弹簧设计计算
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弹簧设计的计算公式
常见的弹簧设计绝大部分是压缩螺旋弹簧或拉伸螺旋弹簧。
这两种弹簧设计,涉及下面的项目。
在这里将关于a),b),c)进行解说。
a)在使用范围内,弹簧负载和形变量:弹簧常数
b)安装弹簧的空间:长度x外形
c)弹簧的固定方法:弹簧的两端形状和固定方法
d)其他:弹簧刚度(永久变形),疲劳度
(1)弹簧常数和弹簧形状尺寸的关系式
弹簧的形变量和负载(力)的关系。
P =k x δ
P:弹簧负载
k:弹簧常数
δ:弹簧挠度(形变量)
(k:弹簧常数)用弹簧材料特性和弹簧形状可以用下述公式表达。
这个公式压缩螺旋弹簧和拉伸螺旋弹簧都适用。
k =P/δ=G x d4/8 x n x D3 ・・・(A)
G:横向弹性系数(杨氏模量)
d:线径
n:有效匝数
D:平均线圈直径
通过使公式(A)变形,暂时设定D(平均线圈直径),d(线径),
k(弹簧常数)来计算有效匝数:n,或者根据已知的P,D,d,n ,来计算形变量:δ。
(2)弹簧的长度、外形的设计
弹簧长度是根据(允许形变量)与弹簧载荷之间的关系来选择和设计的。
(允许形变量)是会使弹簧变形或损坏的最大变形量(参考图1)。
名称与代号压缩螺旋弹簧弹簧直径d/mm由强度计算公式确定弹簧中径D2/mm D2=Cd弹簧内径D1/mm D1=D2-d弹簧外径D/mm D=D2+d弹簧指数C C=D2/d 一般4≤C≤6螺旋升角g/° 对压缩弹簧,推荐g=5°~9°有效圈数n由变形条件计算确定 一般n>2总圈数n1压缩n1=n+(2~2.5);拉伸n1=nn1=n+(1.5~2)( YⅠ型热卷);n1的尾数为1/4、1/2、3/4或整圈,推荐1/2圈自由高度或长度H0/mm两端圈磨平n1=n+1.5时,H0=np+dn1=n+2时,H0=np+1.5dn1=n+2.5时,H0=np+2d两端圈不磨平n1=n+2时,H0=np+3dn1=n+2.5时,H0=np+3.5d工作高度或长度Hn/mm Hn=H0-ln节距p/mm间距d/mm d=p-d压缩弹簧高径比b b=H0/D2展开长度L/mm L=pD2n1/cosg 弹簧弹力计算公式:压力弹簧的设计数据,除弹簧尺寸外,更需要计算出最弹簧常数:以k表示,当弹簧被压缩时,每增加 1mm距离的负荷(kgf/mm);弹簧常数公式(单位:kgf/mm):K=(G×d4)/(8×Dm3×Nc) G=线材的钢性模数:琴钢丝G=8000 ;不锈钢丝G=7300;磷青铜线G=4500 ;黄铜线G=3500 d=线径 Do=OD=外径 Di=ID=内径 Dm=MD=中径=Do-d N=总圈数 Nc=有效圈数=N-2 弹簧常数计算范例:线径=2.0mm , 外径=22mm , 总圈数=5.5圈 ,钢丝材质=琴钢丝 K=(G×d4)/(8×Dm3×Nc)=(8000×24)/(8×203×3.5)=0.571kgf/mm拉力弹簧拉力弹簧的 k值与压力弹簧的计算公式相同。
拉力弹簧的初张力:初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力,初张力在弹簧卷制成形后发生。
弹簧的k值计算公式(二)弹簧的k值计算公式弹簧的k值(弹性系数)是衡量弹簧强度和刚度的重要参数。
在弹簧的设计和应用过程中,计算k值是必不可少的步骤。
本文将列举几种常见的弹簧k值计算公式,并用例子进行说明。
