圆柱螺旋弹簧的设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇圆柱螺旋弹簧的设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要:弹簧是重要的机械零部件之一,它具有缓冲减振、储存能量、控制运动及测量力的大小等功能,本文以圆柱螺旋弹簧为例子,重点介绍弹簧设计中材料选择、弹簧丝直径、工作圈数、主要尺寸、稳定性验算、工作图和特性图绘制、强度验算和振动验算。

Abstract: Coil spring is an important Mechanical Components features in the function of dampen, stored energy, motion control, force measurement etc. taking the example of helical spring, in the spring design, material choosing, spring diameter, specification, stability check, chart drawing, strength and vibration calculation are introduced mainly.

关键词:螺旋弹簧;稳定性;设计

Key words: helical spring;stability;design

中图分类号:TH135文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)03-0044-01

1弹簧材料选择

1.1 弹簧材料要求

(1)必须具有较高的弹性极限、强度极限、疲劳极限和冲击韧性。(2)具有良好的热处理性能,热处理后应有经久不变的弹性,且脱碳性要小。(3)对冷拔材料要求有均匀的硬度和良好的塑性。

选择弹簧材料时,应综合考虑弹簧的功用、重要程度、工作条件(如载荷的大小和性质、周围的介质和工作温度等)以及加工和热处理等各种因素。

1.2 常用弹簧材料

碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢等。非金属材料、橡胶塑料,当受力较小而又有防腐蚀或防磁等特殊要求时,可用有色金属。

1.3 弹簧材料的许用应力确定

弹簧的许用应力与弹簧的类别有关,根据弹簧的重要程度和载荷性质、弹簧可分为三类。I类:是用于承受载荷循环次数在106次以上的变载荷弹簧;II类:是用于承受载荷循环次数在103~106次之间的变载荷或承受动载荷的弹簧和承受静载荷的重要弹簧;III类:是用于承受载荷循环次数在103次以下的变载荷弹簧或承受静载荷的一般弹簧、主要弹簧材料的使用性能见机械设计手册。

碳素弹簧钢丝的抗拉强度极限与材料的机械性能组别及钢丝直径d有关。机械性能按强度高低分为三组:I组高级;II组及IIa组中级(IIa较II组塑性好);III组正常级(仅用于做不太重要的弹簧)。碳素弹簧钢丝经多次拉拔回火后抗拉强度极限b可提高,且直径小的b值较高,参考机械设计手册,设计时可先初定钢丝直径进行试算。

2设计计算

2.1 初选弹簧指数C,通常C=5~8

2.2 计算曲度系数K,K=+ (1)

2.3 确定弹簧丝直径d:按强度条件

d≥=1.6(2)

Fmax―最大工作载荷;[]―许用切应力。

对于碳素弹簧钢丝,由于[]和C都与直径d有关,根据强度条件,由公式(2)试算弹簧丝直径d,得到满意的结果后,圆整为标准弹簧丝直径d,然后由D=Cd计算得D。

2.4 根据变形条件,由公式:==(3)

式中,G―弹簧材料的剪切弹性模量;n―弹簧的工作圈数。

若以最大工作载荷F2代替F,则最大轴向变形量2为

a.对于压缩弹簧和无初应力的拉伸弹簧:2=

b.对于有初应力的拉伸弹簧, 为初拉力:2=

F0为初拉力,用弹簧钢丝冷卷制成的拉伸弹簧,不再淬火,均有一定的初拉力。选取初拉力时,推荐的初应力0'值可参考相关资料选取。与初应力对应的初拉力按下式计算:F0= (4)

一般弹簧总圈数n1=工作圈数n+支承圈数n2。

2.5 验算弹簧的稳定性

压缩弹簧的自由高度H0与中径D之比,称为高径比,即b=。

为保证弹簧工作的稳定性,最大工作载荷F2与临界载荷FC之间应满足以下关系F2≤。

如不满足,应重新选取参数,改变b值,提高FC。

2.6 绘制弹簧工作图及特性线图

2.7 强度和振动验算

对于受变载荷作用的弹簧,当载荷的作用次数N≥103时,应进行疲劳强度验算;当N

(1)疲劳强度验算。圆柱形螺旋弹簧在交变载荷作用下,当载荷在Fmin和Fmax之间循环变化时,弹簧丝内部的最大和最小切应力分别为:max=K;

min=K

疲劳强度安全系数为S=≥Sf

(2)静强度验算。静强度安全系数为:S=≥Ss

2.8 振动验算

对于承受频率较多的变载荷弹簧,为避免发生共振而引起破坏应进行振动验算,使其自振频率f与受迫振动频率fc(外载荷的频率)之间有较大差值。

弹簧自振频率f的计算式随弹簧安装形式的不同而不同。

参考文献:

[1]陈铁鸣.机械设计[M].第4版.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2006.

[2]邱宣怀.机械设计[M].第4版.北京:高等教育出版社,1997.

[3]蔡春源.新编机械设计手册[M].沈阳:辽宁科技出版社,1996.