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拉簧及壓簧的設計方法

文字:[大][中][小] 手機頁麵二維碼 2016/12/29     瀏覽次數:    

  彈簧設計的任務是要確定彈簧絲直徑d、工作圈數n以及其它幾何尺寸,使得能滿足強度約束、剛度約束及穩定性約束條件,進一步地還要求相應的設計指標(如體積、重量、振動穩定性等)達到最好。

  具體設計步驟為:先根據工作條件、要求等,試選彈簧材料、彈簧指數C。由於sb與d有關,所以往往還要事先假定彈簧絲的直徑d。接下來計算d、n的值及相應的其它幾何尺寸,如果所得結果與設計條件不符合,以上過程要重複進行。直到求得滿足所有約束條件的解即為本問題的一個可行方案。實際問題中,可行方案是不唯一的,往往需要從多個可行方案中求得較優解。

  例12-1設計一圓柱形螺旋壓縮彈簧,簧絲剖麵為圓形。已知最小載荷Fmin=200N,最大載荷Fmax=500N,工作行程h=10mm,彈簧Ⅱ類工作,要求彈簧外徑不超過28mm,端部並緊磨平。

  解:

  試算(一):

  (1)選擇彈簧材料和許用應力。選用C級碳素彈簧鋼絲。

  根據外徑要求,初選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)計算彈簧絲直徑d

  由式得K=1.21

  由式得d≥4.1mm

  由此可知,d=3.5mm的初算值不滿足強度約束條件,應重新計算。

  試算(二):

  (1)選擇彈簧材料同上。為取得較大的I>d值,選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)計算彈簧絲直徑d

  由式得K=1.29

  由式得d≥3.7mm。

  可知:I>d=4.4mm滿足強度約束條件。

  (3)計算有效工作圈數n

  由圖1確定變形量λmax:λmax=16.7mm。

  查表2,G=79000N/mm2,

  由式得n=9.75

  取n=10,考慮兩端各並緊一圈,則總圈數n1=n+2=12。至此,得到了一個滿足強度與剛度約束條件的可行方案,但考慮進一步減少彈簧外形尺寸與重量,再次進行試算。

  試算(三):

  (1)仍選以上彈簧材料,取C=6,求得K=1.253,d=4mm,查表1,得sb=1520MPa,[t]=0.41sb=623MPa。

  (2)計算彈簧絲直徑。得d≥3.91mm。知d=4mm滿足強度條件。

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