弹簧的设计方法与实例

1、圆柱拉、压螺旋弹簧的设计方法与实例设计的任务是要确定弹簧丝直径d、工作圈数n以及其它几何尺寸，使得能满足强度约束、刚度约束及稳定性约束条件，进一步地还要求相应的设计指标(如体积、重量、振动稳定性等)达到最好。具体设计步骤为：先根据工作条件、要求等，试选弹簧材料、弹簧指数C。由于sb与d有关，所以往往还要事先假定弹簧丝的直径d。接下来计算d、n的值及相应的其它几何尺寸，如果所得结果与设计条件不符合，以上过程要重复进行。直到求得满足所有约束条件的解即为本问题的一个可行方案。实际问题中，可行方案是不唯一的， 往往需要从多个可行方案中求得较优解。例12-1设计一圆柱形螺旋压缩弹簧， 簧丝剖面为圆形。已

2、知最小载荷Fmin=200N，最大载 荷Fmax=500N，工作行程h=10mm，弹簧n类工作，要求弹簧外径不超过 28mm，端部并 紧磨平。解：试算(一):(1) 选择弹簧材料和许用应力。选用C级碳素弹簧钢丝。根据外径要求，初选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) 计算弹簧丝直径d由式得 K=1.21取n=6.5圈，仍参考两端各并紧一圈，n1= n+2=8.5 。取n=6.5圈，仍参考两端各并紧一圈，n1= n+2=8.5 。'尸宁 广r沁二1 口 i U-B X . *-u*

3、 F得 d>4.1mmr I' .lTr r>.。i i. r由式1丄 由此可知，d=3.5mm的初算值不满足强度约束条件，应重新计算。试算(二)：(1) 选择弹簧材料同上。为取得较大的I>d值，选C=5.3。仍由 C=(D-d)/d，得 d=4.4mm 。(2) 计算弹簧丝直径d由式 4C -4 C 得 K=1.29L< J 丄，I t tW 厂.l1Lt由式得d>3.7mm。可知：l>d=4.4mm满足强度约束条件。(3) 计算有效工作圈数 n由图1确定变形量 入max入max=16.7mm。查表 2, G=79000N/mm2 ,宀.-&quo

4、t;n* :-J _ 5- 52z Of*3 Q ET E由式得n=9.75取n=10，考虑两端各并紧一圈，贝U总圈数n仁n+2=12。至此，得到了一个满足强度与刚度约束条件的可行方案，但考虑进一步减少弹簧外形尺寸与重量，再次进行试算。试算(三)：(1) 仍选以上弹簧材料，取 C=6，求得K=1.253 , d=4mm，查表1，得sb=1520MPa , t=0.41sb=623MPa。计算弹簧丝直径。得 d>3.91mm。知d=4mm满足强度条件。计算有效工作圈数 n。由试算(二)知，入max=16.7mm , G=79000N/mm2Gdda -二由式得n=6.11取n=6.5圈，仍

5、参考两端各并紧一圈，n1= n+2=8.5 。(2) 计算弹簧丝直径d由式得K=1.29由式得d>3.7mmo可知：l>d=4.4mm满足强度约束条件。(3) 计算有效工作圈数 n由图1确定变形量 入max入max= 16.7mm。查表 2, G=79000N/mm2 ,由式得n=9.75取n=10 ,考虑两端各并紧一圈，贝U总圈数n1=n+2=12。至此，得到了一个满足强度与刚度约束条件的可行方案，但考虑进一步减少弹簧外形尺寸与重量，再次进行试算。试算(三)：仍选以上弹簧材料，取 0=6 ,求得K=1.253 , d=4mm ,查表1 ,得sb=1520MPa ,t=0.41sb=623MPa。计算弹簧丝直径。得 d>3.91mmo知d=4mm满足强度条件。(3) 计算有效工作圈数 n。由试算(二)知，入max=16.7mm , G=79000N/mm2由式得n=6.11取n=6.5圈，仍参考两端各并紧一圈,n1=n+2=8.5。取标准值 H0=52mm 。无载荷作用下弹簧的螺旋升角为.P.心 r =曲Lrh = irsr*r?= j.斗5 f，J jtD2，j ：i：24基本满足丫 =5° 9°勺范围。弹簧簧丝的展开长度L. = f cosy = :x 24 x8.5 / cos；' .48