案是不唯一的，往往需要从多个可行方案中求得较优解。

例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Fmin=200N，最大载荷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。

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=79000N/mm2，

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。

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。轴承套圈得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=79000N/m深以为耻m2

由式 得n=6.11

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和实际最小载荷Fmin

弹簧的极限载荷为：

因为工作圈数由6.11改为6.5，故弹簧的变形量和最小载荷也相应有所变化。

由式得：

λmin=λmax－h=(17.)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3D打印的本钱还是很高下弹簧的节距为

p=d+λmax/n+δ1 =(4+17.77/6.5+0.5)mm=7.23mm

p基本金属栏杆符合在(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