1. 无扭转弹簧的k值计算公式线圈弹簧(拉伸弹簧)的k值计算公式:k = (G * d⁴) / (8 * D³ * n)其中:k:弹簧的k值(N/m)G:弹簧材料的剪切模量(N/m²)d:弹簧线径(m)D:弹簧直径(m)n:弹簧总匝数(个)例如,假设有一个线径为(5mm)、直径为(40mm)的线圈弹簧,弹簧材料的剪切模量为80 × 10^9 N/m²,总匝数为10个。
那么可以通过上述公式计算出该弹簧的k值:k = (80 × 10^9 * ()^4) / (8 * ()^3 * 10)≈ 15784 N/m因此,该线圈弹簧的k值约为15784 N/m。
扭转弹簧(扭簧)的k值计算公式:k = (G * d⁴) / (32 * D³ * n)其中的符号意义与线圈弹簧的公式相同。
2. 有扭转弹簧的k值计算公式杆弹簧(压簧)的k值计算公式:k = (E * d⁴) / (8 * D³ * n)其中:k:弹簧的k值(N/m)E:弹簧材料的弹性模量(N/m²)d:弹簧线径(m)D:弹簧直径(m)n:弹簧总匝数(个)例如,假设有一个线径为(5mm)、直径为(40mm)的杆弹簧,弹簧材料的弹性模量为200 × 10^9 N/m²,总匝数为20个。
那么可以通过上述公式计算出该弹簧的k值:k = (200 × 10^9 * ()^4) / (8 * ()^3 * 20)≈ 312500 N/m因此,该杆弹簧的k值约为312500 N/m。
总结弹簧的k值计算公式是根据弹簧的材料、几何尺寸和总匝数等参数进行推导的。
各种弹簧计算范文弹簧是一种常见的机械零件,具有储存和释放机械能的能力。
在工程设计和力学分析中,弹簧的计算是一个重要的问题。
本文将介绍各种弹簧计算的方法和技巧。
1.弹簧刚度计算:弹簧的刚度是指弹簧单位变形所产生的反作用力。
刚度可以用力学公式计算,公式为:k=F/x其中,k为弹簧刚度,单位为牛顿/米(N/m);F为施加在弹簧上的力,单位为牛顿(N);x为弹簧的变形量,单位为米(m)。
2.弹簧的长度计算:弹簧的长度可以通过材料弹性模量和簧片的几何尺寸计算。
通常采用钢材制作的弹簧,长度计算公式如下:L=(8*n*t*R)/(π*d³*E)+d其中,L为弹簧的总长度,单位为米(m);n为簧片的数量;t为簧片的厚度,单位为米(m);R为簧片弧度,单位为米(m);d为簧片的宽度,单位为米(m);E为材料的弹性模量,单位为帕斯卡(Pa)。
3.弹簧的应变能计算:弹簧的应变能是指弹簧储存的机械能。
弹簧的应变能可以通过弹簧刚度和变形量计算,公式为:U=(1/2)*k*x²其中,U为应变能,单位为焦耳(J);k为弹簧刚度,单位为牛顿/米(N/m);x为弹簧的变形量,单位为米(m)。
4.弹簧的最大变形量计算:弹簧的最大变形量是指弹簧在受到最大外力作用时的变形量。
最大变形量可以通过弹簧刚度和作用力的比较计算,公式为:x_max = F_max / k其中,x_max为弹簧的最大变形量,单位为米(m);F_max为施加在弹簧上的最大力,单位为牛顿(N);k为弹簧刚度,单位为牛顿/米(N/m)。
5.弹簧的材料选取:弹簧的材料选取需要考虑加载条件、工作环境和弹簧的工作寿命等因素。
一般情况下,选取材料时需要考虑弹簧的刚度、强度和耐磨性等性能指标,常用材料有高碳钢、合金钢和不锈钢等。
在选取材料时,还需要根据具体需求进行试验和验证。
综上所述,弹簧的计算涉及弹簧刚度、长度、应变能、最大变形量和材料选取等方面。
计算弹簧需要考虑材料的弹性模量、弹簧的几何尺寸和施加在弹簧上的外力。
