圓柱螺旋彈簧設(shè)計計算

圓柱螺旋彈簧設(shè)計計算，屬于Myfuntion自定義函數(shù)系列。包括彈簧類型有：壓縮彈簧（兩端燕緊磨平）、拉伸彈簧（圓鉤環(huán)）！不同的鋼絲、不同的圈數(shù)、不同的直徑組合在一起都能設(shè)計出K=400左右的圓柱螺旋彈簧。具體尺寸要通過使用環(huán)境來確定。

圓柱螺旋彈簧

K=G*d^4/8/D^3/n

其中G為鋼絲的抗剪切模量，d為鋼絲直徑，D為彈簧中徑，n為彈簧有效圈數(shù)。

根據(jù)此公式，推算設(shè)計圓柱彈簧，G的值是各種彈簧鋼絲的抗剪模量，通過手冊查。

圓柱拉、壓螺旋彈簧的設(shè)計計算：

1.圓柱螺旋彈簧的主要參數(shù)和幾何尺寸計算

圖15-7 圓柱螺旋彈簧的主要參數(shù)

圓柱螺旋彈簧的主要參數(shù)（見圖15-7），有：
彈簧絲直徑d：d增大，彈簧強(qiáng)度提高。
   　　彈簧圈中徑D：
   　　彈簧指數(shù)C（又稱旋繞比）：一般 c=4～16，C小的彈簧剛度大。

（1５－5）    
內(nèi)徑D1：    
外徑D2：

彈簧節(jié)距p
螺旋升角α。
圓柱壓縮和拉伸彈簧的幾何尺寸計算見表15-2 。

表15-２　圓柱壓縮和拉伸彈簧的幾何尺寸計算！

2.彈簧特性線
表示彈簧載荷與變形之間的關(guān)系曲線稱為彈簧的特性線。設(shè)計彈簧時，必須使其工作應(yīng)力在彈性極限范圍內(nèi)。
圓柱螺旋壓縮彈簧的特性線如圖15-8 所示。

圖15-8 圓柱螺旋壓縮彈簧的特性曲線

預(yù)緊力F1稱為彈簧的最小載荷；F2為彈簧所承受的最大工作載荷，此時，彈簧高度壓縮到H2，相應(yīng)變形為λ2，該時刻彈簧各圈之間仍應(yīng)保留δ1的間隙，稱余隙；Fmax為彈簧的極限載荷，通常應(yīng)保證F2≤0.8Fmax。λ2與λ1之差或H2與H1之差，稱為彈簧的工作行程h。

3、圓柱螺旋拉、壓彈簧的設(shè)計計算
計算準(zhǔn)則：①強(qiáng)度條件；②剛度條件；③穩(wěn)定性條件。
1.強(qiáng)度計算
   　　    通過彈簧軸線的彈簧絲截面為橢圓，如圖15-9所示。因?yàn)槁菪�升角α很小，約5°至9°，所以，彈簧截面近似圓形。

圖15-9 圓柱螺旋壓縮彈簧的受力及應(yīng)力分析
將軸向載荷F向剖面中心簡化，則彈簧絲上有扭矩T和力F作用！

（15－6）

（15－7）
疊加后內(nèi)側(cè)的最大應(yīng)力為：

（15－8）
考慮彈簧絲曲率和剪切應(yīng)力對扭切應(yīng)力的影響， 引入曲度系數(shù)K

（15－9）    
有

（15－10）
所以，根據(jù)強(qiáng)度條件確定彈簧絲直徑ｄ的公式是    

（15－11）

因?yàn)椋郐樱荨�C都與彈簧絲直徑d有關(guān)，設(shè)計時先估計d，查表15-3得C，查表15-1得［τ］，再按上式確定d，若與估計值不相符，要重新選擇d。要求強(qiáng)度求出的d小于估計的d。

表15-3 圓柱螺旋彈簧C的推薦值

彈簧絲直徑ｄ／ｍｍ
0.2～0.4
0.5～1.0
1.1～1.2
2.5～6
7～16
18～50
彈簧指數(shù)Ｃ
7～14
5～12
5～10
4～9
4～8
4～6

承受變載荷的螺旋彈簧的疲勞強(qiáng)度計算,請參見有關(guān)資料。
2.彈簧的剛度計算
   根據(jù)力學(xué)知識，無預(yù)緊力的圓柱壓縮（拉伸）彈簧受載后的變形量是

mm
（15－12）

彈簧剛度是表征彈簧性能的主要參數(shù)之一，彈簧剛度ｋ為

（15－13）

從上式可以看出，Ｃ值對剛度的影響很大。合理選擇旋繞比Ｃ值就可以控制彈簧的彈力。彈簧的圈數(shù)根據(jù)需要的變形量確定，已知力及變形量，彈簧圈數(shù)ｎ為

（15－14）

有預(yù)緊力的彈簧變形量和圈數(shù)計算見教材或有關(guān)資料。
   　　    3.彈簧的穩(wěn)定性驗(yàn)算
   壓縮彈簧的自由高度H0與中徑D之比稱為長細(xì)比，以b表示。

（15－15）    

建議：當(dāng)彈簧兩端固定時，b<5.3；當(dāng)彈簧一端固定，一端可轉(zhuǎn)時，b<3.7；當(dāng)彈簧兩端都可轉(zhuǎn)動時，b<2.6。   當(dāng)b大于上述數(shù)值時，要進(jìn)行彈簧穩(wěn)定性計算。臨界穩(wěn)定載荷

Fc=CｕkH0 N
（15－16）

式中：Fc——臨界穩(wěn)定載荷；Cｕ——不穩(wěn)定系數(shù)；k——彈簧剛度。
  　　為保證彈簧的穩(wěn)定性必須滿足：

（15－17）

如不滿足，應(yīng)采取以下措施：
  　�。ǎ保└淖僢值，提高Fc值，以保證彈簧的穩(wěn)定性；
  　　（２）加裝導(dǎo)桿或?qū)�套，如圖15-10。