壓縮彈簧設計

作者：小益
發布時間：2020-10-11 16:02:33
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核心提示：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。體設計步驟為：先根據工作

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。
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。由于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，以上過程要重復進行。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，簧絲剖面為圓形。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，端部并緊磨平。
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，考慮兩端各并緊一圈，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。