压簧、拉簧、扭簧弹力计算公式压力弹簧压力弹簧的设计数据,除弹簧尺寸外,更需要计算出最大负荷及变位尺寸的负荷;·弹簧常数:以k表示,当弹簧被压缩时,每增加1mm距离的负荷(kgf/mm);·弹簧常数公式(单位:kgf/mm):G=线材的钢性模数:琴钢丝G=8000,不锈钢丝G=7300,磷青铜线G=4500 ,黄铜线G=3500d=线径Do=OD=外径Di=ID=内径Dm=MD=中径=Do-dN=总圈数Nc=有效圈数=N-2弹簧常数计算范例:线径=2.0mm , 外径=22mm , 总圈数=5.5圈 ,钢丝材质=琴钢丝拉力弹簧的 k值与压力弹簧的计算公式相同·拉力弹簧的初张力:初张力等于适足拉开互相紧贴的弹簧并圈所需的力,初张力在弹簧卷制成形后发生。
拉力弹簧在制作时,因钢丝材质、线径、弹簧指数、静电、润滑油脂、热处理、电镀等不同,使得每个拉力弹簧初始拉力产生不平均的现象。
所以安装各规格的拉力弹簧时,应预拉至各并圈之间稍为分开一些间距所需的力称为初张力。
·初张力=P-(k×F1)=最大负荷-(弹簧常数×拉伸长度)·弹簧常数:以 k 表示,当弹簧被扭转时,每增加1°扭转角的负荷 (kgf/mm).·弹簧常数公式(单位:kgf/mm):E=线材之钢性模数:琴钢丝E=21000 ,不锈钢丝E=19400 ,磷青铜线E=11200 ,黄铜线E=11200d=线径Do=OD=外径Di=ID=内径Dm=MD=中径=Do-dN=总圈数R=负荷作用的力臂p=3.1416。
弹簧设计计算已知条件:最小工作压力:F1=15N最大工作压力:F2=210N工作行程:h=15.5mm弹簧外径:D=17mm弹簧直径:d=3mm计算步骤:1),弹簧中径: D2=D-d=17-3=14mm2),弹簧指数C : 214 4.73D C d === 3),弹簧工作圈数n :21321()7700015.5322.1(22)8()8(21015)G d n F F C λλ-⨯⨯===-⨯-取 (查表得 剪切弹性模数G=77000)4),修正变形量λ1和λ2(1)最小工作载荷F1 :2112315.5770003F =F 21014.1822 4.7N λλ-⨯⨯-=-=⨯⨯⨯⨯3()Gd 8n c (2)弹簧刚度j : 212101512.58/15.5F F j N mm h --=== (3)变形量λ1和λ21114.1 1.1212.58F mm j λ=== 2221016.6912.58F mm j λ=== 5),弹簧圈间隙δ:216.690.10.13 1.0622d mm n λδ=+=+⨯=(取1mm ) 6)弹簧节距P :P=δ+d=1+3=4mm 7)弹簧自由高度H 0:01(0.5)221(240.5)392.5H n n d mm δ=+-=⨯+-⨯= (总圈数 n 1=n+2=24)8)实际极限载荷F lim :lim 12.58221276.76F jn N δ==⨯⨯=弹簧的最大压缩量也就是最大工作负荷下的变形量F:F=Pn/P' 式中:Pn--最大工作负荷,N. Pn=πd^3/(3KD) [ τ ]式中:d--弹簧钢丝直径,mm. D--弹簧中径,mm. K--曲度系数,K=(4c-1)/(4c-4)+ 0.615/c c=D/d[ τ ]--弹簧的许用应力,MPa.P'--弹簧刚度,N/mm. P'=(Pn-P1)/h. 式中:P1--最小工作负荷,N。
弹簧设计基本公式
以下是一些常见的弹簧设计公式:
1.线材应力公式:弹簧的线材应力是弹簧所承受的力和弹簧线材的横截面积之比。
线材应力可以通过以下公式计算:
σ=F/A
其中,σ是弹簧线材的应力,F是弹簧所承受的力,A是弹簧线材的横截面积。
2.弹簧刚度公式:弹簧的刚度是用来描述弹簧对外力的抵抗能力。
弹簧刚度可以通过以下公式计算:
k=(Gd^4)/(8nD^3)
其中,k是弹簧的刚度,G是弹簧材料的剪切模量,d是弹簧线材的直径,n是弹簧的有效圈数,D是弹簧的平均直径。
3.弹簧的最大应力和最大变形公式:最大应力和最大变形是弹簧的两个重要性能指标。
