壓縮彈簧設計

壓縮彈簧設計涉及力，扭矩，偏轉和應力之間的關系。彈簧在機器設計方面具有許多用途，例如緩沖沖擊和沖擊負載，存儲能量，保持機器構件之間的接觸，用于力測量裝置，控制振動和其他相關功能。

　　圖1(a)示出了螺旋彈簧，其端部適于支撐壓縮載荷。在(b)處，彈簧已經被軸向載荷P偏轉，可以假設彈簧在兩個平行板之間壓縮彈簧。符號適用：

　　描述：

　　P =軸向載荷，N

　　D =線圈的平均直徑，mm

　　=(D o + D i)/ 2

　　d =導線直徑，mm

　　=(D o - D i)/ 2

　　p =線圈間距，mm

　　δ=彈簧的撓度，mm

　　n =有效線圈數

　　C =彈簧指數= D / d =(D o -d)/ d

　　=(4： 12); 少于4，難以制造，超過12可能會彎曲。

　　G =扭轉模量

　　彈性，N / mm 2

　　τ 小號 =剪切應力，N /毫米2

　　有效線圈的數量n代表彈簧中的線圈，除了那些平放在壓縮板上的線圈。無效線圈對彈簧的偏轉沒有貢獻。

　　彈簧

　　表示由圓線制成的圓柱形螺旋壓縮彈簧。

　　A-在視野中

　　B-在部分和

　　C-作為銘牌圖

　　應力在由圓線制成的螺旋彈簧中

　　圖2示出了壓縮彈簧的一部分，該壓縮彈簧支撐壓縮彈簧，該壓縮彈簧支撐壓縮載荷P和由軸向平面切割的線的一部分。圖中所示的彈簧部分在兩個力P和抵抗扭矩T的作用下處于平衡狀態。扭矩等于

　　由扭矩T引起的剪切應力為

　　并且直接剪切應力是

　　用于實心圓截面

　　位于彎曲線的內側的最大剪切應力可以由下式確定

　　從上述等式可以明顯看出，對于小指數C的彈簧，直接剪切(1 / 2C)的影響是可觀的。

　　還應考慮在形成線圈時線的彎曲的影響。

　　為了包括直剪和線彎曲的影響，通過使用由AM Wahl開發的近似分析方法確定應力因子，該方法可用于上述方程中以確定線中的最大剪切應力如下：

　　螺旋彈簧的偏轉

　　在軸向載荷，彈簧尺寸和材料常數方面的螺旋彈簧的軸向偏轉方程可以通過將彈簧偏轉到絞合線中的應變能量所需的工作等同來方便地確定。對于緊密卷繞的彈簧，線的彎曲很小并且彎曲的應變能可以忽略不計。

　　描述： 如圖2所示的軸向載荷從零線性增加到P，因此壓縮彈簧所需的功是平均力P / 2倍的偏轉，即Pδ / 2。

　　通過扭矩T扭轉總角度θ的桿中的應變能量是 Tθ / 2?？偟呐まD角θ= TL / GJ，其中L等于絞合線的長度，J等于導線部分的極慣性矩。金屬絲的在螺旋彈簧的有效長度等于(π DN / COS α)，其中α是所述螺旋，這對于近距離螺旋彈簧是5的順序的導程角? ; 因此cosα 是一致的。

　　對于機械中使用的指數彈簧，即2.5或3以上，形成線圈的彎曲線中的應變能量將與直線中的應變能量接近; 因此，根據上述關系，可以獲得下面的δ方程

　　描述：

　　哪里

　　T = PD / 2

　　L =πDn

　　J =πd 4 /32

　　從上面的等式

　　其中(P /δ)稱為彈簧剛度。彈簧剛度代表負載 - 偏轉線的斜率，如圖3所示。理想線和實際曲線之間的任何差異主要是由于彈簧偏轉時有效線圈數量的變化，機械滯后。材料，以及端部線圈之間相互接觸或與裝載板接觸的摩擦力。

　　自由長度大于線圈平均直徑四倍的壓縮彈簧可能因側向彎曲而失效。

　　彈簧平行的彈簧剛度：

　　對于彈簧，其速率如圖(a)所示

　　彈簧系列的彈簧剛度：

　　對于彈簧，其速率如圖(b)所示

　　螺旋彈簧計算的Nomogram： (G = 81,400 MPa)

　　說明：

　　適用于制成圓形鋼絲(剪切模量G = 81400 N /毫米的圓柱螺旋延伸和壓縮彈簧2)。在具有不同剪切模量的材料G '的情況下，彈簧偏轉必須乘以G / G '。

　　表示偏轉小號“一個線圈。通過將(s ')乘以有效線圈的數量n 得到總偏轉s ：s = n。 s '。

　　螺旋彈簧端部可以是平面，平面，方形，或方形和地面，如下圖4所示。這導致有效線圈數量的減少并影響彈簧的自由長度和實心長度，如下所示。

　　p =( D / 3：D / 4)，n =(3:15)

　　屈曲：

　　如果自由長度超過平均直徑的4倍，則壓縮彈簧可能發生屈曲，除非彈簧被適當地引導?？赡軐е虑呐R界軸向載荷可以近似為

　　F cr = k L f K L.

　　其中：

　　F cr =產生屈曲的軸向載荷，N

　　k =軸向偏轉的彈簧剛度N / m

　　L f =彈簧的自由長度，m

　　k L =取決于比率L f / D(細長因子)的因子。

　　或 L f / D <3表示無屈曲

　　通過提供彈簧導向裝置可以避免屈曲

　　允許壓力：

　　對于螺旋鉻釩鋼彈簧，油回火，熱纏繞和成型后的熱處理，列表如下。

　　其中最小和最大應力的比率是一半或更小。除間歇性操作外，平均服務與嚴重相同。光服務包括受到靜態負荷或彈簧以不頻繁變化的負載。

　　彈簧設計方法

　　· 特定材料

　　· 猜測直徑(可用空間)

　　· 檢查彈簧剛度和自由長度

　　- 彈簧剛度：k =(F o -F i)/(L i -L o)

　　- 彈簧自由長度L f = L i +(F i / k)

　　其中：

　　F o是操作力，L o是操作長度

　　F i是安裝力，L i是安裝長度