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任务4绕线机凸轮机构回复弹簧的设计项目三、常用机械连接的设计与选用主讲教师|石云飞知识点5：圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的计算任务描述弹簧是一种弹性元件，受载后产生变形，卸载后一般立即恢复原有形状和尺寸。如图1-3-1所示的绕线机中回复弹簧4的主要作用是：当摆杆2匀速往复摆动时，使摆杆尖顶B始终与凸轮轮廓保持接触（称为力锁合）。已知该回复弹簧为拉伸弹簧，拉簧最大工作负荷F=350N，工作行程h=20mm±1.5mm。有初拉力，用途一般，每天工作8小时。根据拉簧安装空间要求，弹簧外径不大于25mm，拉簧两端均采用圆钩环。试设计此回复弹簧，并绘制零件设计图。弹簧的种类与功能1弹簧的材料与制造2圆柱弹簧几何尺寸3螺旋弹簧的特性线4圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的计算5圆柱螺旋弹簧的设计6案例分析7圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的计算5一、弹簧的强度计算二、弹簧的刚度计算三、弹簧的稳定性计算

一、弹簧的强度计算1、弹簧的受力分析（以圆柱螺旋压缩弹簧为例）圆柱螺旋压缩弹簧的受力及应力分析

2、强度计算

簧丝截面上的切应力及强度条件：式中：C—旋绕比（弹簧指数），C=D/d，弹簧材料、直径相同时C↓，刚度↑，切应力↑，查表3-4-4选取。[

]—弹簧材料的许用切应力，对碳素弹簧钢丝，可参见表3-4-2；K—曲度系数，对圆截面弹簧丝可按下式计算：

簧丝直径的设计式：二、弹簧的刚度计算

1、弹簧受载后的轴向变形量

式中：G—弹簧材料的切变模量，Mpa,查表确定；n—弹簧的有效圈数若将最大工作载荷F2代替F，则最大轴向变形量

2的计算：（1）压缩弹簧和无初应力的拉伸弹簧：（2）有初应力的拉伸弹簧：上式中：F0—初拉力，计算公式为：弹簧推荐初应力

0'的选取

2、弹簧有效圈数n的确定（1）压缩弹簧和无初应力的拉伸弹簧：（2）有初应力的拉伸弹簧：3、弹簧的刚度kk是弹簧产生单位轴向变形时所需的载荷，是表征弹簧性能的主要参数之一，从上式中可知k也是特性线的斜率，k越大，F也越大，C越小，k越大。

三、弹簧的稳定性计算

一般规定，弹簧两端固定时，取b＜5.3；一端固定，另一端自由时，取b＜3.7；两端自由时，应取b＜2.6。当弹簧的高径比大于上述数值时，要进行稳定性验算。

当压缩弹簧的高径比

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