最大应力可以通过以下公式计算:
σ_max = 16F / (πd^3)
最大变形可以通过以下公式计算:
δ_max = (8Fn) / (πd^3G)
其中,σ_max 是弹簧的最大应力,δ_max 是弹簧的最大变形。
4.弹簧的自由长度公式:弹簧的自由长度是指弹簧未受到外力时的长度。
自由长度可以通过以下公式计算:
L_free = (n + 2) * d
其中,L_free 是弹簧的自由长度, n 是弹簧的有效圈数, d 是弹簧线材的直径。
这些是弹簧设计中常见的基本公式,通过这些公式可以计算和预测弹簧的各种行为和性能。
然而,弹簧的设计仍然是一个复杂的过程,需要考虑许多其他因素,如应力集中、疲劳寿命等。
因此,在进行弹簧设计时,还需要综合考虑其他相关的因素,以确保弹簧的可靠性和性能。
弹簧计算公式弹簧计算公式是用来计算弹簧的弹力的数学公式。
弹簧是一种用来存储和释放能量的弹性元件,广泛应用于各种机械装置和工具中。
根据弹簧的形状和用途,可以分为压簧、拉簧和扭簧。
下面将分别介绍这三种弹簧的弹力计算公式。
1.压簧弹力计算公式压簧是一种用于承受压缩力的弹簧,通常由钢丝绕成螺旋形。
压簧的弹力与其形状、材料的物理性质以及受到的压缩力有关。
压簧的弹力计算公式如下:F=k*x其中,F表示弹簧的弹力,k是一个常数,称为簧系数,x是压簧的变形量。
压簧的弹力与其变形量呈线性关系,即弹簧的弹力与其压缩或拉伸的距离成正比。
簧系数k的大小取决于弹簧的材料和几何形状。
2.拉簧弹力计算公式拉簧是一种用于承受拉力的弹簧,通常由钢丝绕成螺旋形。
拉簧的弹力与其形状、材料的物理性质以及受到的拉力有关。
拉簧的弹力计算公式如下:F=k*x其中,F表示弹簧的弹力,k是一个常数,称为拉簧的刚度系数或簧系数,x是拉簧的变形量。
拉簧的弹力与其变形量呈线性关系,即弹簧的弹力与其拉伸或压缩的长度成正比。
簧系数k的大小取决于弹簧的材料和几何形状。
3.扭簧弹力计算公式扭簧是一种用于承受扭转力的弹簧,通常由钢丝绕成螺旋形。
扭簧的弹力与其形状、材料的物理性质以及受到的扭转力矩有关。
扭簧的弹力计算公式如下:T=k*φ其中,T表示弹簧的扭力,k是弹簧的刚度系数或簧系数,φ是弹簧的扭转角度。
扭簧的弹力与其扭转角度成正比。
簧系数k的大小取决于弹簧的材料和几何形状。
需要注意的是,以上的公式都是基于线性弹性假设的情况下推导出来的。
实际上,弹簧的变形行为通常是非线性的,因此在计算弹力时需要考虑非线性效应,例如在变形量较大或载荷较高的情况下。
除了弹力的计算公式,还可以根据实际需要计算弹簧的弹性系数、刚度系数、临界长度等参数。
这些参数对于设计和选择弹簧具有重要意义,可以保证弹簧在工作过程中具有足够的弹性和耐力。
弹簧设计和计算dD C 2=4 4.5 5 5.56 6.57 7.58 8.59 9.5 10 12 14K1.40 1.35 1.31 1.28 1.25 1.23 1.21 1.20 1.18 1.17 1.16 1.15 1.14 1.12 1.06 K 11.25 1.20 1.19 1.17 1.15 1.14 1.13 1.12 1.11 1.10 1.09 1.09 1.08 1.07 1.06钢的E=4101.2⨯(公斤力/毫米2); 铜的E=41095.0⨯(公斤力/毫米2)。
6.计算压缩、拉伸弹簧时,主要是受剪切应力。
因此使用的是剪切弹性模数G 。
钢的剪切弹性模数G ≈8000(公斤力/毫米2); 青铜的剪切弹性模数G ≈4000(公斤力/毫米2)。
7.工作圈数和支承圈工作圈的作用是使弹簧沿轴线伸缩,是实际参加工作的圈数,又叫“有效圈数”,用n 来表示。
