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压缩弹簧设计

2022-01-11 返回列表

压缩弹簧设计涉及力,扭矩,偏转和应力之间的关系。弹簧在机器设计方面具有许多用途,例如缓冲冲击和冲击负载,存储能量,保持机器构件之间的接触,用于力测量装置,控制振动和其他相关功能。

  图1(a)示出了螺旋弹簧,其端部适于支撑压缩载荷。在(b)处,弹簧已经被轴向载荷P偏转,可以假设弹簧在两个平行板之间压缩弹簧。符号适用:

  描述:

  P =轴向载荷,N

  D =线圈的平均直径,mm

  =(D o + D i)/ 2

  d =导线直径,mm

  =(D o - D i)/ 2

  p =线圈间距,mm

  δ=弹簧的挠度,mm

  n =有效线圈数

  C =弹簧指数= D / d =(D o -d)/ d

  =(4: 12); 少于4,难以制造,超过12可能会弯曲。

  G =扭转模量

  弹性,N / mm 2

  τ 小号 =剪切应力,N /毫米2

  有效线圈的数量n代表弹簧中的线圈,除了那些平放在压缩板上的线圈。无效线圈对弹簧的偏转没有贡献。

  弹簧

中凸型弹簧

  表示由圆线制成的圆柱形螺旋压缩弹簧。

  A-在视野中

  B-在部分和

  C-作为铭牌图

  应力在由圆线制成的螺旋弹簧中

  图2示出了压缩弹簧的一部分,该压缩弹簧支撑压缩弹簧,该压缩弹簧支撑压缩载荷P和由轴向平面切割的线的一部分。图中所示的弹簧部分在两个力P和抵抗扭矩T的作用下处于平衡状态。扭矩等于

  由扭矩T引起的剪切应力为

  并且直接剪切应力是

  用于实心圆截面

  位于弯曲线的内侧的最大剪切应力可以由下式确定

  从上述等式可以明显看出,对于小指数C的弹簧,直接剪切(1 / 2C)的影响是可观的。

  还应考虑在形成线圈时线的弯曲的影响。

  为了包括直剪和线弯曲的影响,通过使用由AM Wahl开发的近似分析方法确定应力因子,该方法可用于上述方程中以确定线中的最大剪切应力如下:

  螺旋弹簧的偏转

  在轴向载荷,弹簧尺寸和材料常数方面的螺旋弹簧的轴向偏转方程可以通过将弹簧偏转到绞合线中的应变能量所需的工作等同来方便地确定。对于紧密卷绕的弹簧,线的弯曲很小并且弯曲的应变能可以忽略不计。

  描述: 如图2所示的轴向载荷从零线性增加到P,因此压缩弹簧所需的功是平均力P / 2倍的偏转,即Pδ / 2。

  通过扭矩T扭转总角度θ的杆中的应变能量是 Tθ / 2。总的扭转角θ= TL / GJ,其中L等于绞合线的长度,J等于导线部分的极惯性矩。金属丝的在螺旋弹簧的有效长度等于(π DN / COS α),其中α是所述螺旋,这对于近距离螺旋弹簧是5的顺序的导程角ø ; 因此cosα 是一致的。

  对于机械中使用的指数弹簧,即2.5或3以上,形成线圈的弯曲线中的应变能量将与直线中的应变能量接近; 因此,根据上述关系,可以获得下面的δ方程

  描述:

  哪里

  T = PD / 2

  L =πDn

  J =πd 4 /32

  从上面的等式

  其中(P /δ)称为弹簧刚度。弹簧刚度代表负载 - 偏转线的斜率,如图3所示。理想线和实际曲线之间的任何差异主要是由于弹簧偏转时有效线圈数量的变化,机械滞后。材料,以及端部线圈之间相互接触或与装载板接触的摩擦力。

  自由长度大于线圈平均直径四倍的压缩弹簧可能因侧向弯曲而失效。

  弹簧平行的弹簧刚度:

  对于弹簧,其速率如图(a)所示

  弹簧系列的弹簧刚度:

  对于弹簧,其速率如图(b)所示

  螺旋弹簧计算的Nomogram: (G = 81,400 MPa)

  说明:

  适用于制成圆形钢丝(剪切模量G = 81400 N /毫米的圆柱螺旋延伸和压缩弹簧2)。在具有不同剪切模量的材料G '的情况下,弹簧偏转必须乘以G / G '。

  表示偏转小号“一个线圈。通过将(s ')乘以有效线圈的数量n 得到总偏转s :s = n。 s '。

  螺旋弹簧端部可以是平面,平面,方形,或方形和地面,如下图4所示。这导致有效线圈数量的减少并影响弹簧的自由长度和实心长度,如下所示。

  p =( D / 3:D / 4),n =(3:15)

  屈曲:

  如果自由长度超过平均直径的4倍,则压缩弹簧可能发生屈曲,除非弹簧被适当地引导。可能导致屈曲的临界轴向载荷可以近似为

  F cr = k L f K L.

  其中:

  F cr =产生屈曲的轴向载荷,N

  k =轴向偏转的弹簧刚度N / m

  L f =弹簧的自由长度,m

  k L =取决于比率L f / D(细长因子)的因子。

  或 L f / D <3表示无屈曲

  通过提供弹簧导向装置可以避免屈曲

  允许压力:

  对于螺旋铬钒钢弹簧,油回火,热缠绕和成型后的热处理,列表如下。

  其中最小和最大应力的比率是一半或更小。除间歇性操作外,平均服务与严重相同。光服务包括受到静态负荷或弹簧以不频繁变化的负载。

  弹簧设计方法

  · 特定材料

  · 猜测直径(可用空间)

  · 检查弹簧刚度和自由长度

  - 弹簧刚度:k =(F o -F i)/(L i -L o)

  - 弹簧自由长度L f = L i +(F i / k)

  其中:

  F o是操作力,L o是操作长度

  F i是安装力,L i是安装长度