压力弹簧设计 弹簧加工厂家

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  • 发布时间:2022-05-07

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  压力弹簧设计


  设计螺旋压力弹簧时,一般给出更大工作载荷 F和所对应的变形,其设计步骤为∶首先根据工作条件选择材料,确定出许用切应力τ。然后初步选取弹簧旋绕比C=5~8,根据公式计算出弹簧材料的直径 d,圆整为标准值;由 D=Cd计算出D。根据表计算出工作圈数 n。当此三个基本参数确定后,再验算弹簧的试验载荷和疲劳强度。最后计算出有关几何参数∶节距t、螺旋角α、内径D、外径 D2、自由高度 H。和弹簧材料的长度 L等。必要时应进行弹簧的稳定性验算。在设计弹簧时,往往先选取几个C值同时计算,将结果进行比较,最后选择适宜的数值。所以这种计算方法较为复杂。

  

压力弹簧设计

  例如,设计一圆柱螺旋压力弹簧。当更大工作载荷F=1400N时,其变形=20mm。所受载荷为静载荷,要求各圈受力均匀并具有防腐蚀能力。

  

  解 (1)选择材料和确定许用应力 根据弹簧所受载荷特性及要求,查表选用 B组不锈弹簧钢丝。许用应力τ可查表按受静类载荷的弹簧考虑,其τ=0.45σb。材料的抗拉强度σb与钢丝直径d有关,先假设钢丝直径d=5~7mm,其对应的σb=1350~1600MPa。根据查表得切变模量G=71.5×10'MPa。取试验切应力τs=τ=0.45σb=0.45×1350=608MPa。

  

  (2)选择旋绕比查表初步选取旋绕比C=5。

  

  (3)计算钢丝直径 直径公式d≥1.6√KFC/τ

  

  由于所受载荷的静载荷,所以取曲度系数K=1。

  

  d≥1.6√1*14000*5/608MM=5.4

  

  钢丝直径d在假设范围内,查表选取d=5.5mm。

  

  (4)弹簧的中径 D=Cd=5×5.5mm =27.5mm

  

  查表取系列值D=25mm。

  

  (5)计算弹簧圈数

  

  n=Gd^4f/8FD^3=71500*5.5^4*20/8/1400/25^3=7.5圈

  

  取n=7.5圈。

  

  计算试验载荷 根据试验载荷公式

  

  Fs=πd^3/8/Dτs=π5.5^3/8/25*608N=1588N

  

  (7)自由高度 为了增加其受力均匀性,采用 YI型端部结构两端并紧并磨平,按式可知其自由高度∶H0=nt+1.5d

  

  取δ,=0.1d,按式初估节距∶t=d+f/n+σ1=(5.5+20/7.5+0.1*5.5)mm=8.7mm

  

  代入上式得自由高度∶H0=(7.5×8.7+1.5×5.5)mm =73.5mm

  

  查表取H0=75mm。

  

  (8)弹簧的节距 查表可得节距∶t=(H0-1.5d)/n=(75-1.5×5.5)/7.5mm =8.9mm

  

  (9)弹簧的螺旋角 根据公式可得螺旋角∶α= arctan t/π/D= arctan8.9/π/25=6.5度

  

  此值符合一般要求α=5度~9度。

  

  (10)弹簧的稳定性验算 采用两端固定支承。其高径比∶b=H0/D=75/25=3

  

  查表可知b<5.3、满足稳定性要求。

  

  (11)弹簧材料展开长度 根据公式可得材料展开长度∶L=πDn1/cosα=π*25*9.5/cos6.5度mm =751mm

  

  (12)弹簧的实际性能参数 根据查表可知弹簧刚度∶F'=Gd^4/8D^3n=71.5×10^3×5.5^4/8/25^3/7.5N/mm =69.8N/mm

  

  对应于变形f=20mm的弹簧载荷∶F=F'f =69.8×20N =1396N

  

  弹簧的试验变形∶fs=Fs/F'=1667/69.8mm =24mm

  

  (13)弹簧的工作图 工作图见图。图中D和H0公差按 GB/T1239.2中的3级度选取(表7-4和表7-6)。两端圈与弹簧轴线的垂直度公差以及载荷允许偏差按2级精度查取(表7-8)。如选取旋绕比C=7、按照上列同样步骤计算,可得其主要几何参数为d=6.5mm,D=45mm,n=3圈,n=5圈,H。=52mm,这些结果也满足基本要求。但有效圈数较少,弹簧直径较大,从结构型式看不如选取C=5的结构较为合理。

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