支承圈的功用,是用来保证压缩压缩弹簧在工作时轴线垂直于支承端面,但并不参加弹簧工作。
因此,压缩弹簧的两端至少各要3/4圈拼紧,并磨平作为支承面。
磨薄后的钢丝厚度约为1/4d ,尾部和工作圈贴紧。
重要的压缩弹簧,两端的结束点要在相反的两边,以使受力均匀。
所以一般压缩弹簧的总圈数多带有半圈的,如326圈、2110圈等。
压缩弹簧的工作圈是从按计算的螺旋角卷制时算起,而拉伸弹簧是从钩的弯曲处开始计算。
压缩弹簧必须有支承圈,扭簧和拉伸簧由于两端有腿或钩环,所以没有支承圈。
选择压缩弹簧工作圈的要点是:必须考虑到安装地位的限制和稳定性,圈数不要太多,同时也要考虑到受力均匀和能耐冲击疲劳,因此圈数也不能太少。
在一般情况下,压缩弹簧工作圈数选择是:在不重要的静负荷作用下,n ≥2.5圈,经常受负荷或要求受力均匀时n ≥4圈,而安全阀弹簧对受力均匀的要求很严格,所以n ≥6圈。
至于受动负荷如排气阀弹簧,也要求n ≥6圈。
n ≥7圈的弹簧,两头的支承圈数要适当加多,但每边不超过411圈。
压缩弹簧设计计算公式
常见的弹簧刚度计算公式有以下几种:
1. Hooke定律:
弹簧刚度(K)=受力(F)/变形量(ΔL)
弹簧刚度也可以表示成:K=Gd^4/8ND^3,其中G为弹簧材料的剪切模量,d为弹簧线径,D为弹簧的均衡直径,N为弹簧的圈数。
2.圈数公式:
弹簧刚度(K)=Gd^4/8ND^3
弹簧圈数(N)=(Gd^4/8KD^3)+1
弹簧线径(d)=(8NKD^3)/(G)
3.线径公式:
弹簧刚度(K)=Gd^4/8ND^3
弹簧线径(d)=((8NKF)/(πG))^0.25
弹簧圈数(N)=(Gd^4/8KD^3)+1
以上的公式是根据Hooke定律和圈数公式、线径公式推导得出的。
其中,G为弹簧材料的剪切模量,d为弹簧线径,D为弹簧的均衡直径,N为弹簧的圈数,K为弹簧刚度,F为受力,ΔL为变形量。
在实际应用中,根据不同的设计需求和实际情况,可以选择合适的公式进行计算。
同时,由于弹簧经常在循环载荷下工作,还需考虑弹簧的疲劳寿命等因素,以保证弹簧的使用安全和可靠性。
因此,在进行压缩弹簧
设计时,应结合实际情况和经验进行综合考虑,并且需要进行相关的试验和验证。
此外,弹簧设计还需要考虑其他因素,如预缩量、自由长度、受力方式等。
因此,以上给出的公式只是设计中的一部分,还需要根据具体情况进行综合考虑和修改。
总结起来,压缩弹簧设计计算公式主要包括Hooke定律、圈数公式和线径公式,这些公式基于弹簧刚度的定义,用于计算弹簧的物理性能。
在实际应用中,需要根据具体情况选择和修改适合的公式,并结合其他因素进行综合设计。
弹簧计算公式范文弹簧计算是一种力学计算方法,用于计算弹簧的刚度、变形、载荷等参数。
弹簧计算可以应用于很多领域,例如机械工程、汽车工程、建筑结构等。
以下是弹簧计算的基本公式和相关信息。
1. 弹簧的刚度(Stiffness)计算:弹簧的刚度可以通过以下公式进行计算:k=Gd^4/(8ND^3)其中,k为弹簧的刚度(N/m),G为弹簧的剪切模量(Pa),d为弹簧线径(m),N为弹簧的圈数,D为弹簧的平均直径(m)。
2. 弹簧的变形(Deflection)计算:弹簧的变形可以通过以下公式进行计算:δ=(F×L)/(k×d^4)其中,δ为弹簧的变形(m),F为施加在弹簧上的力(N),L为弹簧的长度(m),k为弹簧的刚度(N/m),d为弹簧线径(m)。
3. 弹簧的最大载荷(Maximum Load)计算:弹簧的最大载荷可以通过以下公式进行计算:F_max = k × d^3 × N_max / 8其中,F_max为弹簧的最大载荷(N),k为弹簧的刚度(N/m),d 为弹簧线径(m),N_max为弹簧的圈数。
