弹簧(压簧)力度计算与设计
弹簧(压簧)力度计算与设计
- 弹簧的种类
- 什么是弹性系数
- 弹簧的材料
- 常用材料与用途
- 弹性系数与哪些因素有关
- 弹簧力度设计与计算
- 弹簧收尾设计
弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。一般用弹簧钢制成。利用它的弹性可以控制机件的运动、缓和冲击或震动、储蓄能量、测量力的大小等。广泛用于机器、仪表中。
弹簧的种类
最常用的是三种,压簧,拉簧,扭簧。除此之外还有气门弹簧、悬架弹簧、膜片弹簧、减震弹簧、液压弹簧、油泵弹簧、碟形弹簧、高温弹簧、卡簧、涡卷簧以及异性弹簧等。
什么是弹性系数
弹性系数(k),即倔强系数(劲度系数)。它描述单位形变量时所产生弹力的大小。k值大,说明形变单位长度需要的力大,或者说弹簧“硬”。劲度系数又称刚度系数或者倔强系数。劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力。
弹簧的材料
根据GB/T 13304《钢分类》标准,按照基本性能及使用特性一,弹簧钢属于机械结构用钢;按照质量等级,属于特殊质量钢,即在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的钢。
在一些特定要求的场合,如在酸碱度较高、潮湿的环境我们还经常用到不锈钢材料来制作弹簧。
常用材料与用途
1.不锈钢线:
SUS202、SUS304、WPB(美标):耐热耐蚀,回火温度300-480度,热处理后显米灰色/亮白色,单价中等,弹性(剪切)模量~7200
2.碳钢线:
SWC、SWB:冷拉(硬拉)高碳钢钢丝,耐蚀性差,要求精度不高,刚性脆,成型后需要表面处理或进行防锈处理,回火温度200-400度,热处理后显茶色,淡青色,褐色,单价低
3.琴刚线 :
SWPA、SWPB:耐疲劳性能极佳,精度高,型后需要表面处理或进行防锈处理,一般用于开关弹簧,热处理温度200-400度,单价高,弹性(剪切)模量~8200
4. 玻铜线C1720W、磷青铜C5191W:
单价较高,综合性能优
弹性系数与哪些因素有关
1.弹簧的弹性系数与弹簧的外径成反比,也就是弹簧的外径越大,那么他的弹性系数越小。
2.弹簧的弹性系数K值与弹簧的线径的4次方成正比。
3.弹簧的弹性系数K值与弹簧的材料的弹性模量成正比。
4.弹簧的弹性系数K值与弹簧的有效圈数成反比。
因此我们在弹簧设计的过程中,可以根据以上关系来调整弹簧的结构来达到满足需求的弹性系数。
弹簧力度设计与计算
1.弹簧丝直径d:制造弹簧的钢丝直径。
2.弹簧外径D2:弹簧的最大外径。
3.弹簧内径D1:弹簧的最小外径。
4.弹簧中径D:弹簧的平均直径。它们的计算公式为:D=(D2+D1)÷2=D1+d=D2-d
5.应力修正t:除支撑圈外,弹簧相邻两圈对应点在中径上的轴向距离成为节距,用t表示。
6.有效圈数n:弹簧能保持相同节距的圈数。
7.支撑圈数n2:为了使弹簧在工作时受力均匀,保证轴线垂直端面、制造时,常将弹簧两端并紧。并紧的圈数仅起支撑作用,称为支撑圈。一般有1.5T、2T、2.5T,常用的是2T。
8.总圈数n1:有效圈数与支撑圈的和。即n1=n+n2.
9.自由高H0:弹簧在未受外力作用下的高度。由下式计算:H0=nt+(n2-0.5)d=nt+1.5d(n2=2时)
10.弹簧展开长度L:绕制弹簧时所需钢丝的长度。L≈n1(ЛD2)2+n2(压簧)L=ЛD2n+钩部展开长度(拉簧)
11.螺旋方向:有左右旋之分,常用右旋,图纸没注明的一般用右旋。
12.弹簧旋绕比:中径D与钢丝直径d之比。
F= k * s * g
弹簧收尾设计
A.端部不并紧不磨平: 端部线圈未折弯靠紧,端面未磨平
B.端部不并紧磨平: 端部线圈未折弯靠紧,端面磨平与轴向垂直
C.端部并紧不磨平: 端部线圈折弯靠紧,端面未磨平
D.端部并紧磨平: 端部线圈折弯靠紧,端面磨平
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