拉簧設計方法(fa)你知道嗎？

彈簧(huáng)設計的任務是(shi)要确定彈簧絲(si)直徑d、工作圈數(shu)n以及其它幾何(hé)尺寸，使得能滿(mǎn)足強度約束、剛(gāng)度約束及穩定(dìng)性約束條件，進(jin)一步地還要求(qiu)相應的設計指(zhǐ)标(如體積、重量(liang)、振動穩定性等(děng))達到最好。 具體(tǐ)設計步驟為：先(xiān)根據工作條件(jiàn)、要求等，試選彈(dan)簧材料、彈簧指(zhi)數C。由于sb與d有關(guān)，所以往往還要(yào)事先假定彈簧(huang)絲的直徑d。接下(xia)來計算d、n的值及(ji)相應的其它幾(ji)何尺寸，如果所(suo)得結果與設計(ji)條件不符合，以(yi)上過程要重複(fú)進行。直到求得(de)滿足所有約束(shu)條件的解即為(wei)本問題的一個(ge)可行方案。實際(ji)問題中，可行方(fāng)案是不唯一的(de)，往往需要從多(duō)個可行方案中(zhōng)求得較優解。 例(lì)12-1設計一圓柱形(xíng)螺旋壓縮彈簧(huáng)，簧絲剖面為圓(yuán)形。已知最小載(zǎi)荷Fmin=200N，最大載荷Fmax=500N，工(gong)作行程h=10mm，彈簧Ⅱ類(lei)工作，要求彈簧(huáng)外徑不超過28mm，端(duān)部并緊磨平。 解(jiě)： 試算(一)： (1)選擇彈(dàn)簧材料和許用(yong)應力。 選用C級碳(tàn)素彈簧鋼絲。 根(gen)據外徑要求，初(chu)選C=7，由C=D2/d=(D-d)/d得d=3.5mm，由表1查(cha)得sb=1570MPa，由表2知：[t]=0.41sb=644MPa。 (2) 計算(suan)彈簧絲直徑d 由(yóu)式 得K=1.21 由式 得d≥4.1mm 由(yóu)此可知，d=3.5mm的初算(suan)值不滿足強度(dù)約束條件，應重(zhòng)新計算。 試算(二(èr))： (1) 選擇彈簧材料(liào)同上。為取得較(jiào)大的I>d值，選C=5.3。 仍由(yóu)C=(D-d)/d，得d=4.4mm。 查表1得sb=1520MPa，由表(biao)2知[t]=0.41sb=623MPa。 (2) 計算彈簧絲(si)直徑d 由式 得K=1.29 由(you)式 得d≥3.7mm。 可知：I>d=4.4mm滿足(zú)強度約束條件(jian)。 (3) 計算有效工作(zuò)圈數n 由圖1确定(dìng)變形量λmax：λmax=16.7mm。 查表2，G=79000N/mm2， 由(you)式 得n=9.75 取n=10，考慮兩(liǎng)端各并緊一圈(quān)， 則總圈數n1=n+2=12。至此(ci)，得到了一個滿(man)足強度與剛度(du)約束條件的可(ke)行方案，但考慮(lǜ)進一步減少彈(dàn)簧外形尺寸與(yǔ)重量，再次進行(háng)試算。 試算(三)： (1)仍(réng)選以上彈簧材(cái)料，取C=6，求得K=1.253，d=4mm，查表(biao)1，得sb=1520MPa，[t]=0.41sb=623MPa。 (2) 計算彈簧絲(si)直徑。得d≥3.91mm。知d=4mm滿足(zu)強度條件。 (3)計算(suan)有效工作圈數(shù)n。由試算(二)知，λmax=16.7mm，G=79000N/mm2 由(yóu)式 得n=6.11 取n=6.5圈，仍參(can)考兩端各并緊(jǐn)一圈，n1=n+2=8.5。 這一計算(suàn)結果即滿足強(qiang)度與剛度約束(shù)條件，從外形尺(chi)寸和重量來看(kan)，又是一個較優(yōu)的解，可将這個(ge)解初步确定下(xià)來，以下再計算(suàn)其它尺寸并作(zuò)穩定性校核。 (4) 确(que)定變形量λmax、λmin、λlim和實(shí)際最小載荷Fmin 彈(dan)簧的極限載荷(he)為： 因為工作圈(quan)數由6.11改為6.5，故彈(dàn)簧的變形量和(he)最小載荷也相(xiàng)應有所變化。 由(you)式 得： λmin=λmax－h=(17.77-10)mm=7.77mm (5) 求彈簧的(de)節距p、自由高度(du)H0、螺旋升角γ和簧(huáng)絲展開長度L 在(zài)Fmax作用下相鄰兩(liǎng)圈的間距δ≥0.1d=0.4mm，取δ=0.5mm，則(zé)無載荷作用下(xià)彈簧的節距為(wei) p=d+λmax/n+δ1 =(4+17.77/6.5+0.5)mm=7.23mm p基本符合在(1/2～1/3)D2的(de)規定範圍。 端面(miàn)并緊磨平的彈(dàn)簧自由高度為(wéi) 取标準值H0=52mm。 無載(zǎi)荷作用下彈簧(huang)的螺旋升角為(wei) 基本滿足γ=5°～9°的範(fàn)圍。 彈簧簧絲的(de)展開長度 (6) 穩定(dìng)性計算 b=H0/D2=52/24=2.17 采用兩(liǎng)端固定支座，b=2.17<5.3，故(gu)不會失穩。 (7) 繪制(zhì)彈簧特性線和(hé)零件工作圖。(end)    

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