4. 弹簧的固有频率(Natural Frequency)计算:弹簧的固有频率可以通过以下公式进行计算:f=1/(2π)×√(k/m)其中,f为弹簧的固有频率(Hz),k为弹簧的刚度(N/m),m为弹簧的质量(kg)。
5. 弹簧的功率消耗(Power Dissipation)计算:弹簧的功率消耗可以通过以下公式进行计算:P=(F×δ×f)/2其中,P为弹簧的功率消耗(W),F为施加在弹簧上的力(N),δ为弹簧的变形(m),f为弹簧的固有频率(Hz)。
上述公式仅为弹簧计算的基本公式,实际计算中还需要考虑一些修正因素,例如弹簧的几何形状、材料的非线性特性等。
此外,不同类型的弹簧(如压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧等)还有各自的特定计算公式。
需要注意的是,弹簧计算需要准确的输入参数,因此在实际应用中,需要通过实验或材料手册等方式获取到弹簧的相关参数。
弹簧设计计算公式弹簧是一种经过热处理的金属线,具有弹性变形能力。
在工程设计中,弹簧广泛应用于机械、汽车、电器等领域,用于悬挂、减震、传动等功能。
弹簧设计的核心是确定其几何参数和力学性能,以满足特定的工作要求。
弹簧设计的计算公式包括弹簧刚度、变形、工作力和应力等参数。
以下是一些常用的弹簧设计公式:1.弹簧刚度:弹簧刚度是指单位变形时产生的力的大小。
弹簧刚度可以通过以下公式计算:K=Gd^4/8nD^3其中,K表示弹簧刚度,G表示弹簧材料的剪切模量,d表示弹簧线径,n表示弹簧的有效圈数,D表示弹簧的平均直径。
2.弹簧变形:弹簧的变形可以通过以下公式计算:δ=(F×L)/(K×n)其中,δ表示弹簧的变形,F表示作用在弹簧上的力,L表示弹簧自由长度,K表示弹簧刚度,n表示弹簧的有效圈数。
3.弹簧的工作力:弹簧的工作力可以通过以下公式计算:F=K×δ其中,F表示作用在弹簧上的力,K表示弹簧刚度,δ表示弹簧的变形。
4.弹簧的应力:弹簧的应力可以通过以下公式计算:σ=(8×F×L)/(π×d^3×n)其中,σ表示弹簧的应力,F表示作用在弹簧上的力,L表示弹簧自由长度,d表示弹簧线径,n表示弹簧的有效圈数。
需要注意的是,以上公式适用于简单的弹簧设计,如果涉及复杂的弹簧形状或材料,可能需要使用更复杂的计算方法或有限元分析。
弹簧设计时,需要根据实际工作条件和要求,选择合适的弹簧材料和尺寸,以保证弹簧的功能和安全性。
同时,还需要考虑弹簧的寿命、疲劳强度、预紧力等因素,以确保弹簧在长期使用中的可靠性。
除了上述的计算公式,弹簧设计还需要考虑弹簧的安装方式、表面处理、工艺要求等因素。
综合考虑这些因素,可以进行合理的弹簧设计,满足工程需求。
弹簧设计计算已知条件:弹簧自由长度H0=弹簧安装长度L1=411mm弹簧工作长度L2=227mm弹簧中径D=弹簧直径d=弹簧螺距P=12mm弹簧有效圈数n=66弹簧实际圈数n1=68计算步骤:(1)初步考虑采用油淬火-回火硅锰弹簧钢丝60Si2MnA C 类,抗拉强度1716-1863MPa ,切变模量G=79GPa ,弹性模量E=206GPa 。
取b σ=1716MPa 。
(2)压缩弹簧许用切应力p τ=~ b σ=~*1716MPa=~取p τ=。
(3)由于弹簧刚度尚未可知,但是弹簧的中径、直径、有效圈数都已知。
