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拉簧及压簧的设计方法

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2016/12/29     浏览次数:    

  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12-1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。得d≥3.91mm。知d=4mm满足强度条件。

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