压缩弹簧设计计算说明

2024-06-10 09:31| 来源: 网络整理| 查看: 265

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压缩弹簧设计计算说明

压缩弹簧设计计算说明分页导航本页导航广告链接压缩弹簧设计计算说明压缩弹簧设计的基本概念

图1为压缩弹簧的结构及载荷－变形图。

图1　压缩弹簧载荷－变形图

图1中： d──弹簧丝直径（mm）。 D、D1、D2──弹簧的中、内、外径（mm）。 Fs──试验载荷。 F1、F2…Fn──弹簧的工作载荷（N）。为了保证指定高度时的载荷，弹簧变形量应在试验载荷下变形量之间，即要求：。 H0──自由高度（mm）。图1中， ──在F1、F2、…、Fn、Fs作用下的弹簧变形量（mm）。 H1、H2、…、Hn、Hs──在F1、F2、…、Fn、Fs作用下的弹簧高度（长度）（mm）。 p──弹簧的节距（mm）。压缩弹簧设计计算

圆柱螺旋压缩弹簧设计计算的基本公式有：式中： ──切应力（MPa）； ──许用切应力（MPa）； F──弹簧的工作载荷（N）； f──工作载荷下的变形量（mm）； k──弹簧刚度（N/mm）； U──弹簧变形能（N·mm）； d──材料直径（mm）； D──弹簧中径（mm）； C──旋绕比，C＝D/d； n──弹簧的有效圈数； G──材料的切变模量（MPa）。 K──曲度系数，由下式计算：由上述公式可导出计算材料直径的公式：可导出计算弹簧有效圈数的公式：试验载荷为弹簧允许承受的最大载荷，取K＝1，其计算公式：

设计弹簧的一般步骤

设计弹簧时，当给出弹簧的工作条件、工作载荷F和对应的变形量f，其计算步骤大体是：（1）根据工作条件确定弹簧的载荷类型，选择材料，并获得许用切应力；（2）根据要求，初选旋绕比C；（3）计算材料直径d，并计算出弹簧的中径D；（4）计算有效圈数n；（5）最后进行弹簧性能校核。

弹簧性能校核

（1）弹簧特性校核

弹簧的变形量应在试验载荷作用下变形量的20%～80%之间。即：试验载荷 (N) 试验变形量 (mm) 弹簧特性应满足： 0.2 ≤ 、 ≤ 0.8

（2）疲劳强度校核

受变载荷的重要弹簧应进行疲劳强度校核，校核时变载荷的循环特征：切应力比：式中：最小切应力 (MPa) 和最大切应力 (MPa)。校核时由循环特征和抗拉强度按图3查取疲劳寿命进行验算。

图3　疲劳寿命图

图中的横线是不产生永久变形的极限值。

（3）共振验算

对于高速运转中承受循环载荷的弹簧，需进行共振验算，其验算公式为：自振频率应满足的条件：弹簧迫振频率式中： ──弹簧自振频率（Hz）； ──强迫机械振动频率（Hz）； d──弹簧材料直径（mm）； D──弹簧中径（mm）； n──弹簧有效圈数。对于减振弹簧，按下式验算：式中： k──弹簧刚度（N/mm）； g──重力加速度（mm/s2）； W──载荷（N）。

（4）压缩弹簧的稳定性验算

高径比b较大的压缩弹簧，轴向载荷达到一定值就会产生侧向弯曲面失去稳定性。为保证使用稳定，高径比应满足下列要求：两端固定　　　　　　b≤5.3 一端固定一端回转　　b≤3.7 两端回转　　　　　　b≤2.6 当高径比b大于上述数值时，要按照下式进行验算：式中： Fc──弹簧的临界载荷（N）； CB──不稳定系数，从图4中选取； k──弹簧刚度（N/mm）； Fn──最大工作载荷（N）。如不满足上式，应重新选取参数。若设计结构受限制，不能改变参数时，应设置导杆或导套。为了保证弹簧的特性，弹簧高径比b应大于0.4。

图4　不稳定系数

1──两端固定　　2──一端固定一端回转　　3──两端回转

压缩弹簧几何尺寸计算

表13　压缩、拉伸弹簧几何尺寸计算（摘自GB/T1239.6-1992）

名称代号单位计算方法和确定方法材料直径 d mm 按计算，再按表6取标准值弹簧中径 D mm 根据结构要求估计，再按表7取标准值弹簧内径 D1 mm 弹簧外径 D2 mm 有效圈数 n 按计算，一般不少于3圈压缩弹簧的支承圈数 n2 按结构型式从表1～表5中选取总圈数 n1 压缩弹簧：，尾数应为1/4、1/2、3/4或整数，推荐用1/2圈节　距 p mm 压缩弹簧：，一般取间　距 δ mm 压缩弹簧高径比 b ，应进行验算自由高度或自由长度 H0 mm 压缩弹簧：两端圈磨平　时，时，时，两端圈不磨时，时，工作高度或工作长度 Hn mm 压缩弹簧：，为工作变形量试验高度或试验长度 Hs mm 压缩弹簧：，为试验变形量压缩弹簧的压并高度 Hb mm 端面磨削约3/4圈时，端面不磨削时，螺旋角 α (°) ，压缩弹簧推荐值为：5°～9° 弹簧材料的展开长度 L mm 压缩弹簧：下一项 ->

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