2.33.22==d D C =(计算值在5~8之间) 6.9688615.046.9688416.96884615.04414+-⨯-⨯=+--=C C C K = 弹簧的最大工作压缩量Fn=795-227=568mm 由公式348DP F Gd n n n =可得最大工作载荷34343.226685682.3798⨯⨯⨯⨯==nD F Gd P n n = 弹簧刚度663.2282.37983434'⨯⨯⨯==n D Gd P =mm 节距t=662.35.1795)2~1(0⨯-=-n d H =≈12 计算出来的自由高度H0=nt+=66*12+*=压并高度Hb=(n+d=(66+*=216mm弹簧最小工作载荷时的压缩量F1=795-411=384mm 则最小工作载荷3431413.226683842.3798⨯⨯⨯⨯==nD F Gd P = 螺旋角α=arctan(t/πD)=arctan(12/*)= 弧度= °弹簧展开长度L=1696.0cos 683.22cos 1⨯⨯=παπDn = ≈4833mm 弹簧压并高度H b ≤n 1*d max =68*(+)=,取值216mm 弹簧压并时的变形量为=弹簧压并时的载荷为Fa=*=(4)螺旋弹簧的稳定性、强度和共振的验算 高径比b=H0/D==>n B c P H P C P >=0'不稳定系数C B ===0'H P C P B c **=<n P =所以必须设置导杆。
弹簧设计计算
弹簧在材料选定后,设计时需要计算出弹簧刚度F、中径D、钢丝直径d、有效圈数n、变形量f。
以下面弹簧设计为例;
1.计算弹簧受力:
假设弹簧端克服1个标准大气压,即推动钢球,则弹簧受力为:
F=PA=1×10错误!N/mm错误!×πd1错误!/4
其中d1——钢球通道直径
弹簧还须克服钢球下降重力:
G=mρV=m×4ρπR错误!/3
其中R——钢球半径
弹簧受合力:
F合=F+G
考虑制造加工因素,增加1.2倍系数
F′=1.2F合
2.选材料:(一般选用碳素弹簧钢丝65Mn或琴钢丝)
以65Mn为例,钢丝直径d=1.4mm
3.查表计算许用应力:
查弹簧手册8-10表中Ⅰ类载荷的弹簧考虑(根据阀弹簧受力情况而言) 材料的抗拉强度σb与钢丝直径d有关
查表2-30(选用D组): σb=2150~2450Mpa
安全系数K=1.1~1.3, 可取K=1.2, 则σb=1791.7~2041.7
Mpa
因此σb=1791.7Mpa(下限值)
查表2-103,取切变模量G=78.8×10错误!Mpa
查表8-10,取许用切应力τs==0.5σb=0.3×1791.7=537.51Mpa4.选择弹簧旋绕比C:
根据表8-4初步选取C=10
5.计算钢丝直径:d≥1.6√KFC/[τ]
其中K——曲度系数,取K=1.1~1.3
F——弹簧受力
6.计算弹簧中径:
D=Cd
7.计算弹簧有效圈数:
n=Gd错误!f/8FD错误!则总圈数n总=n+n1(查表8-6) 8.计算试验载荷:
Fs=πd错误!τs/8D
9.自由高度:
H0=nt+1.5d
其中:t——初步估计节距t=d+f/n+δ1(δ1=0.1d)
查表8-7系列值H0取整数
10.节距计算:
t=(H0-1.5d)/n
11.弹簧螺旋角:(此值一般符合=5°~9°)
α=arctan(t/πD)
12.弹簧的稳定性验算:(b<5.3,即可满足稳定性要求=
b=H0/D
13.展开长度:
L=πDn1/cosα
14.弹簧刚度:
F′=Gd错误!/8D错误!n
14.弹簧载荷:
F=F′×f
15.弹簧试验变形:
fs=Fs/ F
其中在绘制弹簧图纸时,压紧弹簧时的长度L1(即受装配积压时的长度)下弹簧对应受力F1,在阀开启时弹簧压缩的长度L2=L1+f,对应弹簧受力F2 例如:ZYB-1416N15-306
H0=68.5mm,装配时弹簧被压缩至37mm,阀开启时再次压缩8mm 则L1=37,L2=37+8=45
F1=37×F′F2=45F′
验算比较L2与Fs/F的大小:
若L2>Fs/F′重新设计刚度;反之设计合理。