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承受静载荷的圆柱螺旋拉伸弹簧的设计方法

承受静载荷的圆柱螺旋拉伸弹簧的设计方法
弹簧的静载荷是指载荷不随时间变化,或虽有变化但变化平稳,且总的重复次数不超过1000次的交变载荷或脉动载荷而言。在这些情况下,弹簧是按静载强度来设计的。
在设计时,通常是根据弹簧的更大载荷、更大变形、以及结构要求(例如安装空间对弹簧尺寸的限制)等来决定弹簧钢丝直径、弹簧中径、工作圈数、弹簧的螺旋升角和长度等。
具体设计方法和步骤如下:
1)根据工作情况及具体条件选定材料,并查取其机械性能数据。
2)选择旋绕比c,通常可取C≈5-8(极限状志时不小于4或超过16),并算出补偿系数K值。
3)根据安装空间初设弹簧中径D2,乃根据c值估取弹簧钢丝直径d,并查取弹簧钢丝的许用应力。
4) 试算弹簧丝直径d ' 。必须注意,钢丝的许用应力决定于其σB,而σB是随着钢丝的直径变化的,又因[τ]是按估取的d值查得σB的H计算得来的,所以此时试算所得的d '值,必须与原来估取的d值相比较,如果两者相等或很接近,即可按标准圆整为邻近的标准弹簧钢丝直径d,并按D2=Cd 以求出 ;如果两者相差较大,则应参考计算结果重估d值,再查其而计算[τ],代入公式进行试算,直至满意后才能计算D2.计算出的D2,值也要按表<普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列>进行圆整。
5) 根据变形条件求出拉伸弹簧工作圈数。
对无应力的拉伸弹簧n=Gd/8Fmax-F0/(C*C*C)*λmax
对预应力的拉伸弹簧n=Gd/8*(Fmax-F0)/(C*C*C)*λmax
6) 求出弹簧的尺寸D、D1、H0,并检查其是否符合安装要求等。如不符合,则应改选有关参数(例如C值)重新设计。
7) 验算稳定性。对于压缩弹簧,如其长度较大时,则受力后容易失去稳定性(如下图a),这在工作中是不允许的。为了便于制造及避免失稳现象,建议一般压缩弹簧的长细比b=H0/D2按下列情况选取:
当两端固定时,取b<5.3;
当一端固定,另一端自由转动时,取b<3.7;
当两端自由转动时,取b<2.6。

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